浙江专用高中物理第十三章光第1课时光的反射和折射学案新人教版选修3_4

1、研究选考把握考情知识内容光的反射和折射考试要求加试c教学要求1. 知道光在反射与折射时光路可逆2. 掌握光的反射与折射疋律3. 知道折射率的定义和表达式，知道折射率的决定因素说明不要求引入相对折射率的概念知识点一反射定律和折射定律基础梳理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，一部分光会返回到第1种介质的现象。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。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

2、、折射角入射角：入射光线与法线间的夹角。折射角：折射光线与法线间的夹角。(3) 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 a射角的正弦与折射角的正弦成正比，即Sin ° 1 = "2。sin 9 23. 与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是可逆的。即学即练关于光的反射与折射现象，下列说法正确的是()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90°C. 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 由光的反射定律可知，反射角等于入

3、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；光从一种介质射到两种介质的分界面时，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。答案 ABC知识点二折射率基础梳理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 = C。v3. 任何介质的折射率

4、n都大于1。要点精讲要点1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) 应用n= Sin1计算介质的折射率时，注意0 1为真空中的光线与法线的夹角，不一定sin 0 2为入射角；0 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Sin n1= m2可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比sin 0 2sin 0B. 根据一=n12可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比sin 0 2C. 根据n = C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

5、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 =入f,当f 一定时，v与入成正比，又n与v成反比，故n与入也成反比，选项 D正确。答案 CD名师点睛 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。【跟踪训练1】 如图1所示，在空气中有一直角棱镜A

6、BC / A= 30°, 一束单色光从 AB边射入棱镜，入射角为 45°,垂直于BC边射出，则该棱镜的折射率为 ()图1A亚A. 2B. 2C.1.5D. -3解析sin 45 °厂由图中几何关系可知光在AB界面的折射角为30°,故其折射率 n= 2,sin 307B正确。答案 B要点2 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。a I n lj(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sin

7、B 2v进行计算。【例2】一半径为R的4球体放置在水平面上， 球体由折射率为 3的透明材料制成。 现有- 束位于过球心 0的竖直平面内的光线， 平行于桌面射到球体表面上， 折射入球体后再从竖直 表面射出，如图2所示。已知入射光线与桌面的距离为 R。求出射角e。1解析 设入射光线与4球体的交点为 c,连接oc oc即入 射点的法线。因此，图中的角 a为入射角。过C点作球体 竖直表面的垂线，垂足为 B。依题意，/ OCB= a。又由 OBC知sin a =# 设光线在C点的折射角为 卩，由折射定律得sinsin由式得3 = 30°由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角丫为30

8、76;。由折射定律得sin 丫 1sin e =3因此sine =-23，解得:e = 60°。答案 60°名师点睛 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。19知识点三实验：测定玻璃的折射率要点精讲实验 测駅駛瑞的折射牢拿犀光发住折射的人射 且的綁利折射知的确定方怯nin ii找出马人射樂坝4。对应的出射 实验 Jt圾（/&确是出“点冷11岀折射储fjrr. 原挥 然后側适出仞=彻B.牝人公式计翼玻璃的抑射华*爲材实黠时.尽町能裕大甘筈直插在紙上.H F,利比之间片与。点之间、r与 斗之闻L片与”之同料挥耍希大-吃 I&qu

9、ot;人射曲“应适出大一誉肛複小浩慑角 、就的凰羞，fll人射鬼不宜丈大戍太小 1在实龜过料中.破睹砖与F1纸的扭时曲胃 R不能改变虽璃砖应选用豐攬较乂的，宜&5cmia Id若蜜度钊',剿櫚敖谍盗校操作指要1. 将白纸用图钉固定在绘图板上。2. 在白纸上画出一条直线 aa'作为界面（线），过aa'上的一点 0画出界面的法线 NN，并 画一条线段A0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A0上竖直插上两枚大头针 P、F2,透过玻璃砖观察大头针 P、P的像，调整视线 方向，直到P

