2.1光的反射和折射ppt课件

1、第1页 第十三章第十三章 光光第一节第一节 光的折射光的折射第2页 知识梳理图知识梳理图(学生用书学生用书P47)第3页 知识点知识点 1.反射定律反射定律 2.折射定律折射定律 3.折射率折射率 4.实验实验:测定玻璃测定玻璃的折射率的折射率第4页 情情 景景 设设 置置 (学生用书学生用书P47) “水中月的虚幻告诉人们光的反射水中月的虚幻告诉人们光的反射;有经验捕鱼人有经验捕鱼人,总是把总是把鱼叉叉向鱼的前下方鱼叉叉向鱼的前下方,这是什么道理呢这是什么道理呢?第5页 一一 光的反射光的反射1.反射现象反射现象,如下图所示如下图所示,当光线当光线AO照射到两种介质照射到两种介质(例如空气例

2、如空气和玻璃和玻璃)的分界面上时的分界面上时,在一般情况下分为两条光线在一般情况下分为两条光线:一条光一条光线线OB返回原介质返回原介质,称为反射光线称为反射光线,另一条光线另一条光线OC进入另一进入另一种介质种介质,称为折射光线称为折射光线.入射光线入射光线AO与法线与法线ON所构成的平所构成的平面称为入射面面称为入射面.入射光线与法线的夹角称为入射角入射光线与法线的夹角称为入射角(1),反反射光线与法线的夹角称为反射角射光线与法线的夹角称为反射角(1),折射光线与法线的折射光线与法线的夹角称为折射角夹角称为折射角(2).第6页 2.反射定律反射定律光的反射遵循反射定律光的反射遵循反射定律:

3、反射光线在由入射光线和法线所决反射光线在由入射光线和法线所决定的平面内定的平面内,它与入射光线分居法线的两侧它与入射光线分居法线的两侧,反射角等于入反射角等于入射角射角.3.光路可逆光路可逆实验表明实验表明,如果逆着原来反射光线的方向射到反射面上如果逆着原来反射光线的方向射到反射面上,它就它就要逆着原来入射光线的方向反射出去要逆着原来入射光线的方向反射出去,这一规律称为光路这一规律称为光路可逆原理可逆原理.在上图中如果在上图中如果BO作为入射光线作为入射光线,则则OA必为反射光线必为反射光线.第7页 二二 光的折射光的折射1.光的折射现象光的折射现象如上图所示如上图所示,当光线入射到两种介质的

4、分界面上时当光线入射到两种介质的分界面上时,一部分光一部分光被反射到原来介质被反射到原来介质,即反射光即反射光OB,另一部分光进入第二种介另一部分光进入第二种介质质,并改变原来的传播方向并改变原来的传播方向,即光线即光线OC,折射光线与法线的折射光线与法线的夹角称为折射角夹角称为折射角(2).注意注意:光从一种介质进入另一种介质时光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般会发生传播方向一般会发生变化变化,但并非一定要变化但并非一定要变化,当光垂直界面入射时光的传播方当光垂直界面入射时光的传播方向就不变化向就不变化.第8页 深深 化化 探探 究究 (学生用书学生用书P47)2.折射定律折射定律内

5、容内容:折射光线跟入射光线和法线在同一平面内折射光线跟入射光线和法线在同一平面内,折射光线和折射光线和入射光线分别位于法线的两侧入射光线分别位于法线的两侧,入射角的正弦与折射角的入射角的正弦与折射角的正弦成正比正弦成正比,即即式中的式中的n12是比例常数是比例常数3.在折射现象中光路也是可逆的在折射现象中光路也是可逆的.如上图中如上图中,当光线沿当光线沿CO射到射到介面时介面时,就会沿就会沿OA射到另一种介质中射到另一种介质中.1122sinnsin第9页 4.折射率折射率在折射定律中提到的比例常数在折射定律中提到的比例常数n12,是光从第是光从第1种介质到第种介质到第2种种介质时介质时,入射

6、角正弦和折射角正弦之比入射角正弦和折射角正弦之比.n12是常数是常数,它与入它与入射角和折射角的大小无关射角和折射角的大小无关,只与两种介质有关只与两种介质有关,当光从真空当光从真空入射到某种介质时入射到某种介质时,此时常数此时常数n12可简单记为可简单记为n.折射率折射率:光从真空射入某种介质发生折射时光从真空射入某种介质发生折射时,入射角正弦与折入射角正弦与折射角正弦之比射角正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率简称折射率,用用符号符号n表示表示.第10页 折射率折射率n与介质有关与介质有关,是一个反映介质光学性质的物理量是一个反映介质光学性质的物理量.经研

