（浙江专用）2016-2017高中物理 第十三章 光（第1课时）光的反射和折射教师用书 新人教版选修3-4.doc

第1课时光的反射和折射 研究学考把握考情知识内容光的反射和折射考试要求加试c教学要求1.知道光在反射与折射时光路可逆2掌握光的反射与折射定律 3知道折射率的定义和表达式，知道折射率的决定因素说明不要求引入相对折射率的概念基 础 梳 理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。即 学 即 练关于光的反射与折射现象，下列说法正确的是()a光发生反射时，光的传播方向一定改变b光发生反射时，光的传播方向可能偏转90c光发生折射时，一定伴随着反射d光发生折射时，光的传播方向可能偏转90解析由光的反射定律可知，反射角等于入射角，不管入射角多大，光发生反射时，光的传播方向都要改变，选项a正确；光发生反射时，当入射角等于45时，光的传播方向偏转90，选项b正确；光从一种介质射到两种介质的分界面时，一定有部分光发生反射，选项c正确；光发生折射时，光的传播方向偏转一定小于90，选项d错误。答案abc基 础 梳 理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。要 点 精 讲要点1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)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名师点睛折射率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。要点2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计算。【例2】 一束光线射到一个玻璃球上，如图1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1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名师点睛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。要 点 精 讲操作指要1将白纸用图钉按在绘图板上。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挡住p1的像。再在观察的这一侧插两枚大头针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aon，折射角oon。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用上述方法分别求出入射角分别为30、45、60时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。8算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖折射率的测量值。【例3】 在测定玻璃的折射率的实验中，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，10 cm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2所示。用刻度尺量得ob8 cm，cd4 cm，由此可得出玻璃的折射率n_。图2解析由题图可知sinaob，sindoc，oaocr，根据n知，n1.5答案1.51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的概念可知：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。答案bc2一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()a75 b90 c105 d120解析如图所示，根据折射定律n，则sin 2，230，反射光线与折射光线的夹角1804530105，c正确。答案c3如图3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3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v6107 m/s。答案61074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(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。(3)n。答案见解析一、选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1关于光的折射现象，下列说法正确的是()a光的传播方向发生改变的现象叫光的折射b光由一种介质进入另一种介质，传播方向一定改变c人观察盛水容器的底部，发现水变浅了d光从空气射入液体中，它的传播速度一定增大答案c2在折射现象中，下列说法正确的是()a折射角一定小于入射角b折射率跟折射角的正弦值成反比c入射角增大为原来的2倍，折射角也增大为原来的2倍d折射率大的介质，光在其中传播速度小解析折射角可能小于入射角，也可能大于入射角，例如光从水中射入空气时，折射角就大于入射角，故a错；某种介质的折射率对特定的光是一定的，不随折射角的正弦值的变化而变化，故b错；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，而不是入射角与折射角成正比，故c错；由n知，d正确。答案d3光在某种玻璃中的传播速度是108 m/s，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90夹角，则入射角应是()a30 b60 c45 d90解析依题意作出光路图如图所示。折射角：290901，玻璃的折射率：n。由折射定律知：nsin 1sin 2，sin(901)cos 1，即tan 1，得130。故正确选项为a。答案a4如图1所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是()图1aao是入射光，ob为反射光，oc为折射光bbo是入射光，oc为反射光，oa为折射光cco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，折射光线和入射光线位于法线两侧，可知co为入射光线，ob为反射光线，oa为折射光线。答案c5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2所示，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则()图2a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这是一道典型的视野问题，解决视野问题的关键是确定边界光线和确定是谁约束了视野等。如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，a、c、d错误。答案b6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与入射角的正弦成正比，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abc7如图3所示，光在真空和某介质的界面mn上发生偏折，那么()图3a光是从真空射入介质b介质的折射率是1.73c光在介质中的传播速度为1.73108 m/sd反射光线与折射光线的夹角是90答案bcd8两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图4所示的折射现象()。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，nanb知vavb，a正确，b错误。答案ac9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c10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6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6a15 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d11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7所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是()图7a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a二、非选择题12用“插针法”测定透明半