新课标创新人教物理选修 光的反射和折射

1、一、光的反射和折射1光的反射(1)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。(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。2光的折射(1)光的折射及折射定律光的折射光从第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(2)光的特性：在光的反射现象和折射现象中，光路都是可逆的。

2、注意1解决有关光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。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。2注意光路的可逆性。判一判1一束光从空气进入水中时，传播方向一定发生变化(×)2入射光线、反射光线与法线必共面()3光的反射现象中，光路是可逆的，光的折射现象中，光路是不可逆的(×)4在反射现象中，反射光线和入射光线传播的速度大小相等()二、折射率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，n。2物理意义：反映介质的光学性质的物理量。3折射率与光速的关系：某种介

3、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。注意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。选一选如图所示，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由题意可知，光线从玻璃射向空气中时，入射角为130°，折射角为260°，则棱镜的折射率n，

4、C正确。1.光的传播方向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关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小关系而定。在光线不是垂直射到两介质分界面的前提下，若光从折射率小的介质进入折射率大的介质，入射角大于折射角；光从折射率大的介质进入折射率小的介质，入射角小于折射角。 典型例题例1.如图所示，半圆形玻璃砖的半径 R10 cm，折射率为n，直径AB与屏幕MN垂直并接触于A点。激光a以入射角130°

5、 射入玻璃砖的圆心O，在屏幕MN上出现了两个光斑。求这两个光斑之间的距离L。 解析做出光路图如图所示：根据折射定律有所以sin 2nsin 1可得260°由图知L1Rtan 60°，L2Rtan 30°所以LL1L2R(tan 60°tan 30°)0.23 m答案0.23 m点评解决反射、折射光路问题的基本思路即时巩固1一条光线以40° 的入射角从真空射到平板透明材料上，光的一部分被反射，一部分被折射，折射光线与反射光线的夹角的取值范围是()A小于40°B50°100°C100°140

6、6; D大于140°解析：选C由n1，得折射角2140°，由反射定律得3140°，如图所示，故折射光线与反射光线的夹角180°32140°2，所以100°140°，C正确。1.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，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性。2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

7、角均小于折射角。3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。 典型例题例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点射入物体，从N点射出物体，入射角为30°，MOA60°，NOB30°。已知sin 15°。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、N三点共线。设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，OMQ，P

8、NF，根据题意有30°由几何关系得，PNOPQOr，于是r60°且r由式得r15° (2)根据折射率公式有n答案(1)15°(2)点评求解光在界面发生折射问题的解题思路(1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图。(2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系。根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率等。(3)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，此连线即为法线，从而确定入射角和折射角。 即时巩固2.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

9、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，C正确。1.视深人眼看透明物质内部某物体时像点离界面的距离。2视深与实际深度的关系当沿界面的法线看物体时，视深为实际深度的，即h视，n为介质的折射率。如果从折射率为n的介质中观察正上方距界面高为H

10、的物体，观察到的高度hnH(h为视高)。 典型例题例3.有人在游泳池边“竖直”向下观察池水的深度，池水的视深为h，已知水的折射率为 ，那么池水的实际深度为多少？解析由池底某点P发出的光线，在水中和空气中的光路图如图所示。由于观察者在池边“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，根据数学知识可知sin 1tan 1sin 2tan 2根据折射定律有n将两式代入式得n解得池水实际深度为Hnhh答案h点评(1)视深一般都是沿着界面的法线方向去观察，在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有，作图时要画开一定的角度，方便看图。(2)构建几何图形，寻找边角关系。(3)利用折射定律把

11、折射角、入射角与几何图形的各边联系起来。 即时巩固3.一小孩站在宽6 m的河边，在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树，树的正下方河底有一块石头，小孩向河面看去，同时看到树顶和石头两者的像且重合。若小孩的眼睛离河面高为 1.5 m，如图所示，河水的折射率为 ，试估算河水深度。解析：光路如图所示，得n由几何关系得1.5tan 3tan 6解得tan ，sin ，sin P点至树所在岸边的距离为3tan 4 m又sin 由以上几式解得h5.3 m答案：5.3 m1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

12、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正确，B错误；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入空气时，入射角小于折射角，C错误，D正确。2国家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上点缀了无数白色亮点，它们被称为镀点，北京奥运会举行时正值盛夏，镀点能改变光线方向，将光线挡在场馆外，镀点对外界阳光的主要作用是()A反射太阳光线，遵循光的反射定律B反射太阳光线，不遵循光的反射定律C折射太阳光线，

13、遵循光的折射定律D折射太阳光线，不遵循光的折射定律解析：选A“挡在场馆外”一定是反射，只要是反射就一定遵循光的反射定律，故A正确。3关于光的折射及折射率的说法，下列正确的是()A光由一种介质进入另一种介质时，光的传播方向一定发生改变B放入盛水的碗中的筷子，看起来像折了一样，是光的折射C光由水射入空气中，折射角小于入射角D光在折射率大的介质中传播速度大解析：选B当光垂直于交界面射入时，传播方向不变，A错误；光由水射入空气中，折射角大于入射角，C错误；光在介质中的传播速度取决于光的频率和介质的折射率，D错误，B正确。4多选如图所示，把由同种材料(玻璃)制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分

