2018_2019学年高中物理第4章光的折射与全反射第1讲光的折射定律学案鲁科版.docx

第1讲光的折射定律 目标定位1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题.2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系.3.会依据光的折射定律作出光路图.4.会用插针法测定玻璃的折射率一、折射角与入射角的定量关系1光的折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会改变的现象2斯涅耳定律(又叫光的折射定律)入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数即n.3光路可逆性：在光的反射现象和折射现象中，光路都是可逆的4折射率：光从真空(或空气)射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦跟折射角r的正弦的比值n，叫做这种介质的折射率二、折射率的意义1意义：介质的折射率反映了光在介质中的偏折程度折射率越大，介质使光偏离原来传播方向的程度就越大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.三、测量介质的折射率原理：用插针法确定光路，根据光的折射定律计算出折射率四、对折射现象的解释1现象：水中的物体看起来比实际要浅2色散现象红光的传播速度最大，折射率最小；紫光的传播速度最小，折射率最大一、对折射率的理解1折射率是一个反映介质的光学性质的物理量，其大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关2“相对折射率”与“绝对折射率”(1)相对折射率：光从介质1射入介质2时，入射角1与折射角2的正弦之比叫做介质2对介质1的相对折射率，通常用n12表示n12(2)绝对折射率：若介质1是真空，则介质2相对真空的折射率叫做该介质的绝对折射率，通常用n表示3任何介质的折射率n都大于1.4应用n计算介质折射率时，注意1为真空中的光线与法线夹角，不一定为入射角；2为介质中光线与法线的夹角，也不一定为折射角例1关于折射率，下列说法正确的是()A根据n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B根据n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C根据n可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比D同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与波长成反比解析介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错；由于真空中的光速是个定值，故n与v成反比是正确的，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，选项C正确；由于vf，当f一定时，v与成正比，又n与v成反比，故n与也成反比，选项D正确答案CD二、测定玻璃的折射率1实验原理：用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角1和折射角2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n.2实验器材：两面平行的玻璃砖，方木板，白纸，图钉(若干)，大头针四枚，直尺，量角器，铅笔3.图1实验步骤：(1)如图1所示，将白纸用图钉钉在方木板上(2)在白纸上画出一条直线aa作为界面(线)，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线(3)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.(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针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上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3本身及P1、P2的像，记下P3、P4的位置(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线OB与bb交于O，直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向(6)连接OO，入射角1AON，折射角2OON，用量角器量出1和2，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中(7)用上述方法测出入射角分别为30、45、60时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中(8)算出不同入射角下的正弦比值，最后求出在几次实验中比值的平均值，即为玻璃砖的折射率4注意事项(1)实验中，玻璃砖在纸上位置不可移动(2)不能用手触摸玻璃砖光洁面，更不能把玻璃砖当尺子用(3)大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差(4)实验中入射角不宜过小，否则会使测量误差大，也不宜过大(5)本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是采用三棱镜、半圆形玻璃砖等，那么只是出射光和入射光不平行，同样能测出折射率例2图2用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插入两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图2所示(1)在本题的图上画出所需的光路；(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_，_，在图上标出它们；(3)计算折射率的公式是_解析(1)如图所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC面于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O.则光线OO就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线(2)在所画的图上注明入射角1和折射角2，并画出虚线部分，用量角器量出1和2(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度)(3)n(或因为sin1，sin2，则n)答案见解析三、光的折射定律的应用解决光的折射问题的基本思路：1根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，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角3利用折射定律n、折射率与光速的关系n列方程，结合数学三角函数的关系进行运算图3例3如图3所示，一透明介质制成的直角三棱镜，顶角A30，一束光由真空垂直射向AC面，经AB面射出后的光线偏离原来方向15.已知光在真空中的传播速度为c.求：(1)该介质对光的折射率；(2)光在该介质中的传播速度解析(1)光路图如图所示，由几何关系可得，光在AB面上的折射角为45，根据折射定律n，得n.(2)由n得vc答案(1)(2)c例4如图4，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，A30，AC平行于光屏MN，与光屏的距离为L，棱镜对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2.一束很细的白光由棱镜的侧面AB垂直射入，直接到达AC面并射出画出光路示意图，并标出红光和紫光射在光屏上的位置，求红光和紫光在光屏上的位置之间的距离图4解析光路如图所示红光和紫光在AC面上的入射角相同，设为i，折射角分别为r1和r2，它们射到屏上的位置离O点的距离分别为d1和d2.由折射定律得n1sinisinr1n2sinisinr2由几何关系得iAd1Ltanr1d2Ltanr2联立式并利用题给条件得，红光和紫光在光屏上的位置之间的距离为d2d1L答案光路图见解析图d2d1L对折射率的理解1光从真空射入某介质，入射角1从零开始增大到某一值的过程中，折射角2也随之增大，则下列说法中正确的是()A比值不变B比值不变C比值是一个大于1的常数D比值是一个小于1的常数解析由折射率概念可知：折射率与介质有关，对于同一束光介质的折射率不变，即n不变，又n，故n始终大于1，故B、C对，A、D错答案BC测定玻璃的折射率2.