7、经研究表明究表明,介质的折射率不同介质的折射率不同,光在其中传播时速度不同光在其中传播时速度不同,某种某种介质的折射率介质的折射率,等于光在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c与光在该种介与光在该种介质中的传播速度质中的传播速度v之比之比,即即cnv第11页 由于光在真空中的传播速度大于在任何介质中的传播速度由于光在真空中的传播速度大于在任何介质中的传播速度,所以所以,折射率折射率n是一个大于是一个大于1的量的量,所以光从真空射入任何介所以光从真空射入任何介质时质时,sin1都大于都大于sin2,即入射角总大于折射角即入射角总大于折射角,由以上分由以上分析可知析可知,当光从折射率较小的介

8、质进入折射率较大的介质当光从折射率较小的介质进入折射率较大的介质,发生折射现象时发生折射现象时,入射角大于折射角入射角大于折射角;当光线从折射率较大当光线从折射率较大的介质进入折射率较小的介质发生折射现象时的介质进入折射率较小的介质发生折射现象时,入射角小入射角小于折射角于折射角.如光线从空气入射到玻璃时如光线从空气入射到玻璃时,入射角大于折射角入射角大于折射角;当光线从金刚石入射到水中发生折射时当光线从金刚石入射到水中发生折射时,入射角小于折射入射角小于折射角角(金刚石的折射率金刚石的折射率2.42 水的折射率水的折射率1.33).第12页 三三 实验实验:测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率1

9、.实验目的实验目的(1)明确光通过玻璃时的入射角和折射角明确光通过玻璃时的入射角和折射角.(2)掌握测定玻璃折射率的方法掌握测定玻璃折射率的方法.第13页 2.实验原理实验原理如下图所示如下图所示,用两面平行的玻璃砖对光路的侧移用两面平行的玻璃砖对光路的侧移.用插针法找用插针法找出入射光线出入射光线AO对应的出射光线对应的出射光线OB,确定出射点确定出射点O,画出折画出折射光线射光线OO,量出入射角量出入射角1和折射角和折射角2,根据根据计算出玻璃的折射率计算出玻璃的折射率.12sinnsin第14页 3.实验器材实验器材白纸白纸 图钉图钉 大头针大头针 直尺直尺 铅笔铅笔 量角器量角器 平木

10、板平木板 长方长方形玻璃砖形玻璃砖.4.实验步骤实验步骤(1)将白纸用图钉固定在平木板上将白纸用图钉固定在平木板上.(2)在白纸上画一条直线在白纸上画一条直线aa作为界面作为界面,过过aa上的上的O点画出界面点画出界面的法线的法线NN,并用一条线段并用一条线段AO作为入射光线作为入射光线.(3)把长方形玻璃砖放在白纸上把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟使它的长边跟aa对齐对齐,画出玻画出玻璃砖的另一边璃砖的另一边bb.第15页 (4)在直线在直线AO上上,竖直插上两枚大头针竖直插上两枚大头针P1 P2,透过玻璃砖观透过玻璃砖观察大头针察大头针P1 P2的像的像,调整视线方向直到调整视线方向

11、直到P2的像挡住的像挡住P1的的像像,再在观察者一侧竖直插上两枚大头针再在观察者一侧竖直插上两枚大头针,P3 P4,使使P3挡挡住住P1 P2的像的像;P4挡住挡住P3及及P1 P2的像的像,记下记下P3 P4的的位置位置.(5)移去玻璃砖和大头针移去玻璃砖和大头针,过过P3 P4作直线作直线OB交交bb于于O点点,直线直线OB就代表了沿就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向传播方向.第16页 (6)连接连接OO,OO即为入射光线即为入射光线AO经玻璃折射后在玻璃中的经玻璃折射后在玻璃中的折射光线折射光线,入射角入射角1,折射角折射角2.用量角器量出入射

12、角和折射用量角器量出入射角和折射角角.从三角函数表中查出它们的正弦值从三角函数表中查出它们的正弦值,求出求出(7)用上述方法分别量出入射角分别为用上述方法分别量出入射角分别为30、45、60时时的折射角的折射角,查出相应折射角的正弦值查出相应折射角的正弦值,求出折射率求出折射率.(8)将算出不同入射角时的折射率将算出不同入射角时的折射率,求出求出 的平均值的平均值,即为即为所测玻璃的折射率所测玻璃的折射率.12.sinnsin12sinsin第17页 5.本卷须知本卷须知(1)实验时实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上尽可能将大头针竖直插在纸上,且且P1和和P2之间之间,P2与与O之间之间,P3