10、a挡住Pi的像。再在观察的这一侧插两枚大头针 R、F4,使P3挡住P、F2的像, F4挡住R及Pi、P2的像，记下P3、P4的位置。5. 移去大头针和玻璃砖，过P3、R所在处作直线 OB,与bb'交于0',直线OB就代表了沿A0方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。6. 连接00，入射角a = / AON折射角 卩=/ O 0N。用量角器量出入射角和折射角， 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. 用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。8. 算出不同入射角时的比

11、值，最后求出在几次实验中所测 釈的平均值，即为玻璃 砖折射率的测量值。【例3】（2017 11月浙江选考考试，21）在“测定玻璃的折射率”实验时，（1）下列做法正确的是 。A. 入射角越大，误差越小B. 在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面C. 实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量D. 判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部（2）小明同学在插针时玻璃砖的位置如图3所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率 （填“偏大” “偏小”或“不变”）。图3 小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P、P2、P3和P4, AB和C

12、D是描出的玻璃砖的两个边，如图所示，请在答题纸上画出光路图。解析（1）本实验在应用插针法时，角度不宜过大，否则很难确定折射角，选项A错误；在实验前，用铅笔贴着光学面画出玻璃砖的上、下表面，可能会损坏光学面，应该铅笔贴着上、下表面各选两个点，拿走玻璃砖画出界面，选项B错误；本实验通过 n = Sin-，也可以通si nrxixisin A i xi过画圆，通过sin e=sin e 2=故n=乔飞=肓将角度的正弦之比转化为对边之比，所以选项 C正确；在观察是否在一条直线时，应该观察大头针底部，所以D错误。(2)如右图，实线部分为插针时玻璃砖所在位置，即真实情况，设此时入射角和折射角分别为e i、

13、e 2,折射率真实值为戸sinn,则n=拓虚线部分为处理数据时玻璃砖所在位置，设玻璃砖转过角度为a，折sin e射率测量值为n', n'= ，故n'<n,折射率偏小。sin ( e 2+ a )e i e2；光路图如图所示。sin e 1亦n=知，n=答案(1)C(2)偏小(3)见解析图【跟踪训练2】 在测定玻璃的折射率的实验中，某同学由于没有量角器，他在完成了光路 图后，以0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4所示。用

14、刻度尺量得 0B= 8 cm, CD= 4 cm,由此可得出玻璃的折射率 n=AB解析 由题图可知 sin / AOB= 0Asin / AO= ab=a/ 10 -8 = i5sin / D0= CD-4= 答案1.51. 把用相同玻璃制成的厚度为d的正方体a和半径亦为d的半球体b,分别放在报纸上，且让半球的凸面向上。从正上方分别观察a、b中心处报纸上的字，下面的观察记录中正确的是（）A. a中的字比b中的字高B. b中的字比a中的字高C. 一样高D. a中的字较没有玻璃时的高，b中的字和没有玻璃时的一样解析 如图所示，放在b中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置

15、是字的真实位置。而放在a中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高。答案 AD2. 一条光线从空气射入折射率为，迈的介质中，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.75B.90 °C.105 °D.120解析如图所示，根据折射定律 汁=n则sin e 2=12,e 2=30°,反射光线与折射光线的夹角105°,C正确。sini sin 45e = 180° 45° 30°答案3.如图6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

16、 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4d。由此可得油的折射率n=;光在油中传播的速度 v =m/s。(结杲可用根式表示 )图6解析作出光路图如图所示。由题意知，2，sin a =故油的折射率n=¥，光在油中传播的速度 v= n= 6ji0x 107 m/s。答案冷0 6 10 x 1074. 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Pi和P2,然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使Pi的像被F2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 R、F4,使P3挡住P、P的像，P4挡住R和P、P2的像，在

17、纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图 7所示。J4cXJ图7(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。解析（1）如图所示，画出通过 Pi、P2的入射光线，交 AC面于0,画 出通过F3、P4的出射光线交 AB面于0'。则光线 00就是入射光线 P P2在三棱镜中的折射光线。（2）在所画的图上注明入射角e 1和折射角e 2,并画出虚线部分，用量角器量出e 1和e 2。sinsin答案见解析SIB IT业 i:-; J ：瞅学Rfi练巩同捉升一、选择题（在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题