图5某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO的延长线于C点，过A点作法线NN的垂线AB交NN于B点，过C点作法线NN的垂线CD交NN于D点，如图5所示用刻度尺量得OB8cm，CD4cm，由此可得出玻璃的折射率n_.解析由题图可知sinAOB，sinDOC，OAOCR，根据n知，n1.5.答案1.5光的折射现象3一束由红、紫两色组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜分离成两束单色光的是()解析复色光在界面折射就分成两束光，且紫光由于折射率较大，偏折较多，能正确表示该复色光经三棱镜分离成两束单色光的是图B.答案B光的折射定律的应用图64一束光线射到一个玻璃球上，如图6所示该玻璃球的折射率是，光线的入射角是60.求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向(用与入射光线的夹角表示)解析光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的光路如图所示由折射定律得n，.由AOB为等腰三角形，则i2r1.由几何关系知r1160，i22r2，又由图知，3是出射光线相对于入射光线的偏折角，且312.联立以上各式解得360，即第一次从玻璃球射出的光线与入射光线的夹角为60.答案与入射光线的夹角为60(时间：60分钟)题组一光的折射现象1假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的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某些地区将提前，在另一些地区将延后D不变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，由于离地球表面越近，大气层的密度越大，折射率越大，太阳光将沿如图示的AB曲线进入在B处人的眼中，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，则认为太阳应位于地平线上的A点，其实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，故B对答案B2井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(如图1所示，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则()图1A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由图可看出，所以水井中的青蛙觉得井口小些；，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项B正确答案B3空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼已知水的折射率为，则鸟看水中的鱼离它_m，鱼看天上的鸟离它_m.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i和r均很小，故有tanisini，tanrsinr由图可得：h1tanrhtani，h4m3m则鸟看水中的鱼离它：H13m3m6m同理可得鱼看鸟时，hnh23m4m则H24m4m8m.答案68题组二折射率及折射定律4光从空气斜射进入介质中，比值常数，这个常数()A与介质有关B与光在介质中的传播速度有关C与入射角的大小无关D与入射角正弦成正比，跟折射角的正弦成反比解析介质的折射率与介质有关，与入射角无关，介质对光的折射率n，选项D错误，选项A、B、C正确答案ABC5.图2如图2所示，光在真空和某介质的界面MN上发生偏折，那么()A光是从真空射入介质B介质的折射率约是1.73C光在介质中传播速度约为1.73108m/sD反射光线与折射光线的夹角是90答案BCD6以往，已知材料的折射率都为正值(n0)现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n0)，称为负折射率材料位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出若该材料对此电磁波的折射率n1, 正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是()解析由公式n及n1，根据题意及图知，i时，r，则B对，A、C、D均错答案B7一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b.已知a光的频率小于b光的频率，下列光路图正确的是()解析两种单色光射入玻璃砖时的折射角小于入射角，据此可排除选项A、B；已知a光的频率小于b光的频率，那么a光在玻璃砖中的折射率较小，入射角相同时，折射角较大，选项D正确答案D8.图3如图3所示水面上方有一点A，下方有一点B，AB连线交水面于O点，现在A点用一束红光射向水面上的P点，正好在B点形成光斑若在A点改用一束紫光射向水面上的Q点，仍在B点形成亮斑(图中未标出P、Q)，下列说法正确的是()AP点和Q点都在O点的左边，Q点距O点较远BP点和Q点都在O点的右边，Q点距O点较远CP点和Q点都在O点的左边，Q点距O点较近DP点和Q点都在O点的右边，Q点距O点较近解析根据光的折射定律，因为光是从空气射入水中，故入射点P和Q都在O点的右边，由于紫光的折射率大于红光，故紫光的入射点Q距O点较远，B正确答案B9.图4如图4所示间距为d的两细束平行单色光线以相同的入射角射到夹角为的两平行玻璃砖下表面，则从玻璃砖上表面射出的两光线()A仍然平行，间距小于dB仍然平行，间距大于dC不再平行，成为会聚光D不再平行，成为发散光解析平行玻璃砖对光线有侧向平移的作用，而且入射角大于折射角，所以光线都向外移动，故B正确答案B10.图5如图5所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d，当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B，当桶内油的深度等于桶高的一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距d.由此可得油的折射率n_；光在油中传播的速度v_m/s.(结果可用根式表示)解析作出光路图如图所示由题意知，sin，sin，故油的折射率n，光在油中传播的速度v6107m/s.答案6107题组三测定玻璃的折射率11.图6在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图6所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是()A为了减少作图误差，P3和P4的距离应适当取大些B为减少测量误差，P1、P2连线与玻璃砖界面的夹角应适当取大一些C若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像D若P1、P2连线与法线NN间夹角较大时，有可能在bb一侧就看不到P1、P2的像解析实验时，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P4之间，P3与O之间距离要稍大一些入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小故A、B对，C、D错答案AB12在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系分别如图7、和所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖他们的其他操作均正确，且均以aa，bb为界面画光路图，则图7甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)丙同学测得的折射率与真实值相比_解析用图测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以折射角偏大，折射率偏小；用图测定折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图测定折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变答案偏小不变可能偏大、也可能偏小、还可能不变13用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，如图所示的四个图中P1、P2、P3和P4是四个学生实验插针的结果(1)在这四个图中肯定把针插错了的是_(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的