第三章 第1讲

第1讲光的反射和折射目标定位1.理解光的反射定律和折射定律，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.会依据光的反射定律和折射定律作出光路图.4.会用插针法测定玻璃的折射率一、反射定律和折射定律1光的反射及反射定律(1)光的反射：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象(2)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2光的折射及折射定律(1)光的折射：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质的现象(2)入射角、折射角入射角：入射光线与法线间的夹角折射角：折射光线与法线间的夹角(3)折射定律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n12.3与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是可逆的想一想光在两种介质的界面发生反射和折射现象时，反射光线、折射光线和入射光线的传播速度是否相同？答案光在不同介质中的传播速度不同反射光线和入射光线是在同一介质中，故它们两个的传播速度相同；折射光线和入射光线不在同一介质中，故它们两个的传播速度不同二、折射率(n)1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，用符号n表示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.3任何介质的折射率n都大于1.想一想当光从水射入空气发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率，这种说法正确吗？为什么？答案不正确空气可以作为真空处理，根据折射率的定义可知光从空气射入水发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率.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应用n计算介质的折射率时，注意1为真空中的光线与法线的夹角，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n12可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B根据n12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传播速度成反比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传播速度是有联系的，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借题发挥折射率n反映了介质的光学性质，它的大小只由介质本身和入射光的频率决定，与入射角和折射角的大小无关，切不可认为n与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比例2如图1所示，有、三种介质，光线的传播方向以及光线与介质分界面的夹角由图中标出，由此可以判断()图1A光在介质中的传播速度最小B介质的折射率最小C光在介质中的传播速度最大D介质的折射率最大解析由相对折射率和绝对折射率的关系可知：n1sin 45n2sin 40，n2sin 26n3sin 40，得n2n1n3，B项对，D项错；由n可知v2v1)下列结论中正确的是()图4A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的折射率大解析由公式n，可得折射率nanb，C正确，D错误；由v，navb，A正确，B错误答案AC8.如图5所示，有一玻璃三棱镜ABC，顶角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()图5A. B.C. D.解析顶角A为30，则光从AC面射出时，在玻璃中的入射角130.由于出射光线和AC的夹角为30，所以折射角260.由光路可逆和折射率的定义可知n，C项正确答案C9.两束细平行光a和b相距为d，从空气中互相平行地斜射到平行玻璃砖的上表面，如图6所示，若玻璃对a的折射率小于对b的折射率当它们从玻璃砖的下表面射出后，有()图6A两束光仍平行，间距等于dB两束光仍平行，间距大于dC两束光仍平行，间距小于dD两束光不再相互平行解析作出两束光线的光路图根据na，nb，由题意知nad.光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变，折射光线平行B对答案B10.现代高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向反射，标志牌上的字特别醒目这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的，如图7所示，反光膜内均匀分布着直径为10 m的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射反射再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角应是()图7A15 B30 C45 D60解析已知入射光线和出射光线平行，所以光在三个界面上改变了传播方向，光线在玻璃珠的内表面反射时具有对称性，由此可作出光路图如右图所示由几何关系可知i2r根据折射定律有n由可得i60.答案D11Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉电子显微镜下鳞片结构的示意图如图8所示一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t.图8解析设光在鳞片中的折射角为，由折射定律sin insin 在鳞片中传播的路程s，传播速度v，传播时间t1解得t1，同理，在空气中的传播时间t2则tt1t2.答案题组三测定玻璃的折射率12.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9所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是()图9A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，也不宜太小在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线答案AB13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10、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10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，所以折射角增大，折射率减小；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大、可小、可不变答案偏小不变可能偏大、也可能偏小、还可能不变14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11所示的四个图中P1、P2、P3和P4是四个学生实验插针的结果图11(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