2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册第4章 光光的折射 第1课时　折射现象与折射定律导学案含答案

2023-2024（上）全品学练考高中物理选择性必修第一册第4章光第四章光1光的折射第1课时折射现象与折射定律学习任务一折射定律[教材链接]阅读教材,填写折射的相关知识.(1)光的折射:光从一种介质斜着射到它与另一种介质的分界面时,一部分光会另一种介质,这个现象叫作光的折射.

(2)折射角:折射光线与的夹角称为折射角.

(3)折射定律:折射光线与入射光线、法线处在内,折射光线与入射光线分别位于法线的;折射角的正弦与入射角的正弦成正比,即=n12,式中n12是比例常数.

例1(多选)如图所示,虚线表示两种介质的界面及其法线,实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线,以下说法正确的是 ()A.bO可能是入射光线 B.aO可能是入射光线C.Ob可能是反射光线 D.PQ可能是法线变式1光从空气斜射入介质中,比值sinθ1sinA.与介质无关B.与入射角和折射角的大小有关C.与入射角的大小无关D.与入射角的正弦值成正比,与折射角的正弦值成反比【要点总结】1.在反射、折射现象中,光路都是可逆的.2.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,但并非一定要变化;当光垂直于分界面入射时,光的传播方向就不会变化.3.反射定律和折射定律应用的步骤(1)根据题意规范画出光路图.(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系,要注意入射角、反射角、折射角均是光线与法线的夹角.(3)利用反射定律、折射定律及几何规律列方程求解,必要时可利用光路可逆原理辅助解题.学习任务二折射率[教材链接]阅读教材,填写折射率的相关知识.(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率,用符号n表示.

(2)表达式:n=.

(3)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,即n=.由于c>v,故任何介质的折射率n都(选填“大于”“小于”或“等于”)1.

[辨析正误](1)介质的折射率越大,光在这种介质中的传播速度越快.()(2)由折射率的定义式n=sinθ1sinθ2得出,介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比,与折射角θ例2[2022·北师大实验中学月考]如图所示,△ABC为一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°.一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为 ()A.1.5B.23C.3D.2.0变式2[2022·泰安一中期中]我国某企业正在全力研发“浸没式光刻”光刻机.原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体,从而减小曝光波长,提高分辨率的技术,如图所示.若浸没液体的折射率为1.5,当不加液体时光刻胶的曝光波长为199nm,则加上液体后,该曝光光波 ()A.在液体中的传播频率变为原来的2B.在液体中的传播速度变为原来的1.5倍C.在液体中的曝光波长约为133nmD.传播相等的距离,在液体中所需的时间变为原来的2【要点总结】对折射率可分为三层次进行理解:(1)当光从真空射入介质中时,入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的,但是正弦值之比是一个常数.(2)介质的入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常数,但不同的介质的常数不同.说明此常数反映着该介质的光学特性.(3)由n=sinθ1sinθ2可知,当θ1一定时n越大,则θ2学习任务三利用光路图解决折射问题[科学思维](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n12=sinθ1sin例3一小孩站在宽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,同时看到树顶和石头两者的像且重合.若小孩的眼睛离河面的高度为1.5m,如图所示,河水的折射率为43,试估算河水深度[反思感悟]