14、别放在报纸上，从正上方(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的字，下列说法正确的是()A看到A中的字比B中的字高B看到B中的字比A中的字高C看到A、B中的字一样高DA中的字比没有玻璃时的高，B中的字和没有玻璃时的一样解析：选AD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，A、D正确。5.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的正切值为多大时，反射光线和折射光线垂直？解析：(1

15、)由n，得sin 2所以折射角230°又反射角145°，则反射光线与折射光线的夹角180°12105°(2)当反射光线和折射光线垂直时，12180°90°90°ntan 1答案：(1)105°(2) 基础练一、选择题1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

16、折射角越小，该介质对光的偏折作用越大，C正确。2多选(2016·濮阳高二检测)一束光从介质1进入介质2，方向如图所示，下列对于介质1和介质2的光学性质的判断正确的是()A介质1的折射率小B介质1的折射率大C光在介质1中的传播速度大D光在介质2中的传播速度大解析：选BD入射角30°，折射角75°，故介质1的折射率大，光在介质2中的传播速度大，故B、D正确。3如图所示，一条光线由空气射到半圆玻璃砖表面的圆心处，玻璃砖的半圆表面上(反射面)镀有银，则图示几个光路图中，能正确、完整地表示光线行进过程的是()解析：选D光在圆心处发生折射和反射，进入半圆表面后沿原路返回，光从

17、玻璃射向空气中时在界面上发生反射和折射。4多选一小球掉入一水池中，小球所受重力恰与其所受阻力和浮力的合力相等，使小球匀速下落，若从水面到池底深 h1.5 m，小球3 s到达水底，那么，在下落处正上方观察时()A小球的位移等于1.5 mB小球的位移小于1.5 mC小球的运动速度小于0.5 m/sD小球的运动速度仍等于0.5 m/s解析：选BC由光的折射可知，在小球下落的过程中，在正上方观察时，小球下落的位移x<1.5 m，所以看到小球下落的速度v<0.5 m/s，B、C正确。二、非选择题5如图所示，M、N为两个平面镜，S点为一发光点，P和S点均在纸面内。由S点发出的一条光线先经平面镜

18、M反射再射向平面镜N，经平面镜N反射后通过P点。试画出这条光线的光路。解析：根据像和物关于平面镜对称的规律，先找出S点在平面镜M中的虚像S1点，如图所示，虚像S1对于平面镜N而言相当于发光点，再找出S1在平面镜N中的虚像S2，连接S2P，交平面镜N于D2点，连接D2S1交平面镜M于D1点，连接SD1，则光线SD1、D1D2、D2P即为所要画的光线。答案：见解析图提能练一、选择题1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

19、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。2一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30° 时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是(光在真空中的传播速度为c)()A. B. C. D.c解析：选B光路如图所示，设入射角为，折射角为，则n，90°，可得n，又根据n，可得v，B正确。3两束细平行光a和b相距为d，从空气中相互平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面，如图所示，若玻璃

20、对a的折射率大于对b的折射率。当它们从玻璃砖的下表面射出后，有()A两束光仍平行，间距等于dB两束光仍平行，间距大于dC两束光仍平行，间距小于dD两束光不再相互平行解析：选C如图所示，光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变，出射光线是平行的，根据折射定律na，nb，由题意知，nanb，则rarb，故dd，C正确。4多选如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生偏折，那么()A光是从真空射入介质B介质的折射率是 C光在介质中传播速度为 ×108 m/sD反射光线与折射光线的夹角是90°解析：选BCD由入射角小于折射角(r90°30°60°)，可知光是

21、由介质射入真空的，A错误；由光路的可逆性和折射率的定义得n，B正确；再由n得v m/s×108 m/s，C正确；根据光的反射定律可知，反射光线与折射光线的夹角为90°，D正确。二、非选择题5.如图所示，一束平行光以130°的入射角从玻璃射向空气中，折射角为245°，求：(1)玻璃的折射率；(2)光在玻璃中的传播速度。解析：(1)光从玻璃射向空气时，入射角为30°，折射角为45°；若光从空气射向玻璃时，入射角为45°，根据光路的可逆性知，折射角一定为30°，由折射定律得，玻璃的折射率为n(2)由折射率与光速的关系n得

22、光在玻璃中的传播速度v m/s2.12×108 m/s答案：(1)(2)2.12×108 m/s6.如图所示，某透明材料制成的半球形光学元件直立放置，其直径与水平光屏垂直接触于M点，球心O与M间距离为10 cm。一束激光与该元件的竖直圆平面成30°角射向圆心O，结果在光屏上出现间距为d40 cm的两个光斑，请完成光路图并求该透明材料的折射率。解析：光屏上的两个光斑分别是激光束经光学元件反射与折射的光线形成，其光路图如图所示依题意，有R10cm，由反射规律与几何关系知，反射光线形成的光斑P1与M点的距离为d1Rtan 30°激光束的入射角i60°

