高中物理 13.1 光的反射和折射课件 新人教版选修34.ppt

1光的反射和折射 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 1 光的反射 光从第一种介质射到它与第二种介质的分界面时 一部分光 到第一种介质的现象 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 一 反射定律和折射定律 光的反射及反射定律 返回 同一平面 两侧 等于 光的折射及折射定律 进入第二种介质 法线 法线 同一平面 两侧 正 二 折射率 n 定义 光从 射入某种介质发生折射时 入射角 1的 与折射角 2的 之比 叫该介质的绝对折射率 简称折射率 公式 n 物理意义 反映介质的 的物理量 光学性质 真空 正弦 正弦 提醒 1 任何介质的折射率都大于1 2 在空气中往往可以近似看成真空中 真空中 1 在光的折射现象中 同光的反射现象一样 光路是可逆的 2 当光垂直介质界面入射时 光的传播方向就不发生变化 但这时光也发生了折射 因为光速发生了变化 3 当光发生折射且有一种介质是真空时 表达式中的 1表示的是真空中的光线与法线的夹角 2表示的是介质中的光线与法线的夹角 一 对光的折射及折射率的进一步理解 折射现象的理解 4 光从一种介质射到两种介质的分界面时一定发生反射 但不一定发生折射 1 关于正弦值 当光由真空中射入某种介质中时 入射角 折射角以及它们的正弦值是随入射角 1而改变的 但正弦值之比是一个常数 2 关于常数n 入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数 但不同介质具有不同的常数 说明常数反映了该介质的光学特性 折射率的理解 4 决定因素 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 二 测定玻璃的折射率 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 实验步骤 1 如图13 1 1所示 将白纸用图钉钉在平木板上 图13 1 1 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o b与bb 交于o 直线o b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 1 aon 折射角 2 o on 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 数据处理 方法一 在找到入射光线和折射光线以后 以入射点o为圆心 以任意长为半径画圆 分别与ao交于c点 与oo 或oo 的延长线 交于d点 过c d两点分别向nn 作垂线 交nn 于c d 用直尺量出cc 和dd 的长 如图13 1 2甲所示 重复以上实验 求得各次折射率的计算值 然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值 图13 1 2 在多次改变入射角 测量相对应的入射角和折射角正弦值的基础上 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13 1 2乙所示 描数据点 过数据点连线得一条过原点的直线 1 入射光线 出射光线确定的准确性造成误差 故入射侧 出射侧所插两枚大头针间距应大一些 玻璃砖应宽一些 2 入射角和折射角的测量造成误差 故入射角应适当大些 以减小测量的相对误差 误差分析 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 玻璃砖应选用宽度较大的 宜在5cm以上 若宽度太小 则测量误差较大 注意事项 关于折射率 下列说法正确的是 典例1 对折射率的理解 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v f 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 图13 1 3 光线以60 的入射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 当入射角变为45 时 折射角等于多大 4 当入射角增大或减小时 玻璃的折射率是否变化 说明理由 解析先画出玻璃与空气的界面 再过入射点作出界面的垂线即为法线 然后根据光的反射定律和折射定律作出入射光线 反射光线和折射光线 求出折射角 2后 根据 折射定律的简单应用 典例2 1 由题意知入射角 1 60 反射角 60 折射角 2 180 60 90 30 光路图如图所示 4 折射率不会变化 折射率由介质本身和入射光的频率决定 跟入射角的大小无关 答案见解析 如图13 1 4所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生了反射和折射现象的光路图 下列判断中正确的是 a ao是入射光 ob为反射光 oc为折射光 变式2 图13 1 4 b bo是入射光 oc为反射光 oa为折射光c co是入射光 ob为反射光 oa为折射光d 条件不足 无法确定解析法线与界面垂直 根据反射角等于入射角 反射光线 折射光线和入射光线都位于法线两侧 入射角大小等于反射角 可知co为入射光线 ob为反射光线 oa为折射光线 答案c 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13 1 5所示的四个图中p1 p2 p3和p4是四个学生实验插针的结果 典例3 测定玻璃的折射率 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是 计算玻璃的折射率的公式是 解析将p1p2看做入射光线 p3p4看做出射光线 由题图知 入射光线与界面垂直 进入玻璃砖后 在玻璃砖内传播方向不变 由作出的光路图可知选项a c错误 而 图13 1 5 如图13 1 5所示 某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率 在平铺的白纸上垂直纸面插大头针p1 p2确定入射光线 并让入射光线过圆心o 在玻璃砖 图中实线部分 另一侧垂直纸面插大头针p3 使p3挡住p1 p2的 变式3 图13 1 5 像 连接op3 图中mn为分界面 虚线半圆与玻璃砖对称 b c分别是入射光线 折射光线与圆的交点 ab cd均垂直于法线并分别交法线于a d点 1 设ab的长度为l1 ao的长度为l2 cd的长度为l3 do的长度为l4 为较方便地表示出玻璃砖的折射率 需用刻度尺测量 则玻璃砖的折射率可表示为 2 该同学在插大头针p3前不小心将玻璃砖以o为圆心顺时针转过一小角度 由此测得玻璃砖的折射率将 填 偏大 偏小 或 不变 一束光从某种介质射入空气中时 入射角 1 30 折射角 2 60 折射光路如图13 1 7所示 则下列说法正确的是 对折射率的理解 1 图13 1 7 c 光在介质中速度比在空气中小d 光在介质中速度比在空气中大答案bc 一个圆柱形筒 直径12cm 高16cm 人眼在筒侧上方某处观察 所见筒侧的深度为9cm 当筒中装满液体时 则恰能看到筒侧的最低点 求 1 此液体的折射率 2 光在此液体中的传播速度 折射定律的简单应用 2 解析题中的 恰能看到 表明人眼看到的是筒侧最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线 由此可作出符合题意的光路图 如右图所示 在作图或分析计算时还可以由光路的可逆性 认为 由人眼发出的光线 折射后恰好到达筒侧最低点 3 2012 重庆理综 22 1 题图13 1 8甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖 它的 面不能用手直接接触 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中 两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a b c的位置相同 且插在c位置的针正好挡住插在a b位置的针