18、目要求的。）1.关于光的折射现象，下列说法正确的是（）A. 光的传播方向发生改变的现象叫光的折射B. 光由一种介质进入另一种介质，传播方向一定改变C. 人观察盛水容器的底部，发现水变浅了D. 光从空气射入液体中，它的传播速度一定增大 答案 C2. 光在某种玻璃中的传播速度是,；3 x 108 m/s，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90°夹角，则入射角应是（）A.30B.60 °C.45°解析 依题意作出光路图如图所示。折射角：e 2= 90°- e '= 90° e 1，玻璃的折射率:sin e 2, sin(90 

19、6;8c 3x 10n= _=.3 xi 08由折射定律知：nsin e 1 =e 1) = cos e 1, 即卩 tane 1=n=罟，得e 1=30°。故选项A正确。答案 A3. 如图1所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是（）A. AO是入射光，OE为反射光，OC为折射光B. BO是入射光，OC为反射光，OA为折射光C. CO是入射光，OB为反射光，OA为折射光D条件不足，无法确定解析 法线与界面垂直，根据反射角等于入射角， 折射光线和入射光线位于法线两侧，可知CC为入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线。答案 C4. 井口大小和

20、深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井（如图2所示，水面在井口之下），两井底部各有一只青蛙，则 （）甲乙A. 水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星B. 枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星C. 水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星D两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星解析这是一道典型的视野问题，解决视野问题的关键是确定边界光线和确定是谁约束了视 野等。如本题中由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围， 据此作出边界光线如图所示。由图可看出 a>Y,所以水井中的青蛙觉得井

21、口小些；卩a，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项 B正确，A C、D错误。答案 B5. 光从空气斜射进入介质中，比值Sin1 =常数，这个常数（）sin rA. 与介质有关B. 与光在介质中的传播速度有关C. 与入射角的大小无关n = V，选项D错误,D. 与入射角的正弦成正比，跟折射角的正弦成反比解析 介质的折射率与介质有关，与入射角无关，介质对光的折射率选项A、B C正确。答案 ABC6. 如图3所示为地球及其大气层， 高空有侦察卫星 A接收到地球表面 P处发出的光信号，则A感知到的发光物应在（）图3A. 图中P点B. 图中P点靠M的一侧C. 图中P点靠N的一侧D. 以上位置都有可能

22、解析 由于大气层的存在，侦察卫星在路大致如图中实线所示，由图可知选项 答案 B7. 如图4所示，光在真空和某介质的界面A处接收到的P处发出的光信号的光B正确，A C、D错误。MN上发生偏折，那么（）A. 光是从真空射入介质81.73 X 10 m/sB. 介质的折射率是1.73C. 光在介质中的传播速度为D. 反射光线与折射光线的夹角是90 ° 答案 BCD8. 两束不同频率的单色光 a、b从空气平行射入水中，发生了如图5所示的折射现象（a>3 ）。F列结论中正确的是（）A.在水中的传播速度,光束B.在水中的传播速度,光束a比光束b大a比光束b小C.水对光束a的折射率比水对光束

23、b的折射率小D. 水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大sin 0 i解析 由公式n = s ，可得折射率na< nb, C正确，D错误;由v=n，na<nb 知vb，A正确，B错误。答案 AC9.如图6所示，有一玻璃三棱镜ABC顶角A为30°, 束光线垂直于 AB射入棱镜，从 AC射出进入空气，测得出射光线与AC夹角为30°,则棱镜的折射率为（）图61A.2C. 3解析顶角A为30°，则光从AC面射出时，在玻璃中的入射角0 i = 30°。由于出射光线sin0 2n = sin0 i和AC的夹角为30°,所以折射角0 2 = 60°,由光路可逆和折射率的定义可知3, C项正确。答案 C10. 现代高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向反射，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成的，女口图7所示，反光膜内均匀分布着直径为10 ym的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为 勺，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射t反射t再折射后恰好和入射光线平行,那么第一次入射的入射角应是()乡铝扳M纟纟c纟1图7A.15 °B.30 °C.45°D. 6