高中物理第十三章光1光的折射名师导航学案选修3-4讲解

1、1 光的折射名师导航知识梳理1. 光的反射(1光的反射现象:光射向另一介质界面时, _的现象 .(2反射定律:_线、 _线和 _线在同一平面上; _和 _分居在法线两侧;角等于角 .2. 光的折射(1 光传播到两介质的分界面上, 一部分光 _另一种介质中, 并且 _的传播方向,这种现象叫做光的折射 .(2 光的折射定律:_光线跟 _光线和 _在同一平面内, _光线和 _光线分别位于 _的两侧, _的正弦 跟 _的正弦成 _比 .(3 折射率:光从 _射入 _发生折射时, _1的正弦与 _2的正弦之比,叫做这种介质的折射率 . 即 n=_,某种介质的折 射 率 等 于 光 在 中 的 传 播 速

2、 度 c 跟 光 在 _中 的 传 播 速 度 v 之 比 , 即 n=_.知识导学光学知识可以粗略地分为两类:一类是几何光学, 以光的直进规律为基础研究光的传播; 另一类是物理光学, 研究光的本性以及光和物质的相互作用规律, 这也就是本章的全部内容 . 光的折射是学习本章的基础 .学习本节时, 结合日常生活中观察到的各种跟光的折射和反射有关的现象, 通过探究实 验,获得基本的认识,同时对光的反射定律进行复习回顾 . 明确入射角、反射角、折射角的 关系,深刻理解折射率的概念,灵活运用光路可逆原理 . 液体折射率的测定具有现实意义, 折射率是定量反应介质改变光路能力的一个物质概念,是高考考查的重

3、点 . 结合生活实际思 考如何测定液体的折射率, 以提高自己分析解决问题的能力, 同时对本节知识也有一个更深 刻更全面的理解和认识 .疑难突破关于折射率的理解剖析:(1光从真空射入某种介质发生折射,入射角 1的正弦跟折射角 2的正弦之 比 n 叫做这种介质的折射率:n=21sin sin (2折射率和光在介质中传播的速度有关:当 c 为真空中的光速, v 为介质中的光速时:n=vc . (3折射率是反映介质光学性质的物理量,它的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 .(4各种介质的折射率是不同的,两种介质相比较,折射率较小的介质称为光疏介质,折 射率较大的介质称为光密

4、介质 .典题精讲【例 1】 如图 13-1-1所示,光线以入射角 1从空气射向折射率 n=2玻璃表面 . 图 13-1-1(1当入射角 1=45°时,反射光线与折射光线间的夹角 为多少?(2当入射角 1为多少时,反射光线和折射光线垂直?思路解析:设折射角为 2,由 n=21sin sin =2sin =21245sin sin 1= n , 所以 2=30°, 又 1=45°, 则反射光线与折 射光线的夹角 =180°-1-2=105°.(2当反射光线和折射光线垂直时, 1+2=90°, n=21sin sin =11sin sin

5、i=21cos sin s=tan1 则入射角 1=arctan2.答案:(1105° (2 arctan 2绿色通道 :分析解决光的折射问题的一般方法:(1根据题意画出正确的光路图; (2利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入 射角、折射角的确定; (3利用反射、折射定律求解; (4注意在折射现象中,光路是可逆 的 .答案:B变式训练 2:如图 13-1-2所示,激光液面控制仪的原理是:固定的一束激光 AO 以入射角 i 照射到液面上,反射光 OB 射到水平的光屏上,屏上用光电管将光讯号转变成电讯号,电讯 号输入控制系统用以控制液面高度,如果发现点 B 在屏上向右移动了 s

6、的距离到 B,由 此可知液面(填“升高”或“降低”. 图 13-1-2答案:降低【例 2】 在测定玻璃的折射率的实验中,对一块两面平行的玻璃砖,用插针法找出与入射 光线对应的出射光线,现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图 13-1-3所示的四组插针 结果 . 图 13-1-3(1从图上看,肯定把大头针插错了的同学是 _.(2从图上看,测量结果准确度最高的同学是 _.思路解析:由上图可知,乙图中出射线向左上侧偏移不符合实际,肯定插错了,甲、丙和丁 相比较,前面两者入射角及两个插针间距比图丁小些,故丁同学测量最准确 .答案:(1乙(2丁绿色通道 :光线透过平行玻璃砖时出射光线与入射光线平行,且从

