高中物理选修光的反射和折射

三、折射率
1.物理意义:反映介质的光学性质的物理量。
2.定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射 角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率:n=������������������������������������θθ12。
3.研究表明,光在不同介质中的速度不同,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=vc。
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
答案:A 解析:“挡在场馆外”一定是反射,只要是反射就一定遵循光的反射 定律。
1.光的反射遵循反射定律。 2.在光的反射现象中光路是可逆的。
二、折射定律
h1tan θ2=h'tan θ1
h'=h���1������������������������������θ���θ12
=
h1������������������θ2 ������������������θ1
=
hn1=4×34m=3
m
则鸟看水中的鱼离它:H1=(3+3)m=6 m 同理可得鱼看鸟时:h″=nh2=3×43m=4 m
4.用插针法测玻璃折射率时应注意什么问题? 答案:(1)实验时入射角应大一些,否则折射角太小,作图和测量时将 产生较大的误差,当然入射角也不可太大。 (2)选用宽度较大的玻璃砖。 (3)测玻璃的折射率时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且 P1 和 P2 之 间、P2 与 O 点之间、P3 与 O 点之间、P3 与 P4 之间距离要稍大一些。
第十三章 光
1 光的反射和折射
课前预习导学
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学习目标 1.能用反射定律和折射定律解释和计算有关
问题。 2.能理解折射率的物理意义,能记住折射率与光速 的关系。 3.会根据光的反射定律和折射定律作光路图。
重点难点
重点:折射定律、折射 率。 难点:对折射率概念的理 解。
预习导引
一、光的反射及反射定律
3.测定折射率的方法很多,但基本原理都是设法确定入射光线及对
应的折射光线,测量入射角 i、折射角 r(或其正弦函数),利用 n=������������������������������������ri计算
折射率。
当堂检测
1.一束单色光经由空气射入玻璃,这束光的( ) A.速度变慢,波长变短 B.速度不变,波长变短 C.频率增高,波长变长 D.频率不变,波长变长 答案:A 解析:根据光的折射特点,在折射过程中频率不变,由公式 v=nc,玻璃的折 射率比空气的大。所以由空气进入玻璃时,速度变慢,由 λ=vf可知光的波 长变短,所以选项 A 正确。
3.关于光的折射,正确的说法是( ) A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内 B.入射光线和法线与折射光线不一定在一个平面内 C.入射角总大于折射角 D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角 答案:AD 解析:由光的折射定律知,折射光线一定在法线和入射光线所确定的平 面内,A 正确,B 错误。入射角不一定大于折射角,C 错误。光线从空气斜 射入玻璃时,入射角大于折射角,D 正确。
1.折射率的定义式:n=������������������������������������θθ12中的 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,产生这种现象的原因是由于光路的可逆性。
2.解决光路问题,关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注 意以下几点:(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中 的边、角关系,注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、 折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。
(1)为了测量折射率,应如何正确使用大头针 P3、P4?试在题图中标 出 P3、P4 的位置。
(2)然后,移去玻璃砖与大头针。试在题图中通过作图的方法标出 光线从空气到玻璃中的入射角 θ1 与折射角 θ2。简要写出作图步骤。
(3)写出用 θ1、θ2 表示的折射率公式。
答案:见解析。 解析:(1)在 bb'一侧观察 P1、P2(经过 bb'折射 aa'反射,再经 bb'折射 后)的像,在适当的位置插上 P3,使得 P3 与 P1、P2 的像在一条直线上,即 让 P3 挡住 P1、P2 的像;再插上 P4,让它挡住 P2(或 P1)的像和 P3。P3、P4 的位置如图。
2.如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.bO 不是入射光线
B.aO 是入射光线
C.cO 是入射光线
D.Ob 是反射光线
答案:ABD
解析:由题图可知只有 aO 和 bO 关于 MN 对称,所以 Ob 是反射光线,A
正确;aO 是入射光线,B 正确;Oc 是折射光线,C 错误,D 正确。
(2)①过 P1、P2 作直线与 bb'交于 O; ②过 P3、P4 作直线与 bb'交于 O'; ③利用刻度尺找到 OO'的中点 M; ④过 O 点作 bb'的垂线 CD,过 M 点作 bb'的垂线与 aa'相交于 N,如 图所示,连接 ON; ⑤∠P1OD=θ1,∠CON=θ2.
