高中物理 第4章 第1节 光的折射定律精品课件 鲁科版选修34.ppt

第4章光的折射与全反射 第1节光的折射定律 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 课标定位 第1节 课标定位学习目标 1 经历实验探究过程 理解光的折射定律 2 知道折射率的意义 知道折射率与光速的关系 3 能根据折射定律解释一些自然现象 4 能应用折射定律分析视深问题 5 会测定介质的折射率 重点难点 1 理解光的折射定律 2 掌握折射率的概念 课前自主学案 一 折射角与入射角的定量关系1 光的折射 光从一种介质斜射入另一种介质时 传播方向发生 的现象 2 入射角与折射角 改变 在如图4 1 1所示光路中 1 mn表示 pq表示 2 ao表示 光线 ob表示 光线 3 3为 角 1为 角 4 实验表明 当入射角增大时 折射角 图4 1 1 界面 法线 入射 折射 入射 折射 增大 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 的两侧 入射角的正弦与折射角的正弦成 即 n 4 光路可逆原理 在光的反射现象和折射现象中 光路都是 的 同一平面 法线 正比 sini sinr 可逆 思考感悟如何使一束光进入水中而传播方向不发生变化 提示 光从一种介质斜射入另一种介质时 传播方向会发生变化 而当光垂直界面入射时 光的传播方向不变 因此可以使光束垂直水面入射 二 折射率的意义1 定义 光从 射入某种介质发生折射时 入射角i的 与折射角r的 之比用 表示 2 定义式 n 3 折射率与光速的关系光在不同介质中的 不同 且都 光在真空中的传播速度 某种介质的折射率 等于 的传播速度c与 的传播速度v之比 即n 真空 正弦 正弦 sini sinr 传播速度 小于 光在真空中 光在这种介质中 n 三 测量介质的折射率1 在测量介质的折射率的实验中 作出的光路图如图4 1 2所示 图4 1 2 图中ao为 oe为 nn 为 i为 r是 玻璃折射率的表达式n 2 为减小实验误差 需多测几组数据 分别求出每一次的折射率 最后求出它们的 入射光线 折射光线 法线 入射角 折射角 平均值 四 对折射现象的解释1 水中的物体看起来比实际的要 这是因为水的折射率 空气的折射率 光从水中射入空气时 折射角 入射角 2 一束白光射入三棱镜时会发生 现象 这是因为不同颜色的光在同一介质中的 不同 折射率就 其中红光的传播速度 折射率 经三棱镜后偏折程度最小 光的传播速度最小 折射率最大 经三棱镜后偏折程度最明显 平常我们所说的某介质的折射率是指七种色光的平均折射率 浅 大于 大于 色散 传播速度 不同 最大 最小 紫 核心要点突破 一 对折射定律的进一步理解1 内容理解 光线从一种介质进入另一种介质 传播方向发生改变的现象叫做光的折射 折射定律给出了入射光线 法线 折射光线三线的空间分布 即三线在同一个垂直于界面的平面内 且折射光线和入射光线分别位于法线两侧 给出了两角数量关系 即两角正弦之比是一个常数 不是两角之比是一个常数 入射角i和折射角r分别是入射光线和法线 折射光线和法线的夹角 而不是与界面的夹角 2 光线偏折的方向 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 如图4 1 3所示 即光线的偏折情况与介质的性质有关 图4 1 3 特别提醒 光从一种介质射入另一种介质时 传播方向一般发生变化 斜射 但并非一定变化 当光垂直界面射入时 光的传播方向就不变化 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于光的折射 错误的说法是 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 选c 由光的折射定律知折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内 a b都正确 入射角不一定大于折射角 c错误 光线从空气斜射入玻璃时 入射角大于折射角 d正确 2 物理意义 折射率反映了介质对光线的偏折本领 介质的折射率越大 说明当光从真空以同样的入射角射入该介质时 光的传播方向偏离原方向越大 折射角越小 即介质对光线的偏折本领越大 如图4 1 4所示 