《高中物理人教选修3-4课件：第13章 光 13.1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理人教选修3-4课件：第13章 光 13.1（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十三章 光 1 光的反射和折射 自主预习 1 光的反射和反射定律 1 反射现象 光从第1种介质射到它与第2种介质的分 界面时 一部分光会 到第1种介质的现象 返回 2 反射定律 反射光线与入射光线 法线处在 平面内 反射光线与入射 光线分别位于法线的 反射角 入射角 如图所示 同一 两侧等于 2 光的折射和折射定律 1 折射现象 光从第1种介质射到它与第2种介质的分 界面时 一部分光会 第2种介质的现象 进入 2 折射定律 折射光线与入射光线 法线处在 平 面内 折射光线与入射光线分别位于法线的 入射 角的正弦与折射角的正弦成 即 n12 如图所示 同一 两侧 正比 3 光路的可逆性 在光的
2、反射现象和折射现象中 光路都是 的 4 折射率 1 定义 光从 中射入某种介质发生折射时 入射 角的 与折射角的 之比 叫作这种介质的绝对 折射率 简称折射率 用符号n表示 2 定义式 n 可逆 真空 正弦正弦 3 物理意义 反映介质 的物理量 不同的介 质有不同的折射率 4 折射率与光速的关系 光在不同介质中的 不同 且都 光在真空中的传播速度 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 光学性质 传播速度 小于 预习小测 1 如图所示 国家游泳中心 水立方 的透明薄膜 外 衣 上点缀了无数白色亮点 他们被称为镀点 北京奥 运会举行时正值盛夏 镀点能
3、改变光线方向 将光线挡 在场馆外 镀点对外界阳光的主要作用是 A 反射太阳光线 遵循光的反射定律 B 反射太阳光线 不遵循光的反射定律 C 折射太阳光线 遵循光的折射定律 D 折射太阳光线 不遵循光的折射定律 解析 选A 将光挡在场馆外 光线没有进入第2 种介质 所以是光的反射现象 遵循光的反射定律 选项 A正确 2 如图所示 落山的太阳看上去正好在地平线上 但实 际上太阳已处于地平线以下 观察者的视觉误差大小取 决于当地大气的状况 造成这种现象的原因是 A 光的反射 B 光的折射 C 光的直线传播 D 小孔成像 解析 选B 大气层由于疏密程度不同 对光的折射 率不同 太阳光进入大气层发生折射
4、 使传播方向改变 属于光的折射 B项正确 3 一束光线从空气射向折射率为1 5的玻璃内 入射角 为45 下面光路图中正确的是 解析 选C 光从空气射向玻璃 同时发生反射和折 射现象 A项错误 根据折射定律n 得 2 1 故 B D错误 C项正确 主题一 反射定律和折射定律 互动探究 如图甲 乙所示是一狭窄光束射到玻璃面上时发生折 射和反射的情景 结合情景讨论下列问题 1 反射光线 折射光线 入射光线和法线的位置关系 如何 提示 反射光线 折射光线 入射光线和法线在同一平 面内 反射光线 折射光线和入射光线分居法线两侧 2 如图乙所示 如果转动入射光线 测得光由空气射入 玻璃时入射角 1与折射角
5、 2的数值表 分析表格数据 思考折射角与入射角有什么定量关系 入射角折射角 1 2sin 1 sin 2 5 6 7 1 491 49 10 10 1 1 491 49 15 13 4 1 491 49 20 16 7 1 501 49 30 19 6 1 531 49 40 25 2 1 591 51 50 30 7 1 631 50 80 40 6 1 971 51 提示 由表格数据可知 在误差允许的范围内 入射角正 弦与折射角正弦比值相等 即 n12 3 在光的反射和折射中如果逆着反射光线或折射光线 的方向射入 出射光线会沿什么方向 提示 出射光线会沿原入射光线的方向射出 因为在光 的反