13、与与P4之间之间,P3与与O之间的距离要稍大一些之间的距离要稍大一些.(2)入射角入射角1应适当大一些应适当大一些,以减小测量角度的误差以减小测量角度的误差,但入射角但入射角不宜太大不宜太大,也不宜太小也不宜太小.(3)操作时操作时,手不能触摸玻璃砖的光学面手不能触摸玻璃砖的光学面,更不能用玻璃砖当尺更不能用玻璃砖当尺子画线子画线.(4)在实验过程中在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变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玻璃砖应选用宽度较大的,宜在宜在5 cm以上以上.第18页 6.数据处理数据处理此实验是通过测量入射角和折射角此实验是通过测量入射角和折射角,然

14、后查数学用表然后查数学用表,代入代入 中求得玻璃的折射率中求得玻璃的折射率,除运用此方法外除运用此方法外,还可以用以还可以用以下处理数据的方法下处理数据的方法:在找到入射角和折射角后在找到入射角和折射角后,以入射点以入射点O为圆心为圆心,以任意长为半径以任意长为半径画圆画圆,分别交入射光线分别交入射光线AO于于C点点,交折射光线交折射光线OO或或OO的的延长线于延长线于D点点,分别过分别过C D两点两点,作垂直作垂直NN的垂线的垂线,交交NN与与C、D.用直尺量出用直尺量出CC和和DD的长的长. 12sinnsin第19页 2121,sin,sinCODO,n,.CCDDCODOsinCCsi

15、nDD如下图所示 由于且所以折射率重复以上实验 求得各次折射率计算值 然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值第20页 典典 例例 分分 析析 (学生用书学生用书P49)一一 关于折射率的概念关于折射率的概念例例1:一束光从某种介质射入空气中时一束光从某种介质射入空气中时,入射角入射角1=30,折射角折射角2=60,折射光路如下图所示折射光路如下图所示,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( )A.此介质折射率为此介质折射率为B.此介质折射率为此介质折射率为C.此介质的折射率大于空气的折射率此介质的折射率大于空气的折射率D.光在介质中的速度比空气中大光在介质中的速度比空气中大333第21页 解析

16、解析:折射率等于当光线从真空或空气射入某种介质发生折射率等于当光线从真空或空气射入某种介质发生折射时入射角的正弦跟折射角正弦之比折射时入射角的正弦跟折射角正弦之比,此时为从某种介此时为从某种介质入射到空气质入射到空气,所以所以 故故B选项正确选项正确,空气的空气的折射率接近折射率接近1,或者说或者说21,所以该介质的折射率大于空气所以该介质的折射率大于空气的折射率的折射率,C选项正确选项正确.603,30sinnsin答案答案:BC第22页 巩固练习巩固练习1 如果光以同一入射角从真空射入不同介质如果光以同一入射角从真空射入不同介质,那么那么( )A.折射角越大折射角越大,表示这种介质对光线的

17、偏折作用越大表示这种介质对光线的偏折作用越大B.折射角越大折射角越大,表示这种介质对光线的偏折作用越小表示这种介质对光线的偏折作用越小C.折射角越小折射角越小,表示这种介质对光线的偏折作用越大表示这种介质对光线的偏折作用越大D.折射角越小折射角越小,表示这种介质对光线的偏折作用越小表示这种介质对光线的偏折作用越小第23页 解析解析:根据折射率的定义根据折射率的定义 在入射角相同的情况下在入射角相同的情况下,折射角越小的介质折射角越小的介质,其折射率越大其折射率越大,该介质对光线的偏折作该介质对光线的偏折作用越大用越大;反之反之,折射角越大折射角越大,其折射率越小其折射率越小,该介质对光线的偏该

18、介质对光线的偏折作用越小折作用越小.所以所以B C选项正确选项正确.答案答案:BC12,sinnsin第24页 二二 有关折射率的计算问题有关折射率的计算问题例例2:一细杆一细杆AB的一部分贴着柱形容器的内壁插入装满某种透的一部分贴着柱形容器的内壁插入装满某种透明液体的容器内明液体的容器内,眼睛从容器的边缘眼睛从容器的边缘D斜往下看去斜往下看去,发现细发现细杆的杆的A端经液面反射的像恰好与端经液面反射的像恰好与B端经液面折射形成的像端经液面折射形成的像重合重合,如下图所示如下图所示,已知容器直径已知容器直径CD=4 cm,AB=7 cm,AC=3 cm,则该液体的折射率为多少则该液体的折射率为

