第三章 第1讲

第十三章 光 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. 第1讲 光的反射和折射 1 预习导学 梳理识记点拨 2 课堂讲义 理解深化探究 3对点练习 巩固应用反馈 预习导学 梳理识记点拨 4 第1讲 光的反射和折射 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 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 内，反 射光线与入射光线分别位于法线的 ；反射角 入射 角. 返回 同一平面 两侧等于 5 第1讲 光的反射和折射 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 间的夹角. 折射角：折射光线与 间的夹角. 法线 法线 6 第1讲 光的反射和折射 (3)折射定律 折射光线与入射光线、法线处在 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 比，即 n12. 同一平面 两侧 正 7 第1讲 光的反射和折射 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. 8 第1讲 光的反射和折射 二、折射率(n) 1.定义：光从 射入某种介质发生折射时，入射角的 与 折射角的 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_ 的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n . 正弦真空 正弦 真空中 9 第1讲 光的反射和折射 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. 课堂讲义 理解深化探究 10 第1讲 光的反射和折射 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. 11 第1讲 光的反射和折射 (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. 12 第1讲 光的反射和折射 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 13 第1讲 光的反射和折射 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； 14 第1讲 光的反射和折射 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 15 第1讲 光的反射和折射 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. 16 第1讲 光的反射和折射 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( ) A.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 图1 17 第1讲 光的反射和折射 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v2v1v3，A项对，C项错. 答案 AB 18 第1讲 光的反射和折射 二、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. 19 第1讲 光的反射和折射 例3 一束光线射到一个玻璃球上，如图2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) 图2 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. 20 第1讲 光的反射和折射 由AOB为等腰三角形，则i2r1. 由几何关系知r1160， i22r2， 21 第1讲 光的反射和折射 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 22 第1讲 光的反射和折射 借题发挥 在解决光的折射问题中正确画出光路图是前 提，利用几何关系确定边、角关系是关键. 23 第1讲 光的反射和折射 三、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 . 24 第1讲 光的反射和折射 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. 图3 3.实验步骤：(1)如图3所示，将白纸用 图钉钉在平木板上. (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. 25 第1讲 光的反射和折射 (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. 26 第1讲 光的反射和折射 (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2 OON，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. 27 第1讲 光的反射和折射 (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. 28 第1讲 光的反射和折射 4.注意事项 (1)实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动. (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. 29 第1讲 光的反射和折射 (4)实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增 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. 30 第1讲 光的反射和折射 例4 在用三棱镜测定玻璃折射率的实验中 ，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4所示. 图4 31 第1讲 光的反射和折射 (1)在本题的图上画出所需的光路； 解析 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. 答案 见解析 32 第1讲 光的反射和折射 (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； 解析 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. 答案 见解析 33 第1讲 光的反射和折射 (3)计算折射率的公式是_. 答案 见解析 对点练习 巩固应用反馈 34 第1讲 光的反射和折射 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( ) 35 第1讲 光的反射和折射 答案 BC 36 第1讲 光的反射和折射 折射定律的应用 2.一条光线从空气射入折射率为 的介质中，入射角为 45，在界面上入射光的一部分被反射，另一部分被折射 ，则反射光线和折射光线的夹角是( ) A.75 B.90 C.105 D.120 37 第1讲 光的反射和折射 解析 如图所示，根据折射定律 n， 则 230，反射 光线与折射光线的夹角1804530105，C正 确. 答案 C 38 第1讲 光的反射和折射 3.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) 图5 39 第1讲 光的反射和折射 解析 作出光路图如图所示.由题意知， 40 第1讲 光的反射和折射