7、空气射入玻璃时,入射角 大于折射角,因而光线透出时相当于入射光线向右下侧发生偏移,另外,插针确定光路时, 入射角稍大些好且插针相距稍远些好 .变式训练 1:如图 13-1-4所示, 在用插针法测定玻璃折射率的实验中,以下各说法正确的是 ( 图 13-1-4A.P 1、 P 2及 P 3、 P 4之间的距离适当大些,可以提高准确度B.P 1、 P 2及 P 3、 P 4之间的距离取得小些,可以提高准确度C. 入射角 i 适当大些,可以提高准确度D. 入射角太大,入射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射,使实验无法进行答案:AC变式训练 2:如图 13-1-5所示中一半圆形玻璃外面插下 P 1、 P

8、2、 P 3、 P 4四个大头针, P 3、 P 4可挡住 P 1、 P 2所成的像,已知 O 、 P 2、 P 1在一直线上, O 、 P 3、 P 4也在一直线上, P 1、 P 4点分 别为(1, 3 、 (-3,-1 ,则折射率为 _,若将玻璃砖绕 O 点在纸面 上旋转 15°,仍要 P 4挡住 P 2、 P 1像,则 P 4点的坐标为_. 图 13-1-5答案 :3 (-,+1问题探究问题:如何设计实验,探究影响玻璃折射率大小的因素?导思:在做此实验时,为了使测定结果更为准确,有以下几点需要注意:(1插针 P 1与 P 2、 P 3与 P 4的间距要适当的大些,不要靠得太近

9、,选择玻璃砖时,宽度宜大 些,这样可减小确定光路方向时出现的误差,提高测量的准确度 .(2入射角不能太小(接近 0°也不能太大(接近 90° ,因为入射角太小时,折射角就 会更小,测量时相对误差增大;入射角太大时,导致反射光太强、折射光太弱,不易观察, 很难确定 P 3、 P 4的位置. 图 13-1-6 图 13-1-7(3如果通过插针 P 1、 P 2的连线的光线射向玻璃右侧,且入射角又大于某一数值,会出现 隔着玻璃砖沿 P 2、 P 1方向观察不到 P 1、 P 2两插针情况,此时的光路图如图 13-1-7所示,遇 到这种现象,可将玻璃砖沿 aa界面向右平移. 图 1

10、3-1-8(4 实验中一旦玻璃砖宽度所定的界面线 aa和 bb画好后, 放置的玻璃砖就不要随便移 动,如果玻璃砖稍微斜移动,测得的折射率肯定发生变化 . 如果稍微上下平移了玻璃砖对测 量结果没有影响,其光路如图 13-1-8所示 .(5本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖而采用三棱镜、半圆形玻璃砖,只是出射 光与入射光不平行,但一样能测出折射率. 图 13-1-9探究:实验,照图 13-1-9那样, 先在白纸上画一条直线 aa作为界面,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,然后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 b

11、b,在线段 AO 上竖直地插上两枚大 头针 P 1、 P 2,透过玻璃观察大头针 P 1、 P 2的像,调整视线的方向,直到 P 1的像被 P 2挡住,再 在观察的这一侧插两枚大头针 P 3、 P 4,使 P 3挡住 P 1、 P 2的像, P 4挡住 P 1、 P 2的像及 P 3,记下 P 3、 P 4的位置 .移去大头针和玻璃砖,过 P 3、 P 4引直线 OB,与 bb交于 O,直线 OB 就代表了沿 AO 方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向,连接 OO,OO就是折射光线的方向,入射角 i=AON,折射角 r=OON.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, 把这些数据记入自 己设计的表格里 .用上面的方法分别求出入射角是 15°、30°、45°、60°、75°时的折射角,查出入 射角和折射角的正弦值,把这些数据也记在表格里 .算出不