人教版选修34 第十三章 第1节　光的反射和折射 学案.doc

目标早知道浙江选考学习要求知识内容考试要求1.光的反射和折射加试c2.全反射加试b3.光的干涉加试c4.光的衍射加试b5.光的偏振加试b6.光的颜色、色散加试b7.激光加试a第1节光的反射和折射反射及反射定律探新知基础练1光的反射光从一种介质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。 辨是非(对的划“”，错的划“”)1反射角与入射角成正比。()2光的反射现象中有时光不遵循反射定律。()3在光的反射现象中，光路可逆。()释疑难对点练1在光的反射现象中，要注意反射角与入射角是指光线与法线的夹角。2在光的反射现象中，光路可逆。试身手1如图所示，在房间内靠近墙角的天花板上有一面平面镜，在房间地板上的b点放一点光源s，通过平面镜的反射在竖直墙壁上出现一个光斑。若要使墙壁上光斑的面积增大一些，下面的方法中可行的是()a保持光源的位置不变，将平面镜绕过平面镜o点且垂直纸面的轴，沿顺时针方向转动一个小角度b将光源沿地面向左移动一小段距离c将光源沿地面向右移动一小段距离d将光源竖直向上移动一小段距离解析：选b如图所示，利用平面镜成像的对称特点，找出光源s通过平面镜所成的像s，作出过平面镜边缘的入射光线be和反射光线ef，则of表示光斑的大小。a项中，将平面镜沿顺时针方向转动一个小角度，光源通过平面镜所成的像的位置下移，f点上移，会使光斑变小，故a错；b项中，减小了入射角和反射角，从而使f点下移，光斑变大，故b对；同理分析可知c错；d项中，将光源竖直向上移动一小段距离，则像点下移，使f点上移，会使光斑变小，d错。光的折射及折射定律探新知基础练光的折射光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象入射角、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，即：n12辨是非(对的划“”，错的划“”)1光发生折射现象时一定伴随着反射现象。()2在光的折射现象中遵循光路可逆原理。()3入射角与折射角成正比。()释疑难对点练1光的方向(1)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(斜射)，但并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化。(2)在光的折射现象中，光路是可逆的。2光的传播速度光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定变化，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，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真空(空气)进入某种介质发生折射时，入射角大于折射角；反过来，光从某种介质进入真空(空气)时，则入射角小于折射角。产生这种现象的原因是光路的可逆性。试身手2(多选)关于光的折射，下列说法正确的是()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、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：选ad由折射定律可知：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，a对，b错；光由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由两种介质的光学性质决定，例如，光从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角，由光路的可逆性知，光从玻璃斜射向空气时入射角小于折射角，故c错，d对。折射率探新知基础练1折射率意义反映介质的光学性质的物理量。2.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，叫这种介质的折射率。即n12。3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。4特点任何介质的折射率都大于1。辨是非(对的划“”，错的划“”)1根据n， n与sin 1成正比，与sin 2成反比。()2光从空气射入水中，光的传播速度一定增大。()3光密介质和光疏介质是相对而言的，同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。()释疑难对点练1入射角、折射角的正弦值当光由真空中射入某种介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数。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n，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了介质的光学特性。折射率可由入射角与折射角的正弦值之比来描述其大小，但与入射角及折射角的正弦值无关，仅与介质及入射光有关。3折射率与光速的关系介质的折射率跟光在其中的传播速度v有关，即n，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1，因此，光从真空斜射入任何介质中时，入射角均大于折射角。而光由介质斜射入真空中时，入射角均小于折射角。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，它的大小只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。特别提醒不论光从真空射入介质，还是从介质射入真空，折射率的定义式n中，1都为真空中的光线与法线的夹角，而2为介质中的光线与法线的夹角，产生这种现象的原因是光路的可逆性。试身手3.如图所示，有一玻璃三棱镜abc，顶角a为30，一束光线a垂直于ab射入棱镜，由ac射出进入空气，测得出射光线与入射光线间夹角为30，则棱镜的折射率为()a.b2c. d.解析：选c由题意及几何关系可知，光线从棱镜射向空气中时，入射角为130，折射角为260，则棱镜的折射率n。故c正确。测定玻璃的折射率探新知基础练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，用量角器测出入射角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。辨是非(对的划“”，错的划“”)1测定玻璃折射率时可以利用三棱镜等其它形状的玻璃，不一定用平行玻璃砖。()2测定玻璃折射率时， 入射角取得越大越好。()3玻璃砖的折射面要画准，可用玻璃砖界面代替直尺画界线。()释疑难对点练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，画出玻璃砖的另一长边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1aon，折射角2oon，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。2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或把玻璃砖当尺子用。(3)大头针应竖直插在白纸上，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，否则会使测量误差大，也不宜过大。(5)本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是三棱镜、半圆形玻璃砖等，则只是出射光和入射光不平行，同样能测出折射率。试身手4在测定玻璃砖折射率的实验中为了减小实验误差，以下说法错误的是()a玻璃砖的宽度宜大些b入射角应尽量小些c大头针应垂直地插在纸面上d大头针p1与p2及p3与p4之间的距离应适当大些解析：选b玻璃砖宽度大些，可减小测量误差；大头针垂直插在纸面上以及大头针p1与p2及p3与p4之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，a、c、d正确；入射角不能太大也不能太小，入射角较小时，测量误差较大，b错误。对折射定律的理解典例1如图所示，光线以入射角1从空气射向折射率n的玻璃表面。(1)当入射角145时，反射光线与折射光线的夹角为多大？(2)当入射角1为多大时，反射光线和折射光线垂直？解析(1)设折射角为2，由n，得sin 2，所以230。