新教材2025版高中物理第四章光及其应用1.光的折射定律学案教科版选择性必修第一册

1.光的折射定律课标要求1.知道光的折射现象，驾驭光的折射定律．2．理解折射率的定义及其与光速的关系．3．用半圆形玻璃砖探究光的折射现象．4．学会用光的折射定律处理相关问题．思维导图必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、光的折射定律1．折射现象：光从一种介质射到两种介质的分界面时，一部分光会进入另一种介质的现象．2．折射定律入射光线、折射光线和法线在同一________内，入射光线与折射光线分居________的两侧；入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一________．3．在光的折射现象中，光路是________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．即n＝________．2．折射率与光速的关系：某种介质的折射率n，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．理解：由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于____．4．两种介质比较，折射率较大的介质称为________介质，折射率较小的介质称为________介质．[导学1]光垂直于界面射向两种介质的界面时，光的传播方向不变．[导学2](1)光在不同介质中传播速率不同，这正是光发生折射的缘由．(2)光密介质与光疏介质的定义与介质的密度无关．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一光的折射定律导学探究如图所示，一块半圆形的玻璃砖放在带有角度刻度的圆盘上，使玻璃砖的圆心正好与圆盘刻度的圆心重合，将激光笔对准圆心照耀，会视察到激光笔发出的一束光照耀到玻璃砖表面后发生了反射和折射现象．请在图上标出法线、入射角、反射角和折射角．变更入射光线与法线的夹角，视察到折射光线与法线的夹角有什么关系？归纳总结1.现象：当光从一种介质斜射入另一种介质时，其传播方向发生了变更，即入射角θ1与折射角θ2不相等(θ1≠θ2)．2．原理：机械波之所以会发生折射，是由于机械波由一种介质进入另一种介质时，其传播速度发生了变更，光发生折射的缘由也是如此．3．入射角与折射角的大小关系：光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定．当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角，当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．4．对折射定律的理解(1)“同面内”：“折射光线与入射光线、法线处在同一平面内”，这句话大体上说明白三线的空间位置：折射光线在入射光线与法线确定的平面内，即三线共面．(2)“线两旁”：“折射光线与入射光线分居在法线两侧”，这句话把折射光线的位置又做了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小．(i>0)(3)“正比例”：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即sinisinr＝n，折射角r随入射角i的变更而变更，入射角i典例示范例1光线以入射角θ1从空气射入折射率n＝2的透亮介质表面，如图所示．(1)当入射角θ1＝45°时，求反射光线与折射光线间的夹角θ；(2)当入射角θ1满意什么条件时，反射光线与折射光线间的夹角θ＝90°.归纳总结解决光的折射问题的基本思路(1)依据题意画出正确的光路图．(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要留意入射角、折射角均以法线为标准．(3)利用折射定律、折射率公式求解．素养训练1如图是两个并排而且深度相同的水池，一个装水，另一个未装水，在两池的中心各直立着一只长度相同而且比池深略高的标杆．当阳光斜照时就会在同一时刻在池底形成杆的影子，且影子都留在了水池底部，下列说法正确的是()A．两池中标杆影子长度相同B．装水的池中标杆影子较长C．未装水的池中标杆影子较长D．不能确定哪边的影子较长素养训练2一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内，入射角为45°，则如图所示的四个光路图中正确的是()探究点二折射率导学探究如表所示是在探究光由真空射入某种透亮介质发生折射的规律时得到的试验数据．请在表格基础上分析，随着入射角的增大，折射角怎样变更？当入射角与折射角发生变更时，有没有保持不变的量？入射角i(°)折射角r(°)i/rsini/sinr106.71.501.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.711.517038.61.811.508040.61.971.51归纳总结1.关于正弦值：当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以变更的，但正弦值的比值是一个常数．2．关于常数n：入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性．3．折射率与光速的关系：介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关，即n＝cv，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n4．确定因素：介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小由介质本身及光的性质共同确定，不随入射角、折射角的变更而变更．典例示范 例2一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90°，折射光线与反射光线间的夹角为105°，则该介质的折射率n＝________，光在该介质中的传播速度v＝________c.(c为真空中光速)素养训练3如图所示，一束光沿AO从空气射入折射率为n的玻璃中，以O点为圆心，R为半径作圆，与折射光的交点为B，过B点向两介质的交界面作垂线，垂足为N，AO的延长线交BN于M，记OM＝r.再以O点为圆心、r为半径作圆．则()A．n＝RrB．n＝rRC．n＝R2r素养训练4(多选)如图所示，一单色光由介质Ⅰ射入介质Ⅱ，在界面MN上发生偏折．下列说法正确的是()A．