19、多少?第25页 解析解析:A关于液面成像于关于液面成像于A,细杆的细杆的B点折射后也成像于点折射后也成像于A,光路光路图如下图所示图如下图所示2222222221()()4442.5()(). 33141CDBCsinCDBDnsinDACDCDAC折射率答案答案:1.13第26页 巩固练习巩固练习2 如下图所示如下图所示,空气中有一块横截面呈扇形的玻空气中有一块横截面呈扇形的玻璃砖璃砖,折射率为折射率为 现有一细光束现有一细光束,垂直射到垂直射到AO面上面上,经玻璃经玻璃砖反射砖反射 折射后折射后,经经OB面平行返回面平行返回,AOB为为135,圆的半圆的半径为径为r,则入射点则入射点P点距

20、圆心点距圆心O的距离为的距离为( )2.第27页 C.rsin7.511.42D.rsin15ArBr:D,D,AOB135 ,45 ,n,i30 .PCD15 ,OC,PCO7.5 ,POrsin7.5 .45sinsini解析 如图过 点作法线 光线在 点折射时由于可知折射角为由光的折射定律又由几何关系知连接由光的反射定律知答案答案:C第28页 三三 实验实验:测定玻璃砖的折射率测定玻璃砖的折射率例例3:某同学用某同学用“插针法做测定玻璃折射率实验时插针法做测定玻璃折射率实验时,他的方法他的方法和操作步骤都正确无误和操作步骤都正确无误,但他处理实验记录时但他处理实验记录时,发现玻璃砖发现玻

21、璃砖的两个光学面的两个光学面aa和和bb不平行不平行,如下图所示如下图所示,那么那么( )A.P1P2与与P3P4两条直线平行两条直线平行B.P1P2和和P3P4两条直线不平行两条直线不平行C.他测出的折射率偏大他测出的折射率偏大D.他测出的折射率不受影响他测出的折射率不受影响第29页 解析解析:光线由光线由aa进入玻璃砖时进入玻璃砖时,由折射定律得由折射定律得 光光线线bb射出玻璃砖时射出玻璃砖时,由折射定律由折射定律 若若aabb,则有则有=r,进而进而=i,出射光线出射光线OB与入射光线与入射光线OA平行平行,若若aa与与bb不平行不平行,则则r,进而进而i,出射光线出射光线OB与入射光

22、线与入射光线AO不平不平行行,故故B选项正确选项正确,A错误错误.在插针法测玻璃折射率时在插针法测玻璃折射率时,只要实只要实验方法正确验方法正确,光路准确无误光路准确无误,结论必定正确结论必定正确,它不受玻璃的形它不受玻璃的形状影响状影响,故故D选项正确选项正确,C选项错误选项错误.sinnsin,sininsinr答案答案:BD第30页 点评点评:课本上用长方形玻璃砖做实验课本上用长方形玻璃砖做实验,但并不是说但并不是说,只能用长只能用长方形玻璃砖做实验方形玻璃砖做实验,其实用截面为梯形其实用截面为梯形 三角形三角形 半圆形半圆形等形状的玻璃砖都可以等形状的玻璃砖都可以,只要方法正确即可只要

23、方法正确即可.第31页 四四 综合综合 创新与拓展创新与拓展例例4:假设地球表面不存在大气层假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比与实际存在大气层的情况相比( )A.将提前将提前B.将延后将延后C.某些区域将提前某些区域将提前,在另一些区域将延后在另一些区域将延后D.不变不变第32页 解析解析:由于地球表面存在大气由于地球表面存在大气,而大气并不是均匀介质而大气并不是均匀介质,高空高空空气稀薄空气稀薄,折射率小折射率小,而接近地面大气密度大而接近地面大气密度大,折射率较大折射率较大,可可认为大气折射率由高空到地面的折射率是逐渐增大的

24、认为大气折射率由高空到地面的折射率是逐渐增大的.阳阳光经过大气层时就要发生折射光经过大气层时就要发生折射,使光线逐渐偏折沿曲线传使光线逐渐偏折沿曲线传播播.如果假设没有大气层如果假设没有大气层,光将沿直线传播光将沿直线传播.如下图所示如下图所示.在地在地球上球上B点的人将在太阳到达点的人将在太阳到达A点时看到日出点时看到日出;而地球表面有而地球表面有大气层时大气层时,由于空气的折射率大于由于空气的折射率大于1,太阳光将沿如图所示太阳光将沿如图所示AB曲线进入在曲线进入在B处的人眼中处的人眼中,使在使在B处的人看到了日出处的人看到了日出,但但B处的人认为光是沿直线传播的处的人认为光是沿直线传播的

