新教材适用2023-2024学年高中物理第四章光及其应用1.光的折射定律课件教科版选择性必修第一册

1.光的折射定律第四章内容索引010203自主预习新知导学合作探究释疑解惑随堂练习课标定位素养阐释1.通过实验,理解光的折射定律,知道法线、入射角、折射角等概念。2.知道折射率的定义及物理意义,会测量材料的折射率。3.知道介质的折射率与光速的关系。1.认识光的反射及折射现象,知道法线、入射角、反射角、折射角的含义,形成正确物理观念。2.理解折射定律,会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题,培养科学思维。3.理解折射率的概念及与光速的关系,形成正确物理观念。自主预习新知导学一、光的折射定律1.实验探究(1)实验器材:半圆柱形玻璃砖,光反射、折射演示仪。(2)实验步骤:①将演示仪平放在桌面上,半圆柱形玻璃砖放在演示仪上,让玻璃砖的圆心与演示仪的圆心重合,圆心为光线的入射点。②旋转玻璃砖,直到其直边与演示仪面板上的一条直径重合,作为玻璃与空气的界面,与该界面垂直且过圆心的另一条直径为法线。③用激光笔贴着演示仪面板表面,从空气中对着圆心发出光束射入玻璃砖中,从板面上读出入射角i和折射角r。④改变入射角的大小,重复实验步骤③。2.折射定律(如图所示)折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比,即

=n12(式中n12是比例常数)。3.在光的折射现象中,光路是可逆的。

二、介质的折射率1.定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角i的正弦值与折射角r的正弦值的比,叫作这种介质的折射率。用符号n表示,即n=。2.折射率与光速的关系:某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比,即n=。3.物理意义:折射率是反映介质的光学性质的物理量。【思考讨论】

1.判断下列说法的正误。(1)光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一定发生变化。(

)(2)光从空气斜射入水中时,入射角发生变化,折射角和反射角都发生变化。(

)(3)光由一种介质进入另一种介质时,增大入射角,折射角一定增大,入射角与折射角成正比。(

)(4)光由空气射入某介质时折射角大于入射角。(

)(5)介质的折射率越大,光在这种介质中传播速度越快。(

)(6)由折射率的定义式n=得出,介质的折射率与入射角i的正弦值成正比,与折射角r的正弦值成反比。(

)√×××××2.右图是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图,下列判断正确的是(

)A.AO是入射光线,OB为反射光线,OC为折射光线B.BO是入射光线,OC为反射光线,OA为折射光线C.CO是入射光线,OB为反射光线,OA为折射光线D.条件不足,无法确定答案:C解析:法线与界面垂直,根据反射角等于入射角,折射光线和入射光线位于法线两侧,可知CO为入射光线,OB为反射光线,OA为折射光线。3.某同学通过实验测量半圆柱形玻璃砖的折射率n。如图(a)所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sini-sinr图像如图(b)所示。则(

)(a)(b)A.光由A经O到B,n=1.5B.光由B经O到A,n=1.5C.光由A经O到B,n=0.67D.光由B经O到A,n=0.67答案:B解析:介质折射率等于空气中角度的正弦值和介质中角度的正弦值之比,空气中角度较大,对应正弦值较大,对应题图(b)中折射角r,故OA为折射光线,合作探究释疑解惑知识点一折射定律的理解与应用问题引领插在水中的筷子,看上去好像在水面处折断了;盛了水的碗,看上去好像变浅了,这是什么原因?提示:这是发生了光的折射现象,即光从一种介质射入到另一种介质时,传播方向发生改变的现象。归纳提升1.光的方向光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化(斜射)。并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化。2.光的传播速度光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射,因为光传播的速度发生了变化。3.对折射现象的理解(1)特殊情况:当光垂直于界面入射时,虽然光的传播方向不变,但光速变了,因此也属于折射。(2)光线的偏折方向:光线从折射率小的介质斜射入折射率大的介质,折射光线向法线偏折,反之将偏离法线。(3)光路可逆性:光由介质射入空气或真空时,折射角r大于入射角i。根据光路可逆,可认为光由空气或真空以入射角r入射,对应的折射角为i。4.解决光的折射问题的方法(1)根据题意准确、规范地画出光路图,确定好界面和法线。(2)在光路图中找出入射角、反射角和折射角,利用几何关系确定光路图中的边、角关系,与折射定律n=中的各量准确对应。结合数学的三角函数的知识进行运算,必要时可利用光路可逆原理辅助解题。(1)应用折射定律和反射定律解题的关键是确定入射角和折射角。画出正确的光路图是解题的必要前提。(2)入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定,注意法线与界面的区别。【例题1】

如图所示,一小孩站在宽6m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为答案:5.3m典型例题解析:树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示。

