高中物理 第十三章 光 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 认识光的反射及折射现象 知道法线 入射角 反射角 折射角的含义 2 理解光的反射定律与折射定律 会利用它们解释相关光现象和计算有关问题 3 理解折射率的概念 会测定玻璃的折射率 1 2 3 4 1 光的反射及反射定律 1 光的反射 光从一种介质照射到它与另一种介质的分界面时 一部分光会返回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 3 光路的可逆性 在光的反射中 光路是可逆的 1 2 3 4 2 光的折射及折射定律 1 光的折射 光从一种介质照射到它与另一种介质的分界面时 一部分光进入另一种介质的现象 2 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 1的正弦与折射角 2 3 光路的可逆性 在光的折射中 光路是可逆的 1 2 3 4 3 折射率 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 叫作这种介质的绝对折射率 简称折射率 用符号n表示 3 物理意义 一个与介质有关的常数 反映介质的光学性质 5 特点 介质的折射率都大于 选填 大于 小于 或 等于 1 1 2 3 4 提示 不一定 例如 光从介质进入空气 真空 时 1就应该为折射角 即无论光线由真空进入介质还是由介质进入真空 1都是真空中的光线与法线的夹角 1 2 3 4 4 实验 测定玻璃的折射率 实验目的 测定玻璃的折射率 实验原理 如图所示 当光线ao以一定入射角 1穿过两面平行的玻璃砖时 通过插针法找出跟入射光线ao对应的出射光线的 1 2 3 4 实验器材 一块两面平行的玻璃砖 白纸 木板 大头针 4枚 量角器 或圆规 三角板 刻度尺 激光笔 铅笔等 实验步骤 1 把白纸铺在木板上 2 在白纸上画一直线aa 作为界面 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 并使其边界一边与aa 重合 再用刻度尺画出玻璃的另一边bb 4 在ao上竖直地插上两枚大头针p1 p2 1 2 3 4 5 从玻璃砖bb 一侧透过玻璃砖观察大头针p1 p2的像 调整视线方向直到p1的像被p2的像挡住 再在bb 一侧插上大头针p3 p4 使p3能挡住p1 p2的像 p4能挡住p1 p2的像及p3本身 若用激光笔 可用激光笔沿p1 p2方向入射一束激光 在从另一边射出来的激光束上插上两枚大头针p3 p4 6 移去玻璃砖 在拔掉p1 p2 p3 p4的同时分别记下它们的位置 过p3 p4作直线o b交bb 于o 连接o o oo 就是入射光线ao在玻璃砖内的折射光线的方向 aon为入射角 o on 为折射角 1 2 3 4 7 用量角器量出入射角和折射角的度数 查出它们的正弦值 并把这些数据填入记录表格里 8 用上述方法分别求出入射角是15 30 45 60 和75 时的折射角 查出入射角和折射角的正弦值 记录在表格里 1 2 3 4 若实验室中只有三角形玻璃砖 没有长方形玻璃砖 还能测出折射率吗 提示 插针法的作用是找出玻璃砖内的光路 其关键是确定入射点和出射点 而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面相交而得到的 实验的要点是插准大头针 画准玻璃砖边界线 而与所选玻璃砖两边平行与否无关 所以用三角形玻璃砖也可以测出折射率 一 二 三 一 对光的折射现象的理解1 光的方向 光从一种介质进入另一种介质时 传播方向一般要发生变化 但并非一定要变化 当光垂直界面入射时 光的传播方向就不变化 2 光的速度 光从一种介质进入另一种介质时 速度一定变化 当光垂直界面入射时 光的传播方向虽然不变 但也属于折射现象 因为光传播的速度发生了变化 3 入射角与折射角的大小关系 光从一种介质进入另一种介质发生折射时 折射角与入射角的大小关系不要一概而论 要视两种介质的折射率大小关系而定 一 二 三 4 折射率是反映介质的光学性质的物理量 它的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 特别警示解决光的折射问题时 应根据光在两种介质的界面上发生折射的规律 作出光路图 利用折射定律以及平面几何知识来处理光折射现象中的问题 一 二 三 二 相对折射率 与 绝对折射率 光从介质1射入介质2时 入射角 1与折射角 2的正弦之比叫作介质2对介质1的相对折射率 通常用n12表示 若介质1是真空 则介质2相对真空的折射率叫作该介质的绝对折射率 