该光在介质Ⅰ中传播的速度大B．该光在介质Ⅱ中传播的速度大C．该光在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中传播的速度之比为3∶1D．该光在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为3∶1探究点三折射定律的应用归纳总结应用折射定律解题的思路：(1)依据题意画出光路图．(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要留意入射角、折射角均是光线与法线的夹角．(3)利用折射定律及几何规律列方程求解．典例示范例3如图所示，一束激光垂直于AC面照耀到等边玻璃三棱镜的AB面上．已知AB面的反射光线与折射光线的夹角为90°.光在真空中的传播速度为c.求：(1)玻璃的折射率；(2)激光在玻璃中传播的速度．素养训练5如图所示为某种透亮介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，BC为半径R＝12cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点．一束红光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑．已知该介质对红光的折射率为n＝233，求两个亮斑与素养训练6两束平行的细激光束垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，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．已知玻璃半圆截面的半径为R，OA＝R2，OP＝3R随堂演练·自主检测——突出创新性素养达标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，光的传播方向不肯定变更B．光发生反射时，光的传播方向肯定变更C．光发生折射时，肯定伴随着反射现象D．光发生反射时，肯定伴随着折射现象2．在图中的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()①bO不行能是入射光线②aO不行能是入射光线③cO不行能是入射光线④Ob肯定是反射光线A．①②③B．①②④C．②③④D．①③④3．某单色光在真空中的波长为λ，波速为c，它在介质中的折射率为n，则在该种介质中的速率为()A．cnB．cnλC．4．红、绿、黄三条入射光线，分别沿与三棱镜的底面平行的方向射向三棱镜的一个侧面的同一点，从三棱镜的另一个侧面射出，且出射光线与三棱镜底边延长线交于三点，三点到三棱镜底边中点的距离分别为s1、s2、s3，则()A．s1＝s2＝s3B．s1<s2<s3C．s1>s2>s3D．s1>s3>s25．假如光线以大小相等的入射角(入射角不为零)从真空射入不同介质，若介质的折射率越大，则()A．折射角越大，说明折射光线偏离原来方向的程度越大B．折射角越大，说明折射光线偏离原来方向的程度越小C．折射角越小，说明折射光线偏离原来方向的程度越大D．折射角越小，说明折射光线偏离原来方向的程度越小1．光的折射定律必备学问·自主学习一、2．平面法线常数3．可逆二、1．sin2．c3．14．光密光疏关键实力·合作探究探究点一【导学探究】提示：如图所示，入射光线和反射光线同法线的夹角相等，折射光线与法线的夹角小于入射光线与法线的夹角．【典例示范】例1解析：(1)依据反射定律知，反射角θ′1＝θ1①由折射定律得n＝sinθ解得sinθ2＝12，θ2依据几何关系得θ′1＋θ＋θ2＝180°③解得θ＝105°.(2)当θ＝90°时，有θ′1＋θ2＝90°④联立①②④可得tanθ1＝2.答案：(1)105°(2)tanθ1＝2素养训练1解析：未装水时，因光沿直线传播，光从杆顶照耀到池底的P点，而装水时，光沿直线传播，从杆顶照耀到水面时发生折射，由于折射角小于入射角，故照耀到池底的Q点，如图所示，可知未装水的池中标杆影子较长，C正确．答案：C素养训练2解析：光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，故A错误；由反射定律知反射角为45°，依据折射定律n＝sinθ1sinθ2得θ答案：C探究点二【导学探究】提示：由表中数据可以看出，随着入射角的增大，折射角增大．但入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变．【典例示范】例2解析：由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45°，折射角为r＝180°－45°－105°＝30°，则折射率n＝sin45°sin30°＝2，所以光在该介质中的速度v＝cn＝c答案：22素养训练3解析：依据题意，设入射角为i，折射角为r，由几何关系可得sini＝ONOM，sinr＝ON由折射定律可得n＝sinisinr＝OB答案：A素养训练4解析：由题图知该光在介质Ⅱ中的折射角较大，则介质Ⅰ的折射率大于介质Ⅱ的折射率，依据折射率与光速的关系可知光在介质Ⅱ中传播的速度大；介质Ⅰ相对介质Ⅱ的折射率为n＝sin60°sin30°＝3答案：BD探究点三【典例示范】例3解析：(1)如图所示，由几何关系知：光在AB界面的入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°，则n＝sinθ1sin(2)由n＝cv得v＝cn＝答案：(1)3(2)3素养训练5解析：光路图如图所示，设折射光斑为P1，折射角为r，依据折射定律n＝sinrsini，可得sinr由几何关系可得：tanr＝RAP解得AP1＝62cm，设反射光斑为P2，由几何学问可得△OAP2为等腰直角三角形，故AP2＝12cm.答案：两个亮斑与A点间的距离分别为62cm和12cm素养训练6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θ1，折射角为θ2，由几何关系可得：sinθ1＝OAOB＝12，解得：θ由余弦定理知：BP＝R，折射角为：θ2＝60°.由折射定律得玻璃材料的折射率为：n＝sinθ2sinθ1答案：3随堂演练·自主检测1．解析：发生反射时，光的传播方向肯定发生变更，且可以变更90°，A错，B对；发生折射时，肯定伴随着反射现象，但有反射现象，不肯定有折射现象，C对，D错．答案：BC2．解析：依据反射定律可知反射角和入射角相等，位于分界面同一侧且分居法线两侧．依据折射定律可知当光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角，且折射光线和入射