变式3[2022·广东实验中学期中]如图所示,AOB是置于真空中截面为四分之一圆的玻璃砖,圆的半径为R,一束单色光从OA的中点G垂直OA射入,在圆弧面上的D点发生反射和折射,反射光线和折射光线分别照射到OB所在平面上的E点和F点,已知△EDF为直角三角形,光在真空中的速度为c.求:(1)玻璃砖对光的折射率;(2)光由G点传播到F点的时间.1.(对折射定律和折射率的理解)下列关于光的折射及折射率的说法正确的是 ()A.光由一种介质进入另一种介质时,光的传播方向一定发生改变B.放入盛水的碗中的筷子,看起来像折了一样,是光的折射C.光由水射入空气中,折射角小于入射角D.光在折射率大的介质中传播速度大2.(对折射率的理解)(多选)关于折射率,下列说法中正确的是 ()A.根据n=sinB.根据n=sinC.介质的折射率由介质本身决定,与入射角、折射角均无关D.根据n=cv3.(折射率的计算)一束光从空气射向某种介质,该介质对该光的折射率为3,若反射光线与折射光线垂直,已知真空中的光速为c,则下列说法正确的是 ()A.光的入射角为30°B.介质中的光速为3cC.光的折射角为60°D.介质中的光速为c4.(利用光路图解决折射问题)如图所示,某透明材料制成的半球形光学元件直立放置,其直径与水平光屏垂直接触于M点,球心O与M间距离为103cm.一束光与该元件的竖直圆面成30°角射向圆心O,结果在光屏上出现间距为d=40cm的两个光斑,请完成光路图并求该透明材料对该光的折射率.第四章光1光的折射第1课时折射现象与折射定律[教材链接](1)进入(2)法线(3)同一平面两侧sin例1BCD[解析]由于反射角等于入射角,且入射光线、反射光线关于法线对称,所以aO、Ob应是入射光线或反射光线,PQ是法线.又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧,所以aO是入射光线,Ob是反射光线,Oc是折射光线.变式1C[解析]在折射定律中,比值sinθ1sinθ2[教材链接](1)之比(2)sinθ1sinθ[辨析正误](1)×(2)×例2C[解析]由图根据几何知识可知光线在AC边入射角为α=30°,此时折射角为β=60°,则玻璃对红光的折射率为n=sinβsinα=变式2C[解析]频率由光源决定,光由空气进入该液体中传播时,光波频率不变,故A错误;光在液体中的传播速度为v=cn,解得v=23c,故B错误;加上液体时光刻胶的曝光波长为λ=vf,不加液体时,有c=λ0f,联立代入数据可得λ≈133nm,故C正确;由上分析可知,在液体中曝光光波的传播速度变为原来的23例35.3m[解析]光路图如图所示,得n=sinαsinβ,由几何关系得1.5tanα+3tanα=6,解得tanα=43,P点到树所在岸边的距离为3tanα(m)=4m,设河水深度为h,则sinβ=442变式3(1)3(2)5[解析](1)根据题意得sinθ1=R解得θ1=30°根据反射定律得θ2=30°因为△EDF为直角三角形,所以θ3=60°根据折射定律得n=sin解得n=3(2)光在玻璃中的传播速度为v=cn光在玻璃中传播的时间为t1=xGDxGD=Rcos30°光在真空中传播的时间为t2=xDFc,xDF=x总时间为t=t1+t2解得t=5随堂巩固1.B[解析]当光垂直于界面射入时,传播方向不变,选项A错误;水中筷子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,看起来筷子像折了一样,是光的折射,故选项B正确;光由水射入空气中,折射角大于入射角,故选项C错误;由n=cv得,光在折射率大的介质中传播速度小,故选项D错误2.CD[解析]介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量,由介质本身决定,与入射角、折射角无关,故选项A、B错误,选项C正确;由于真空中光速是一个定值,故n与v成反比,这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的,故选项D正确.3.D[解析]根据题意,作出光路图,如图所示,根据折射定律可得n=sinisin(90°-i)=tani,解得i=4.如图所示3[解析]光屏上的两个光斑分别是光束经光学元件反射与折射的光线形成,其光路图如图所示.根据题意,R=103cm,由反射规律与几何关系可知,反射光线形成的光斑P1与M点的距离为d1=Rtan30°激光束的入射角i=60°,设其折射角为r,由几何关系可知,折射光线形成的光斑P2与M点的距离d2=Rtan(90°-r)又d1+d2=40cm联立解得r=30°所以该材料对该光的折射率n=sinisinr第四章光1光的折射建议用时:30分钟第1课时折射现象与折射定律◆知识点一折射定律1.(多选)关于光的反射与折射,下列说法正确的是 ()A.光发生反射时,光的传播方向一定改变B.光发生反射时,光的传播方向可能偏转90°C.光发生折射时,一定伴随着反射现象D.光发生反射时,光的传播方向不可能偏转180°2.光由空气射入半圆形玻璃砖,再由玻璃砖射入空气,O点是半圆形玻璃砖的圆心,如图所示的情况可能发生的是 ()3.(多选)光从某种玻璃中射向空气,入射角θ1从零开始增大到某一值的过程中,折射角θ2也随之增大,则下列说法正确的是 ()A.比值θ1B.比值sinC.比值sinD.比值sin◆知识点二折射率4.[2022·人大附中月考]某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示,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图像如图乙所示,则 ()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=0.675.[2022·天津一中月考]如图所示,有一玻璃三棱镜ABC,角A为30°,一束光线垂直于AB射入棱镜,从AC射出进入空气,测得出射光线与AC夹角为30°,则棱镜的折射率为 ()A.2 B.2C.3 D.3◆知识点三折射率与光速的关系6.[2022·石家庄二中月考]一束光由空气射入某介质,当入射光线和界面的夹角为30°时,折射光线恰好与反射光线垂直,若光在空气中的传播速度为c,则光在该介质中的传播速度是()A.c2 B.3C.32c D.37.(多选)[2022·太原五中月考]某同学做测玻璃折射率实验时,在白纸上放好上、下表面平行的玻璃砖,玻璃砖厚度为L,如图所示为入射光线与折射光线(CD边出射光线未画出),若入射角i=60°,测出折射角r=30°,光在真空中的光速为c,则 ()A.玻璃砖的折射率n=3B.光在玻璃中传播的时间为2C.光在玻璃中传播的时间为2D.若实验时不小心将玻璃砖向上平移一小段,其他操作无误,则测得的折射率将偏大8.将筷子竖直插入装水的玻璃杯内,从俯视图中的P点沿水平方向看到的应该是如图所示的 ()9.如图所示,一盛满水的容器外固定一凸透镜P,容器中有一光源S,光源S的光线经水面折射后射向透镜.经透镜后平行射出,若容器中没有水,要使光线经凸透镜射出后仍然平行,则应将光源S的位置 ()A.适当提高B.适当降低C.保持不变D.不确定10.(多选)把用相同玻璃制成的厚度为d的正方体a和半径为d的半球体b分别放在报纸上,且让半球的凸面向上,如图所示.从正上方分别观察a、b中心处报纸上的字,下面的观察记录中正确的是 ()A.a中的字比b中的字高B.b中的字比a中的字高C.a中的字和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高11.一束复色光沿AO方向由真空射向半圆柱状的玻璃砖,发生折射而分为a、b两束单色光,其传播方向如图所示,