2020-2021学年物理新教材人教版选择性必修第一册学案：第4章1光的折射含解析

1、二、折射率1 .物理意义反映介质的光学性质的物理量.2 .定义光从直窒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，即=鹄.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。之比，即弋.4 .特点任何介质的折射率都大于L=基础自整(V)(X)(X)(V)1 .思考判断（正确的打 5 ,错误的打“X”） 反射定律是确定反射光线位置的规律.（2）一束光从空气进入水中时传播方向一定改变.当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0.（4）折射率大的介质，密度不一定大.2 .（多选）关于光的反射与折射，下列说

2、法正确的是（ A.光发生反射时，光的传播方向不一定改变 B.光发生反射时，光的传播方向一定改变 C.光发生折射时，一定伴随着反射现象 D.光发生反射时，一定伴随着折射现象BC 发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90S A错，B 对；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象，C 对，D错.3 .若某一介质的折射率较大，那么光在该介质中的速度较解析由汽可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小.答案小疑对题解总合作探究。攻重睢 学科素养影成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），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.

3、2 .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而定.当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角; 当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角.【例1】（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（A. 。可能是入射光线B. “。可能是入射光线C. cO可能是入射光线D. 05可能是反射光线BD 由于反射角等于入射角，入射光线、反射先线关于法线对称，所以“O、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

4、“O是入射光线，是反射光线，Oc是折射光线.厂 规律c方法 (1)在反射、折射现象中，光路都是可逆的.(2)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；当光垂直分界面入射时，光的传播方向就不会变化.跟进训练1.如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平 线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况.造成这种现象的原因是 什么？解析太阳光线进入大气展发生折射，使传播方向改变，使人感觉太阳的位 值比实际位t偏高.答案光的折射折射率命情境受入助学助教几种介质的折射率G - 589.3 nm f , 20 C)介质折射率介质折射率金刚石2.42氯

5、化钠1.54二硫化碳1.63酒精L36玻璃1.5 *1.8水1.33水晶1.55空气1.000 28分析上表，是不是密度大的物质折射率就大？举例说明.提示：不是.例如：水的密度比酒精的密度大，但水的折射率却比酒精的折 射率小.1 .关于正弦值当光由真空射入某种介质中，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，说明常数反映着该介质的光学特性.3 .光传播速度介质的折射率跟光在其中的传播速率。有关，即=会由于光在真空中的 传播速率c大于光在任何介质中的传播速率小 所以任何介质的折射率

6、都大于 L因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真 空时，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，它的大小只能由介质本身及 光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化.【例2】 如图所示，光线以入射角历，从空气射向折射率为=艰的玻璃 表面.(1)当入射角例=45。时，反射光线与折射光线间的夹角夕为多大？(2)当入射角例为多少时，反射光线与折射光线垂直？思路点拨：本题主要考查反射角、入射角和折射角的概念，首先应弄清反射 角、折射角和入射角的含义，然后根据光路图，利用几何知识解题.解析(1)由折射定律有工方 解得shiJ2则夕

7、2 , 30。，由反射定律得夕1仇45。，由几何关系可知反射光线与折射光线间的夹角为 105°.(2)当反射光线与折射光线垂直时，71 +仍90°mii sin 0 sin 6 sin 历, C 心则 石瓦赤瓦厂五石tane也故历 arctan/2 54.74°.答案(1)105° (2)54.74°厂 规律c方法 处理光的折射问题的一般思路(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、折射角均是光 线与法线的夹角.(3)利用折射定律、折射率公式列式求解.跟进训练2.(多选)如图所示，一单色光由介质I

8、射入介质II,在界面MN上发生偏折.下A.该光在介质I中传播的速度大B.该光在介质II中传播的速度大c.该光在介质I中和介质n中传播的速度之比为由：1D.该光在介质II中和介质I中传播的速度之比为5：1bd 由题图知该光在介质n中的折射角较大，则介质I的折射率大于介质n 的折射率，根据折射率与光速的关系可知光在介质n中传播的速度大；介质I相 对介质n的折射率为 猾器-木,则该光在介质n中和介质I中传播的速度之 比为小：1.选项B、D正确.速点3测量玻璃的折射率1 .实验原理如图所示，而为一个两面平行的玻璃砖，入射角为历，折射角为仍，根据 =需计算出玻璃的折射率.2 .实验器材白纸，图钉，大头针

9、，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖.3 .实验步骤在白纸上画出一条直线的'作为界面，过的'上的一点O1画出界面的法 线NN',并画一条线段AOi作为入射光线，如图所示.Py(2)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与“相 对齐.用直尺或三角 板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动.将玻璃砖取下，画出直线 bb，代表玻璃砖的另一边.(3)在直线AOi上竖直插上两枚大头针Pi、P2,透过玻璃砖观察大头针尸1、P1 的像，调整视线方向，直到P2挡住P1的像.再在观察的这一侧竖直插上两枚大头 针P3、P4,使P3挡住Pl、P2的像，尸4挡住P3以及尸1、P2

10、的像，记下尸3、24的 位置.过尸3、H作一条线段交帅'于。2.(4)连接002,直线0102就代表了沿AO1方向入射的光线在玻璃砖中的传播 路径，入射角ei = NAON,折射角夕2=NO2O1N'.4 .实验注意事项(1)所用玻璃砖要尽可能厚.(2)尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1与P2之间、尸3与尸4之间距离要稍大 一些.(3)在实验过程中，玻璃砖与白纸的位置都不能改变.(4)操作时不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能用玻璃砖代替直尺画线, 以免划伤玻璃砖表面.(5)实验时入射角不能太小(接近零度),否则会使测量误差增大;也不能太大(接 近90。)，否则不易观察到Pi

