高中物理 13.1 光的反射和折射课件 新人教版选修34.ppt

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 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 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 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 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 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 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 解析由相对折射率和绝对折射率的关系可知 n1sin45 n2sin40 n2sin26 n3sin40 得n2 n1 n3 b项对 d项错 由n 可知v2 v1 v3 a项对 c项错 答案ab 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 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 由 aob为等腰三角形 则i2 r1 由几何关系知r1 1 60 i2 2 r2 又由图知 3是出射光线相对于入射光线的偏折角 且 3 1 2 联立以上各式解得 3 60 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 3 计算折射率的公式是 答案见解析 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 答案bc 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 解析如图所示 根据折射定律 n 则 2 30 反射光线与折射光线的夹角 180 45 30 105 c正确 答案c 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 解析作出光路图如