如果r3n2 n1 图4 1 4 特别提醒 光线的 偏折 程度 是指折射光线偏离原入射光线方向的程度 特别提醒 1 折射率与光线的入射角 折射角无关 反映的是介质本身的光学特性 2 由于光在真空中的传播速度最大 所以介质的折射率n 1 即时应用 即时突破 小试牛刀 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 求出玻璃的折射率 2 当入射角增大或减小时 玻璃的折射率是否变化 说明理由 答案 见解析 三 光的色散现象分析1 光的色散现象如图4 1 5所示 白光经三棱镜后 在光屏上呈现七色光带 光谱 若从棱镜的顶角向底边看 由红到紫依次排列 紫光最靠近底边 光的色散实质上是光的折射现象 图4 1 5 2 光色散的原因同一介质中 频率越大的光折射率越大 所以当一束白光由空气斜射入某种介质时 会发生色散 紫光偏折程度最大 红光偏折程度最小 2 光的颜色是由光的频率决定的 与介质无关 同种介质对不同色光的折射率不同 通常说的某种介质的折射率是指各种色光的平均折射率 3 光由一种介质进入另一种介质时 频率不变 波速和波长随之发生改变 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 如图4 1 6所示 从点光源s发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面 经过三棱镜的折射后发生色散现象 在光屏的ab间形成一条彩色光带 下面的说法中正确的是 图4 1 6 a a侧是红光 b侧是紫光b 在真空中a侧光的波长大于b侧光的波长c 三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率d 在三棱镜中a侧光的速率比b侧光大 解析 选c 由题图可以看出 a侧光偏折得较厉害 三棱镜对a侧光的折射率较大 所以a侧光是紫光 波长较短 b侧光是红光 波长较长 因此a b均错 c正确 又v c n 所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率 d错 课堂互动讲练 假设地球表面不存在大气层 那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比 则 a 将提前b 将延后c 在某些地区将提前 在另一些地区将延后d 不变 精讲精析 当阳光照射到地球大气层时 要发生折射现象 即光线变成弯曲的 如图4 1 7所示 因此人们观察到的日出时刻的太阳 实际上还完全处在地平线的下方 看到的只是太阳的虚像 假设地球表面不存在大气层 则太阳光将沿直线射到地面 因此只有当太阳到达图中的地平线位置时 人们才能观察到日出的太阳 由图可知 这一现象与人们所站的地理位置没有什么关系 故选项a c d错 只有选项b正确 图4 1 7 答案 b 方法总结 当光线传播过程中遇到其他介质时 因发生折射或反射而改变了传播方向 或方位 则人眼看到的就是发光物体的像 而不是发光物体本身 变式训练1人看到沉在水杯底的硬币 其实看到的是 a 硬币的实像 其位置比硬币实际位置浅b 硬币的实像 其位置即硬币的实际位置c 硬币的虚像 但位置比硬币的实际位置浅d 硬币的虚像 其位置比硬币的实际位置深 解析 选c 硬币发出的光线照射到水面时 因发生远离法线的折射 看上去就像水中硬币的位置比实际的更浅 即更接近水面 一样 实际上人们看到的是硬币的虚像 2011年高考新课标全国卷 一半圆柱形透明物体横截面如图4 1 8所示 底面aob镀银 图中粗线 o表示半圆截面的圆心 一束光线在横截面内从m点入射 经过ab面反射后从n点射出 已知光线在m点的入射角为30 moa 60 nob 30 求 图4 1 8 1 光线在m点的折射角 2 透明物体的折射率 自主解答 1 如图4 1 9所示 透明物体内部的光路为折线mpn q m点相对于底面ef对称 q p和n三点共线 图4 1 9 方法总结 几何光学问题 准确规范地画出光路图是解决问题的前提和方法 同时要注意实线 虚线 箭头方向并灵活应用几何图形中的边角关系 图4 1 10 精讲精析 由池底某点p发出的光线在水中和空气中的光路如图4 1 11所示 由于观察者在岸边 竖直 向下观看 所以光线在水面处的入射角 1和折射角 2都很小 根据数学知