高中物理 第13章 光 1 光的反射和折射课件 新人教版选修34.ppt

第十三章光 1光的反射和折射 填一填 练一练 1 反射及反射定律 见课本第44页 1 光的反射 光从一种介质照射到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 填一填 练一练 2 折射及折射定律 见课本第45页 1 光的折射与折射定律 光的折射 光从一种介质斜射到两种介质的分界面时 进入另一种介质的一部分光线传播方向发生改变的现象 入射角与折射角 入射角 入射光线与法线的夹角 折射角 折射光线与法线的夹角 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 2 光路可逆 在光的反射和折射现象中 光路都是可逆的 填一填 练一练 3 折射率 见课本第45页 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 是一个与介质有关的常数 反映介质的光学性质 4 用光速表示的折射率公式 某种介质的折射率 等于光在真空中传播的速度c与光在这种介质中的传播速度v之比 5 特点 任何介质的折射率都大于1 填一填 练一练 一束光线从空气射向折射率为1 5的玻璃内 入射角为45 下面光路图中正确的是 解析 光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射 所以选项a错误 由反射定律知反射角为45 根据折射定律n 得 1 2 故选项b错误 c正确 画光线时必须带箭头 d不是光路图 选项d错误 答案 c 探究一 探究二 探究三 探究一对光的折射现象的理解问题导引有经验的渔民叉鱼时 不是正对着看到的鱼去叉 而是对着所看到鱼的下方叉 如图所示 你知道这是为什么吗 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 名师精讲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 探究一 探究二 探究三 4 对折射现象的理解 1 特殊情况 当光垂直于界面入射时 虽然光的传播方向不变 但光速变了 因此也属于折射 2 光线的偏折方向 光线从折射率小的介质斜射入折射率大的介质 折射光线向法线偏折 反之将偏离法线 3 光路可逆性 光由介质射入空气或真空时 折射角 2大于入射角 1 根据光路可逆 可认为光由空气或真空以入射角 2入射 对应的折射角为 1 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题1 如图所示 一小孩站在宽6m的河边 在他正对面的岸边有一距离河面高度为3m的树 树的正下方河底有一块石头 小孩向河面看去 可同时看到树顶和石头两者的像 并发现两个像重合 若小孩的眼睛离河面高为1 5m 河水的折射率为 试估算河水深度 点拨 根据题意 正确作出光路图 明确入射角 反射角 折射角间的关系是解答此题的关键 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 变式训练1导学号38190074光线以入射角 1从空气射入折射率n 的透明介质表面 如图所示 1 当入射角 1 45 时 求反射光线与折射光线间的夹角 2 当tan 1的值等于多少时 反射光线与折射光线间的夹角 90 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 变式训练2一条光线以40 的入射角从真空射到平板透明材料上 光的一部分被反射 一部分被折射 折射光线与反射光线的夹角可能是 a 小于40 b 在50 100 之间c 在100 140 之间d 大于140 探究一 探究二 探究三 解析 由 1得折射角 2 1 40 由反射定律得 3 1 40 如图所示 故折射光线与反射光线的夹角 180 3 2 140 2 所以100 140 故选项c正确 答案 c 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 探究二对折射率的理解问题导引下表是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射时的规律时得到的实验数据 请在表格基础上思考以下问题 探究一 探究二 探究三 1 随着入射角的增大 折射角怎样变化 2 当入射角与折射角发生变化时 有没有保持不变的量 探究一 探究二 探究三 名师精讲1 关于正弦值 当光由真空射入某种介质时 入射角 折射角以及它们的正弦值是可以改变的 但正弦值的比值是一个常数 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 3 折射率与光速的关系 光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关 即 由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v 所以任何介质的折射率n都大于1 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 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题2 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 折射角的正弦值是多大 4 当入射角增大或减小时 玻璃的折射率是否变化 探究一 探究二 探究三 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 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 