(3)n=������������������������������������������������12
二、光的折射及折射定律
1.光的折射及折射定律
光 的 光从第 1 种介质斜射到与第 2 种介质的分界面时,一部分光进入第 2 折射 种介质的现象
入射
角、 入射角:入射光线与法线的夹角
折 射 折射角:折射光线与法线的夹角
角
折 射 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
定律
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ssiinn
则 H2=(4+4)m=8 m。
迁移与应用 2
假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到日出时刻与实际存 在大气层的情况相比( )
A.将提前 B.将延后 C.在某些地区将提前,在另一些地区将延后 D.不变
答案:B 解析:假如地球周围没有大气层,太阳光将沿直线传播,如图所示,在 地球上 B 点的人将在太阳到达 A'点时看到日出;而地球表面有大气层 时,由于空气的折射率大于 1,并且离地球表面越近,大气的密度越大,折 射率越大,太阳光将沿如图所示 AB 曲线进入在 B 处的人眼中,使在 B 处的人看到了日出,但在 B 处的人认为光是沿直线传播的,则认为太阳 位于地平线上的 A'点,而此时太阳还在地平线以下,相当于日出时刻提 前了,所以无大气层时日出的时间将延后。
答案:一定,由 n=vc知,任何介质中的光的传播速度不能大于真空中
的光速,只能接近于真空中的Leabharlann Baidu速,故任何介质的折射率都大于 1。
3.怎样测定介质的折射率? 答案:确定光路,找出跟入射光线相应的折射光线,用量角器测入射
角 i 和折射角 r,根据折射定律计算出玻璃的折射率 n=������������������������������������ri。
课堂合作探究
问题导学
一、反射及反射定律
活动与探究 1 如果要拍摄自己在镜中的照片,应怎样操作? 答案:因为光反射时光路是可逆的,所以自己如能从镜中看到照相 机镜头,即可拍出自己在镜中的照片。
迁移与应用 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( )
1.光的直线传播:光在同种均匀介质中沿直线传播。 2.光的反射:光从第 1 种介质射到与第 2 种介质的分界面时,一部分 光会返回到第 1 种介质的现象。 3.反射定律:反射光线与入射光线、法线处在同一平面内;反射光线 与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角。
预习交流 1
日常生活中我们利用光的反射原理服务于我们的生活,试举几例。 答案:每天我们照镜子,汽车后视镜,公路急转弯处安装很大的凸面 镜等都是利用光的反射为我们服务。
3.利用折射定律 n=������������������������������������θθ12、折射率与光速的关系 n=vc列方程,结合数 学三角函数的关系进行运算。
三、折射率和折射率的测定
活动与探究 3 1.决定介质折射率的因素是什么? 答案:介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量,它的大小只 能由介质本身及光的性质共同决定,不随入射角、折射角的变化而变化。 2.任何介质的折射率都一定大于 1 吗?为什么呢?
3
乙设计的表格是:
次数 1 2 3 角平均值 正弦值 n
θ1 30 45 60 45 θ2 20.9 30.5 38.0 29.8
0.707 1.568
0.451
答案:甲正确 解析:由 n=������������������������������������θθ12可知,n 的测量值应为每次测量的入射角的正弦与折射角 的正弦比值的平均值,而不是每次测量的入射角的平均值的正弦与折射角
4.两个同学测玻璃的折射率时各设计一个表格记录数据,而且都已完成
了计算,你认为谁的是正确的?
甲设计的表格是:
次数 θ1 sin θ1 θ2 sin θ2 N
������
30 0.500 20.9 0.322 1.552 1
45 0.707 30.5 0.461 1.533
2
1.542
60 0.866 38.0 0.562 1.541
的平均值的正弦之比,故甲正确。
5.空中有一只小鸟,距水面 3 m,其下方距水面 4 m 深处的水中有一条鱼。
已知水的折射率为43,则鸟看水中的鱼离它
m,鱼看天上的鸟
离它
m。
答案:6 8
解析:首先作出鸟看鱼的光路图,如图所示。由于是在竖直方向上看,所 以入射角很小,即图中的 θ1 和 θ2 均很小,故有 tan θ1=sin θ1,tan θ2=sin θ2。 由图可得:
迁移与应用 3
一块玻璃砖有两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线 不能通过此表面)。现要测定此玻璃的折射率。给定的器材还有:白纸、 铅笔、大头针 4 枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器。
实验时,先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个相互平行的表面与纸 面垂直。在纸上画出直线 aa'和 bb',aa'表示镀银的玻璃 表面,bb'表示另一表面,如图所示。然后,在白纸上竖直 插上两枚大头针 P1、P2(位置如图)。用 P1、P2 的连线 表示入射光线。
θ1
������2
=n12
2.光路可逆性
在光的反射和折射现象中,光路都是可逆的。
预习交流 2
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?
答案: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。
利用光路图解决光的折射问题的方法 1.根据题意画出正确的光路图。首先要找到入射的界面,同时准确 地作出法线,再根据折射定律和入射光线画出折射光线,找到入射角和 折射角,要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。 2.利用几何关系确定光路图中的边、角关系,与折射定律 n=������������������������������������θθ12中 的各量准确对应。
活动与探究 2 在光的折射现象中,什么发生了变化? 答案:光的折射是光从一种介质射入另一种介质中时传播方向发 生偏折的现象,因而光的传播方向发生了改变。光在折射中遵循折射定 律。由于入射光和折射光在两种不同的介质中传播,因此光速会发生变
化,光的频率由波源决定,即频率不变,由公式 λ=vf,可知波长发生变化。