根据题意,正确作出光路图,明确入射角、反射角、折射角间的关系是解答此题的关键。【变式训练1】

光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108m/s)(1)画出折射光路图。(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度。(3)当入射角变为45°时,折射角的正弦值为多大?(4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化?答案:(1)见解析图

解析:(1)光路图如图所示,其中AO为入射光线,OB为折射光线。

(4)不变化,因为折射率是由介质和入射光频率共同决定的物理量,与入射角的大小无关。知识点二折射率的理解与计算问题引领下表是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射的规律时得到的实验数据。请在表格基础上思考以下问题:入射角i(°)折射角r(°)106.71.491.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.711.517038.61.811.508040.61.971.51(1)随着入射角的增大,折射角怎样变化?(2)当入射角与折射角发生变化时,有没有保持不变的量(误差允许范围内)?提示:(1)折射角增大。(2)入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变。归纳提升1.物理意义折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。由n=可知:当i一定时,n越大,r越小,此时光线的偏折角Δθ=i-r就越大。2.对折射率的理解(1)折射率。n=,θ1为真空中的光线与法线的夹角,不一定为入射角;而θ2为介质中的光线与法线的夹角,也不一定为折射角。(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量,它的大小由介质本身和光的频率共同决定,与入射角、折射角的大小无关,与介质的密度没有必然联系。(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关,由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v,所以任何介质的折射率n都大于1。(2)某种介质的折射率越大,光在该介质中的传播速度越小。(1)垂直界面入射的光线,折射光线与入射光线在同一直线上,如图(a)所示。(2)过半圆柱形玻璃砖圆心的光线在圆弧处不偏折,如图(b)所示。(a)(b)典型例题【例题2】

右图为一个半径为R的透明介质球体,M、N两点关于球心O对称,且与球心的距离均为2R,一细束单色光从M点射向透明介质球体,穿过后到达N点,真空中的光速为c。(1)若介质的折射率为n0,光线沿MON传播到N点,光传播的时间t为多少?过球体折射后传播到N点,那么球体的折射率n等于多少?(取sin37°=0.6,cos37°=0.8)(2)光路图如图所示其中θ=60°所以α=30°又β=θ+α=90°根据折射定律有sin

β=nsin

θ无论光从玻璃射向空气还是从空气射向玻璃,在表示介质的折射率时,一定是空气中的光线和法线的夹角的正弦与介质中的光线和法线的夹角的正弦的比值,也就是说介质的折射率一定大于1。【变式训练2】

两束平行的细激光束垂直于半圆柱形玻璃砖的平面射到半圆柱形玻璃砖上,如图所示。已知其中一束光沿直线穿过玻璃,它的入射点是O,另一束光的入射点为A,穿过玻璃后两条光线交于P点。已知玻璃半解析:画出光路图如图所示。其中一束光沿直线穿过玻璃,可知O点为圆心。另一束光从A点沿直线进入玻璃,在半圆面上的入射点为B,设入射角为i,折知识点三视深的计算与判断问题引领有经验的渔民叉鱼时,不是正对着看到的鱼去叉,而是对着所看到鱼的下方叉,如图所示。你知道这是为什么吗?提示:从鱼身上反射的光线由水中进入空气时,在水面上发生折射,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼会逆着折射光线的方向看去,就会觉得鱼变浅了,眼睛看到的是鱼的虚像,在鱼的上方,所以叉鱼时要瞄准像的下方,如图所示。归纳提升1.视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离。在中学阶段,一般都是沿着界面的法线方向去观察,在计算时,由于入射角很小,折射角典型例题【例题3】

河中有条小鱼,某时刻小鱼的实际深度为H,一人从水面正上方往水中看,他感觉到小鱼的深度为多大?设水的折射率为n。解析:人观察水中的鱼时,鱼所反射的光线在水面处发生偏折,折射光线远离法线,进入人眼,人眼逆着折射光线的反向延长线看到的是鱼的虚像。画出光路如图所示。设小鱼在S处,从鱼反射出的光线SO垂直水面射出,光线SO1与SO间的夹角很小。因一般人的瞳孔的线度为2~3

mm;i、r为一组对【变式训练3】

(多选)如图所示,把由同种材料(玻璃)制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上,从正上方(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的字,下面的说法正确的是(

)A.看到A中的字比B中的字高B.看到B中的字比A中的字高C.看到A、B中的字一样高D.A中的字比没有玻璃时的高,B中的字和没有玻璃时的一样答案:AD解析:如图所示,放在B中的字反射的光线经半球体向外传播时,传播方向不变,故人看到的字的位置是字的真实位置。而放在A中的字经折射,人看到的位置比真实位置要高。课堂小结随堂练习1.(