变式训练3如图所示 一束激光垂直于ac面照射到等边玻璃三棱镜的ab面上 已知ab面的反射光线与折射光线的夹角为90 光在真空中的传播速度为c 求 1 玻璃的折射率 2 激光在玻璃中传播的速度 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 探究三测定玻璃的折射率问题导引做实验用的玻璃砖是梯形的 我们通常用两个相互平行的面来测定玻璃的折射率 想一想是否可以用相邻的两个不平行的面来测定玻璃的折射率呢 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 名师精讲1 实验步骤 1 如图所示 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 探究一 探究二 探究三 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 7 用上述方法测出入射角 1分别为30 45 60 时的折射角 2 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 3 单位圆法 在不使用量角器的情况下 可以用画单位圆法 以入射点o为圆心 以一定长度r为半径画圆 交入射光线oa于e点 交折射光线oo 于e 点 过e作nn 的垂线eh 过e 作nn 的垂线e h 如图所示 探究一 探究二 探究三 3 注意事项 1 实验时 尽可能将大头针竖直插在纸上 且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些 2 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 3 在操作时 手不能触摸玻璃砖的光洁面 更不能把玻璃砖界面当尺子画界线 4 在实验过程中 玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 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 探究一 探究二 探究三 4 实验误差 1 入射光线和出射光线画得不够精确 因此 要求插大头针时两大头针间距应稍大 2 入射角 折射角测量不精确 为减小测角时的相对误差 入射角要稍大些 但不宜太大 入射角太大时 反射光较强 折射光会相对较弱 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题3 在 测定玻璃的折射率 实验中 主要步骤如下 1 如图 在放置好平行玻璃砖的白纸上竖直插上大头针p1 p2确定入射光线 然后在另一侧透过玻璃砖观察 插上大头针p3 使它挡住p2 p1的像 接着插上第四枚大头针p4 使它挡住 2 撤去玻璃砖 在实验记录图 如图 中补画出完整的光路图 3 根据正确的光路图进行测量和计算 求得该玻璃砖的折射率n 保留一位小数 探究一 探究二 探究三 解析 1 第四枚大头针p4要挡住p3及p2 p1的像 2 光路如图所示 3 根据正确的光路图进行测量可得入射角 1 45 折射角 2 30 得该玻璃砖的折射率答案 1 p3及p2 p1的像 2 光路图见解析 3 1 4 探究一 探究二 探究三 变式训练4导学号38190075某同学设计了一个测量液体折射率的仪器 如图所示 在一个圆形木盘上过其圆心o作两条相互垂直的直径bc ef 在半径oa上垂直圆盘面插下两枚大头针p1 p2并保持p1 p2的位置不变 每次测量时 让圆盘的bfc部分竖直浸入液体中 而且总使得液面与直径bc相平 ef为界面的法线 而后在图中右上方区域观察p1 p2的像 并在圆周上插上大头针p3 使p3正好挡住p1 p2 同学们通过计算 预先在圆周ec部分刻好了折射率的值 这样只要根据p3所插的位置 就可直接读出液体折射率的值 探究一 探究二 探究三 1 若 aof 30 op3与oc的夹角为30 则p3处所对应的折射率的值为 2 图中p3 p4两位置哪一处所对应的折射率值大 3 作ao的延长线交圆周于k k处所对应的折射率的值应为 解析 1 此时op3与oe之间的夹角为入射角 1 60 2 30 则 2 p4对应的入射角大 折射角相同 所以对应的折射率大 3 当在k位置时 入射角与折射角相等 所以折射率等于1 答案 1 2 p4 3 1 12345 12345 2 关于光的折射 下列说法中错误的是 a 折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内b 入射光线和法线与折射光线不一定在一个平面内c 入射角总大于折射角d 光线从空气斜射入玻璃时 入射角大于折射角解析 根据折射定律 入射光线 折射光线和法线一定在同一平面内 选项b错误 入射角不一定总大于折射角 选项c错误 答案 bc 12345 3 一束光线与水面方向成30 角 从空气射入水中 其反射光线和折射光线恰好垂直 则反射角和折射角分别为 a 30 30 b 60 60 c 60 30 d 30 60 解析 画光路图如图所示 入射角与反射角相等 故入射角为60 反射角也为60 故选项a d错误 由几何知识 折射角为30 故选项b错误 c正确 答案 c 12345 4 某同学用 插针法 做测定玻璃折射率实验时 他的方法和操作步骤都正确无误 但他处理实验记录时 发现玻璃砖的两个光学面aa 和bb 不平行 如图 则 a p1p2与p3p4两条直线平行b p1p2与p3p4两条直线不平行c 他测出的折射率偏大d 他测出的折射率不受影响 12345 解析 光线由aa 进入玻璃砖时 由折射定律得 光线由bb 射出玻璃砖时 由折射定律得 若aa bb 则有 1 进而有 2 出射光线o b与入射光线ao平行 若a