又反射角145，则反射光线与折射光线的夹角18012105。(2)当反射光线和折射光线垂直时，即1290，ntan 1，则入射角1arctan 。答案(1)105(2)arctan 解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注意以下几点：(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。折射定律的应用典例2一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面aob镀银(圆中粗线)，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，moa60，nob30，sin15。求：(1)光线在m点的折射角；(2)透明物体的折射率。解析(1)如图所示，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。设在m点处，光的入射角为i，折射角为r，omq，pnf。根据题意有30由几何关系得，pnopqor，则r60且r由式得r15。 (2)根据折射率公式有sin insin r由式得n。答案(1)15(2)遇到球形、半球形玻璃砖，或圆柱形玻璃砖时，均需过入射点做该点与球心的连线，此连线即为入射光线的法线，从而确定入射角和折射角。测定玻璃的折射率典例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n_。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就为入射光线p1、p2在三棱镜中的折射光线。(2)在所画的图上，标明入射角1和折射角2，并画出虚线部分。用量角器测量出1和2或用刻度尺测出线段ef、oe、gh、og的长度。(3)n或因为sin 1，sin 2则n。答案(1)光路图见解析图(2)入射角1折射角2(或ef和oe、gh和og)如解析中图所示(3)(或)课堂对点巩固1关于光的反射与折射现象，下列说法不正确的是()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：选d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；光从一种介质射到与另一种介质的分界面时，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。2(多选)如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是()abo不可能是入射光线bao可能是入射光线cco可能是入射光线dob可能是反射光线解析：选abd由于入射角等于反射角，入射光线、反射光线关于法线对称，所以ao、ob应是入射光线或反射光线，pq是法线。又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以ao是入射光线，ob是反射光线，oc是折射光线。故a、b、d正确。3.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，所以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作的。如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60。已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为()a.b1.5c.d2解析：选c如图所示，为光线在玻璃球内的光路图。a、c为折射点，b为反射点，作od平行于入射光线，故aodcod60，所以oab30，玻璃的折射率n，故c正确。4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，如图所示。用刻度尺量得ob8 cm，cd4 cm，由此可得出玻璃的折射率n_。解析：由题图可知sinaob，sindoc，oaoc10 cm，根据n知，n1.5。答案：1.5课堂小结课时跟踪检测十一一、单项选择题1若某一介质的折射率较大，那么()a光由空气射入该介质时折射角较大b光由空气射入该介质时折射角较小c光在该介质中的速度较大d光在该介质中的速度较小解析：选d由n可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率n和入射角1共同决定的，所以a、b均错；由n可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小，故c错，d对。2如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质()a折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越大b折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越小c折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越大d折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越小解析：选c根据折射率n，在入射角相同的情况下，折射率越大的介质，其折射角越小，该介质对光的偏折作用越大。c正确。3关于光的折射现象，下列说法中正确的是()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折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍d折射率大的介质，光在其中的传播速度小解析：选d光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，折射角大于入射角，选项a错误；折射率由介质材料决定，与折射角的大小无关，选项b错误；折射率n，折射角增大为原来的2倍，入射角并不增大为原来的2倍，选项c错误；折射率与光速的关系是n，则n大时v小，选项d正确。4光线由空气射向某介质，当入射角为i时，折射光线与反射光线正好垂直，那么这种介质的折射率和光在该介质中的速度分别为()ansin i，vcsin i bntan i，vctan icntan i，v dncos i，v解析：选c由于折射光线与反射光线正好垂直，所以折射角r90i，则ntan i，a、d项错误；又n，故v，b项错误，c项正确。5.如图所示，p、q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与p的上表面成角的方向斜射向p，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率npnq，则下列说法正确的是()a一定没有光线从q的下表面射出b从q的下表面射出的光线一定与入射到p的上表面的光线平行c如果光线从q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于d如果光线从q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于解析：选d作出光路图，如图所示。由题意可知，光线垂直射入q，根据折射定律，则有：np，nq；因为npnq，r，所以i，所以d对。二、多项选择题6如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形。单色光束从空气射到柱体的o点(半圆的圆心)，产生反射光束1和折射光束2。已知玻璃柱的折射率为，入射角为45(相应的折射角为24)。现保持入射光束不变，将半圆柱绕通过o点垂直于纸面的轴线顺时针转过15，如图中虚线所示，则()a光束1转过15b光束1转过30c光束2转过的角度小于15d光束2转过的角度大于15解析：选bc转动前，光束1(反射光)与入射光线间的夹角为a45290，光束2(折射光)的反向延长线与入射光线间的夹角为b452421；转动后，反射光线与入射光线的夹角a602120，根据折射定律，得r30，则折射光线的反向延长线与入射光线间的夹角为b603030，得aaa30，bbb9，故b、c项正确。7如图所示，光在真空和介质的界面mn上发生偏折，那么下列说法正确的是()a光是从真空射向介质b介质的折射率约为1.73c光在介质中的传播速度约为1.73108 m/sd反射光线与折射光线成60角解析：选bc因为折射角大于入射角，所以光是从介质射向真空的，选项a错误；