11、、P2的像.5 .实验数据处理(1)平均值法计算出入射角不同时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值需，最后求出 在几次实验中所测黑的平均值，即为玻璃砖的折射率.(2)图像法根据=票整，有sh】02=bn历在多次改变入射角、测量相对应的入射角 和折射角并计算正弦值的基础上，以如】例的值为横坐标，sine2的值为纵坐标， 建立直角坐标系，如图所示.描点画线得到一条过原点的直线，求解图线的斜率, 设斜率为七则4=：,故玻璃砖折射率，尸也6 .实验误差分析误差来源本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的折射角仍的误差.(2)减小误差的方法选用宽度较大的玻璃砖，玻璃砖宽度宜在5 cm以上，若宽度太小则测量误

12、 差较大.入射角宜在15。75。范围内取值.在纸上画、bbl两条线时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射 面重合，这样，两交点Q、。2才能与光线的实际入射点较好地相符，否则将使画 出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重.名师点睛：插针的作用是找出玻璃匿内的光路，其关键是确定入射点和出射 点，而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面相交而得到的，故实验的 关键是插准大头针，画准玻璃砖边界线，而与所选玻璃啧两边是否平行无关.如 用半圆形、圆形或三角形玻璃砖，均可测出其折射率，光路如图所示.Pasin i H-sinr(b)【例3】 用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃

13、砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针Pl、P2,然后在玻璃砖的另一侧 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和 P4,使尸3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和尸2的像，在纸上标出大头针位 置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中。为两圆弧所在圆的圆心，图中已画 出经过尸1、P2点的入射光线.(1)在图上补画出完整的光路.(2)为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角i和折射角/，请在图中的A8 分界面上画出这两个角.(3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角i和折射 角r的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率=思路点

14、拨：插针法的目的在于确定光路，由四个针的位置可以分别确定进入 玻璃砖前和射出玻璃砖后的光路，从而确定光线进入和射出玻璃砖的位僵，并画 出玻璃砖中的光路.解析(1)P3、尸4的连线与8的交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，尸1、P2的连线与A8的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接这两点即可作出玻璃砖 中的光路，如图所示.连接O点与光线在AB上的入射点所得直线即为法线，作出入射角和折射 角如图中八/所示.图乙中图线的斜率A ,需,，由图乙可知斜率为1.5,即该玻璃砖的折射 率为L5.答案(1)见解析图(2)见解析图(3)1.5跟进训练3.(多选)某同学用“插针法”做测量玻璃折射率实验时，他的方法和操

15、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和劭'不平 行，如图所示，贝!1()A. AO与O' 5两条直线平行B. AO与O 5两条直线不平行C.他测出的折射率偏大D.他测出的折射率不受影响BD 光线由进入玻璃砖时，由折射定律得史,光线从附'射出玻 dill tJ璃砖时，由折射定律得黑，若“小/bbf ,则/?,，进而ai,出射光线 Sill rO' 8与入射光线AO平行；若的'与帅'不平行，则有夕羊夕，进而破勺，出射 光线O' B与入射光线AO不平行，故选项B正确，A错误；用“插针法”测玻 璃折射率时，只要实验方法正

16、确，光路准确无误，结论必定正确，它不受玻璃的 形状影响，故选项D正确，C错误.命课堂小结我的收获1 .物理观念：光的反射、折射、折射率、折射定理.2 .科学思维：平面几何知识的应用.3 .科学探究：探究折射角和入射角间的关系.课堂知识夯实 当堂达标。固双基 双基盲点扫除4 .（多选）关于折射率，下列说法正确的是（）A.某种介质的折射率等于光在介质中传播速度0和光在真空中的传播速度c 的比值B.折射角和入射角的大小决定着折射率的大小C.两种介质相比较，折射率小的介质折光性较差D.任何介质的折射率都大于1CD 某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在介质中传播速 度。的比值，A不对；折射率

17、与折射角和入射角的大小无关，B不对；折射率是 衡量材料光学性能的重要指标，C、D对.5 .（多选）如图所示，光在真空和某介质的界面上发生折射，由图可知（） 弋A.光是从真空射入介质的B.光是由介质射入真空的C.介质的折射率为由D.反射光线与折射光线的夹角为90°BCD 根据题图可知，入射角为30。，折射角为60。，反射光线与折射光线垂 直，光是从介质射入真空的，折射率招,猾黑,小，只有B、C、D正礼6 .假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出一X时刻与实际存在大气层的情况相比将（选填“提前”厂飞泉: 或“延后”）.解析假如地球周围没有大气层，太阳光将沿直线传播，:/如图所示.

18、在地球上5点的人们将在太阳到达A'点时看到日出；而地球表面有 大气层，由于空气的折射率大于1,并且离地球表面越近，大气层越宓，折射率越 大,太阳光将沿如图所示A5曲线射入在8处的人眼中，使在5处的人看到了日 出.但5处的人认为光是沿直线传播，则认为太阳位于地平线上的A'点，而此 时太阳还在地平线下，日出的时间提前了，所以无大气层时日出的时间将延后.【答案I延后7 .在利用插针法测量玻璃折射率的实验中：(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面“小 和后，不小心碰了玻璃 砖使它向aa,方向平移了少许，如图所示.则他测出的折射率将(选填 “偏大” “偏小”或“不变”).(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面、劭'间距画得比玻璃宽度大些, 如图所示，则他测得