6、射和折射中光路是可逆的 4 当光线垂直入射时 入射角为0 折射角为 此 时 选填 符合 或 不符合 折射定律 0 符合 探究总结 1 反射与折射现象中的 一点 二线 三面 1 一点 反射时 反射角等于入射角 折射时 入射角正 弦与折射角的正弦比为一常数 均为一一对应关系 2 二线 反射光线与入射光线 或折射光线与入射光线 分别位于法线的两侧 3 三面 三线共面 反射光线 入射光线 法线位于同 一平面内 或折射光线 入射光线 法线位于同一平面 内 2 折射光路的特点 折射光的光路是可逆的 如果让光 线逆着原来的折射光线射到界面上 光线就会逆着原来 的入射光线发生折射 典例示范 光线以60 的入射
7、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 当入射角增大或减小时 玻璃的折射率是否变化 说 明理由 解题指南 解答本题时应注意以下两点 1 根据题意画出正确的光路图 2 确定入射角和折射角 解析 1 由题意知入射角 1 60 反射角 3 60 折射角 2 90 60 30 光路图如图所示 2 根据 m s 1 7 108m s 3 当入射角变化时 比值 保持不变 即玻璃的折 射率并不改变 折射率由介质和入射光的频率决定 而 跟入射角的大小无关 答案 1 见解析 2 1 7 108m s
8、3 见解析 探究训练 1 多选 图中虚线表示两种介质的界面及其法线 实线 表示一条光线斜射向界面后发生反射与折射的光线 以 下说法正确的是 A aO是入射光线 B bO是入射光线 C bO是反射光线 D cO是折射光线 解析 选B D 根据反射定律知 入射光线与反射光 线相对于法线对称 由题图可知只有aO和bO关于MN对 称 所以aO和bO一定是入射或反射光线 再根据折射定 律 入射光线与折射光线分居在法线两侧 综合以上可 知 bO是入射光线 aO是反射光线 cO是折射光线 2 2018 济南高二检测 一个人站在水面平静湖边 观察离岸一段距离的水下的一条鱼 这个人看到的鱼 的位置和鱼在水下真实
9、的位置相比较 下列说法中正 确的是 A 在鱼真实位置的正上方某处 B 在鱼真实位置上方偏向观察者的某处 C 在鱼真实位置下方偏向观察者的某处 D 所给条件不足 无法确定观察到的鱼的位置 解析 选B 如图所示 人在岸上看离岸 一段距离的水下的鱼 应是从鱼的位置发 出的光 实际上是鱼的反射光 经折射后 射入人的眼睛 看到的是鱼的像 把鱼看 作一个发光点S 人看到的是折射光线的反向延长线交 于发光点S的右上方S 点 这说明人看到的是鱼的虚像 且位置是偏向右上方 所以选项B正确 补偿训练 1 如图所示 井口大小和深度相同的两口井 一口是枯 井 一口是水井 水面在井口之下 两井底部各有一只 青蛙 则 A
10、 水井中的青蛙觉得井口大些 晴天的夜晚 水井中的 青蛙能看到更多的星星 B 枯井中的青蛙觉得井口大些 晴天的夜晚 水井中的 青蛙能看到更多的星星 C 水井中的青蛙觉得井口小些 晴天的夜晚 枯井中的 青蛙能看到更多的星星 D 两只青蛙觉得井口一样大 晴天的夜晚 水井中的青 蛙能看到更多的星星 解析 选B 这是一道典型的视野问题 解决视野问 题的关键是确定边界光线 是谁约束了视野等 如本题 中由于井口边沿的约束而不能看到更大的范围 据此作 出边界光线 如图所示 水井中的青蛙相当于枯井中 离开井底一定高度的青蛙 看向井口和天空 所以 水井中的青蛙可看到更多的星星 故选项B正确 A C D错误 2 一
11、束光从空气射向折射率为 的某种介质 若反射 光线与折射光线垂直 则入射角为 真空中的 光速为c 则光在该介质中的传播速度为 解析 光路图如图所示 根据折射定律 n 及 i r 90 得tani i 60 根据 答案 60 通法悟道 应用折射定律和反射定律解题的技巧 1 画出正确的光路图 确定入射角和折射角是解题的 前提和关键 2 从光路图上找准入射角和折射角 应用n 列 式求解 是顺利解题的基础 3 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 主题二 对折射率的理解 互动探究 1 介质的折射率n 能否说入射角 1增大 折射 率也增大 提示 不能 同一种介质的折射率不变 不