23、，设其折射角为r(如光路图所示)，由几何关系可知折射光线形成的光斑P2与M点距离d2Rtan(90°r)又d1d240 cm，由以上各式解得r30°所以该透明材料的折射率n答案：光路图见解析图一、实验目的测定玻璃的折射率。二、实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角1和折射角2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n。三、实验器材长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。四、实验步骤1将白纸用图钉钉在木板上，先在白纸上画出一条直线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。2把长方

24、形玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一条边bb。3在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧依次插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置。4移去长方形玻璃砖连接P3、P4并延长交bb于O，连接O O即为折射光线，入射角1AON，折射角2OON。5用量角器测出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，将数据填入表格中。6改变入射角1，重复上述实验步骤。五、数据处理1平均值法算出不同入射角时的比值 ，最后求出在几次实

25、验中所测 的平均值，即为玻璃砖的折射率。2图象法以sin 1值为横坐标、以sin 2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，则k，故玻璃砖折射率n。3作图法在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO(或OO的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN作垂线，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的长，如图所示。由于sin 1，sin 2，且CODO，所以折射率n。六、注意事项1实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1与P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O点之间距离要稍大一些。

26、2入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。3在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。4在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。5玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。七、误差分析1入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时，两大头针间距应适当大一些。2入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。典型例题例1.在做“测定玻璃的折射率”的实验中：(1)甲同学在纸上画出玻璃砖的两个界面ab和cd时不慎碰了玻璃砖使它向ab方向平移了一些，如图甲所示，其后的操作都正确

27、。但画光路图时，将折射点确定在ab和cd上，则测出的n值将_。(2)乙同学为避免笔尖接触玻璃面，画出的ab和cd都比实际侧面向外侧平移了一些，如图乙所示，以后的操作均正确，画光路图时将入射点和折射点都确定在ab和cd上，则测出的n值将_。解析(1)此时玻璃砖的平移对测量结果没有影响，由图(a)可看出折射角不变，入射角相同，故测得的折射率将不变。(2)由图(b)可看出，乙同学的做法使入射点向左移，折射点向右移，所画出的折射角2比实际折射角2偏大，由n知，测得的折射率偏小。答案(1)不变(2)偏小点评(1)选择玻璃砖时宽度宜大些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。(2)实验中

28、一旦玻璃砖所定的界面线ab、cd画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动，如果玻璃砖斜移动，测得的折射率一定变化。如果稍微上下平移了玻璃砖，对测量结果没有影响。典型例题例2.在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。(1)在图丙中画出完整的光路图。(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n_(保留三位有效数字)。(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(填“A”或“B”)。解析(1)如图a所示。(2)设方格

29、纸上小正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则折射率n，sin i与sin r可利用图中的方格进行粗略的计算，sin i0.798，sin r0.521，则n1.53。(3)光路图如图b所示，光线经两边相互平行的玻璃砖，出射光线平行于入射光线，即MNP4B。P1P2光线从玻璃砖右边侧面射出向底边偏折，如图b中P3A，所以填A。答案：(1)见解析图a(2)1.53(1.501.56均可)(3)A点评(1)利用题目提供的方格纸可计算三角函数的正弦值，进而根据折射率计算公式计算折射率。(2)对于质地均匀的玻璃砖而言，如果光线的入射边和出射边平行，那么入射光线和出射光线平行。典型例题例3.用

30、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)在本题的图上画出相应的光路图。(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P1P2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P1P2在三棱镜中的折射光线。(2)在所画的图上，标明

31、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)见解析图(2)入射角1和折射角2(或线段EF和OE、GH和OG的长度)见解析图(3)点评插针法测定玻璃折射率的方案设计插针法的作用是找出玻璃砖内的光路，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交线相交而得到的，故实验的关键是插准大头针，画准玻璃砖边界线，而与所选玻璃砖两边平行与否无关。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。1多选测定玻璃的折射率时，为了减

32、小实验误差，应该注意的是()A玻璃砖的宽度宜大些B入射角应尽量小些C大头针应竖直地插在纸面上D大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些解析：选ACD玻璃砖宽度宜在5 cm以上，太小测量误差较大，A正确；入射角应适当大一些，但也不宜太大，一般在30° 到60° 之间较合适，B错误；大头针要竖直插在纸上，且相互之间的距离要稍大一些，这些都可以减小误差，C、D正确。2多选某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤正确无误，但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa与bb不平行，如图所示，则()AAO与OB两条直线平行BAO与OB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解析：选BD如题图所示，在光线由aa射入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知n；在光线由bb射出玻璃砖的现象中，同理n；若aa与bb平行，则i，因此r，此时入射光线AO与出射光线OB平行；若aa与bb不平行，