通常用n表示 设介质1的绝对折射率为n1 介质2的绝对折射率为n2 则 一 二 三 如果光线从折射率 n1 小的介质射向折射率 n2 大的介质 折射光线向法线偏折 入射角大于折射角 并且随着入射角的增大 减小 折射角也会增大 减小 如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质 折射光线偏离法线 入射角小于折射角 并且随着入射角的增大 减小 折射角也会增大 减小 特别警示 1 介质的折射率与介质的密度没有必然联系 密度大 折射率未必大 如水和酒精 水的密度较大 但水的折射率较小 2 注意区分绝对折射率和相对折射率 绝对折射率是光从真空射入介质时的入射角与折射角的正弦之比 相对折射率是指光从一种介质射入另一种介质时入射角与折射角的正弦之比 绝对折射率都大于1 而相对折射率不一定大于1 一 二 三 三 测量玻璃砖的折射率1 注意事项 1 轻拿轻放玻璃砖 手只能接触玻璃砖的毛面或棱 不能触摸光洁的光学面 严禁把玻璃砖当刻度尺用 2 实验过程中 玻璃砖在纸面上的位置不可移动 3 插针p1与p2 p3与p4的间距要适当地大些 以减小确定光路方向时出现的误差 4 实验时入射角不能太小 接近0 否则会使测量误差加大 也不能太大 接近90 否则会不易观察到p1 p2的像 5 本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖 而采用三棱镜 半圆形玻璃砖等 只是出射光和入射光不平行 但一样能测出折射率 一 二 三 一 二 三 1 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 重复以上实验 求得各次折射率计算值 然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值 一 二 三 在多次改变入射角 测量相对应的入射角和折射角上 以sin 1值为横坐标 以sin 2值为纵坐标 建立直角坐标系 如图所示 描数据点 过数据点连线得一条过原点的直线 类型一 类型二 类型三 光的反射定律和折射定律 例1 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 画出折射光路图 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 点拨 本题综合考查了有关光的反射和折射的问题 类型一 类型二 类型三 解析 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 类型一 类型二 类型三 类型一 类型二 类型三 题后反思本题考查反射定律 折射定律 折射率及光路图的作法 折射率是反映介质的光学特性的物理量 它是由介质的性质和入射光的频率决定的 同一介质对确定的单色光而言 对应的折射率一定 不同介质对同一单色光 频率一定 的折射率一般是不相同的 空气中的入射角 在sin 1一定的条件下 折射率较大的介质中 光线的折射角的正弦值sin 2较小 可见 光的折射率是表示在折射现象中折射光线相对于入射光线偏折程度的物理量 类型一 类型二 类型三 平行玻璃砖对光线的侧移 例2 证明平行玻璃砖测折射率的实验中 入射光线平行于出射光线 类型一 类型二 类型三 证明 光路图如图所示 因为是平行玻璃砖 2 3 整理上述三式可得 1 4 延长ao到c 可得出结论 ao o b 入射光线与出射光线平行 类型一 类型二 类型三 题后反思平行玻璃砖可以使光线发生侧移 触类旁通在例2中 若要想求出光线的侧移距离 还需要知道哪些物理量 提示 侧移距离即为入射光线与出射光线间的距离d 还需要知道玻璃砖的厚度 1 2的大小 类型一 类型二 类型三 插针法测量玻璃的折射率 例3 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 在棱镜的一侧插上两枚大头针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 在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓 如图所示 1 在本题的图上画出相应光路图 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n 类型一 类型二 类型三 点拨 由插的4枚大头针可以确定入射光线p1p2与出射光线p3p4 它们与棱镜边界交点的连线即为入射光线对应的折射光线 找出对应的入射角与折射角 问题即可解决 解析 1 如图所示 画出通过p1 p2