12、随入射角变 化 2 折射率跟哪些因素有关 反映了介质的什么性质 提示 折射率的大小由介质本身决定 与入射角 折射 角的大小无关 在入射角 1不变的情况下 介质折射率 越大 折射角 2就越小 光线偏折的程度就越大 可见 折射率的大小反映了介质对光线的偏折能力的强弱 折 射率是反映介质光学性质的物理量 3 光由其他介质射入空气时 n 是否还适用 如果 适用 1 2分别应是什么角 提示 适用 1应为折射角 2应为入射角 即计算某 种介质的折射率时 公式中 1为空气中的光线与法线 的夹角 2为介质中的光线与法线的夹角 4 任何介质的折射率都大于1吗 提示 光在真空中的传播速度为c 而在其他介质中 光
13、的传播速度vnbB navbD va vb 解析 选A D 由题图可知折射角ranb 由 知va 下列结论 中正确的是 A 在水中的传播速度 光束a比光束b大 B 在水中的传播速度 光束a比光束b小 C 水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小 D 水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大 解析 选A C 由公式n 可得折射率na nb C 正确 D错误 由v navb A正确 B错误 2 在折射现象中 下列说法正确的是 A 折射角一定小于入射角 B 折射率跟折射角的正弦值成反比 C 折射角增大为原来的2倍 入射角也增大为原来的2倍 D 折射率大的介质 光在其中传播速度小 解析 选D 折射角可
14、能小于入射角 也可能大于入 射角 例如 光从水中射入空气时 折射角就大于入射 角 故A错 某种介质的折射率对特定的光是一定的 不 随折射角的正弦值的变化而变化 故B错 入射角的正弦 与折射角的正弦成正比 而不是入射角与折射角成正比 故C错 由n 知 D正确 通法悟道 有关折射定律的求解技巧 1 根据题意画出正确的光路图 2 利用几何关系确 定光路中的边 角关系 要注意入射角 折射角的确定 3 注意光路可逆性 对称性的应用 4 利用折射 定律规范求解 主题三 实验 测定玻璃的折射率 互动探究 为了测定玻璃砖的折射率 将白纸用图钉钉在平木板上 如图所示 1 本实验的目的是什么 提示 测定玻璃的折射
15、率 2 如何确定入射光线的方向 提示 在白纸上画出一条直线aa 作为界面 线 过 aa 上一点O画出界面的法线NN 并画一条线段AO作 为入射光线 3 如何确定出射光线的方向 提示 1 把长方形玻璃砖放在白纸上 使它的长边跟 aa 对齐 画出玻璃砖的另一边bb 2 在线AO上竖直插入两枚大头针P1 P2 透过玻璃砖观 察大头针P1 P2的像 调整视线方向直到P2的像挡住P1的 像 再在观察者一侧竖直插入两枚大头针P3 P4 使P3挡 住P1 P2的像 P4挡住P3及P1 P2的像 记下P3 P4的位置 3 移去大头针和玻璃砖 过P3 P4所在处作线O B与 bb 交于O 线O B就代表了沿AO
16、方向入射的光线通 过玻璃砖后的传播方向 4 如何确定入射角和折射角 提示 连接OO 入射角 1 AON 折射角 2 O ON 5 用量角器量出入射角和折射角 从三角函数表中查出 它们的正弦值 把这些数据记录在表格中 123456 入射角 1 折射角 2 sin 1 sin 2 n 6 实验中数据的处理方法有哪些 提示 1 计算法 把上述实验数据分别由n 计算 出n1 n2 n3 求出平均值即为玻璃砖折射率的测量 值 2 图象法 因sin 2 sin 1 所以可 把上面的数据以sin 1值为横坐标 以 sin 2值为纵坐标 建立直角坐标系 如 图所示 描数据点 过数据点连线作一条过原点的直 线 求解图线斜率 设斜率为k 则k 故玻璃砖折射 率n 7 用以上两种方法来求玻璃的折射率测量误差较大 又 有比较繁琐的计算 有没有比较简便的方法来计算玻璃 的折射率呢 提示 可以有如下两种方法 1 单位圆法 以O为圆心 单位长为半径 用圆规作单位 圆交AO的延长线于C 用三角板过点C作aa 的垂线交OB 于D 如图所示 则OD长度就是玻璃的折射率的数值 实验结果分析 因为 又 所以 2 尺规法 经过