25、, 第33页 则认为太阳位于地平线上的则认为太阳位于地平线上的A点点,而此时太阳的实际位置而此时太阳的实际位置还在地平线以下还在地平线以下,相当于日出时刻提前了相当于日出时刻提前了,所以无大气层时所以无大气层时日出的时间将延后日出的时间将延后,故选故选B.答案答案:B第34页 梯梯 度度 练练 习习 (学生用书学生用书P50)基础强化基础强化12121.,( )A.,B.,C.D.,nsinnsinsinnsincv关于折射率 下列说法正确的是根据可知 介质的折射率与入射角的正弦值成正比根据可知 介质的折射率与入射角的正弦值成反比根据介质的折射率与介质中的光速成反比以上说法都不正确第35页 解

26、析解析:介质的折射率是由介质材料本身和入射光的频率决定介质的折射率是由介质材料本身和入射光的频率决定,与其他因素无关与其他因素无关.故故D选项正确选项正确.答案答案:D第36页 2.一束光由空气射入某介质一束光由空气射入某介质,当入射光线和界面的夹角为当入射光线和界面的夹角为30时时,折射光线恰好与反射光线垂直折射光线恰好与反射光线垂直,则光在该介质中的传播速则光在该介质中的传播速度是度是( ).2333.23ccABCcDc:.6033.303sincnvcsinn解析 光路如图所示答案答案:D第37页 3.在某地的观察者看见太阳刚从地平线升起时在某地的观察者看见太阳刚从地平线升起时,关于太

27、阳的实关于太阳的实际位置下列叙述正确的是际位置下列叙述正确的是( )A.太阳位于地平线上方太阳位于地平线上方B.太阳位于地平线下方太阳位于地平线下方C.太阳位于地平线上太阳位于地平线上D.大气密度未知大气密度未知,无法判断无法判断答案答案:B第38页 4.让光线斜射过两面平行的玻璃砖让光线斜射过两面平行的玻璃砖,以下判断正确的是以下判断正确的是( )A.出射光线的方向与玻璃的折射率有关出射光线的方向与玻璃的折射率有关,n越大则偏向角越大越大则偏向角越大B.出射光的方向与玻璃砖的厚度有关出射光的方向与玻璃砖的厚度有关C.光线通过玻璃砖后侧向移动而方向不变光线通过玻璃砖后侧向移动而方向不变D.光线

28、通过玻璃砖时光线通过玻璃砖时,没有发生偏折没有发生偏折,出射方向不变出射方向不变答案答案:C第39页 5.下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.光从一种介质进入另一种介质时光从一种介质进入另一种介质时,一定会发生偏折一定会发生偏折B.光从空气进入介质光从空气进入介质,折射角大于入射角折射角大于入射角C.光从空气进入介质光从空气进入介质,速度要减小速度要减小D.折射即指光的传播方向发生改变的现象折射即指光的传播方向发生改变的现象第40页 解析解析:当光线沿法线方向入射到另一种介质中时当光线沿法线方向入射到另一种介质中时,光线方向不光线方向不发生改变发生改变,而速度发生变化而速度发生变化,如果

29、光线从空气进入某种介质如果光线从空气进入某种介质时时,速度减小速度减小,因为空气和真空折射率认为相等且等于因为空气和真空折射率认为相等且等于1,其其它介质的折射率都大于它介质的折射率都大于1,故故C选项正确选项正确.答案答案:C第41页 6.,45 ,( )A.75B.902C.105D.120一条光线从空气射入折射率为的介质中 入射角为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12122,451,:,sin30 ,105 ,C22.sinnsinsinsinn解析 如图所示 根据折射定律则反射光线与折射光线的夹角选项正确答案答案:C第42页 能力提升能力提升7

30、.两束细平行光两束细平行光a和和b相距为相距为d,从空气中互相平行地斜射到长从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面方体玻璃砖的上表面,如下图如下图,若玻璃对若玻璃对a的折射率大于对的折射率大于对b的折射率的折射率,当它们从玻璃砖的下表面射出后当它们从玻璃砖的下表面射出后,有有( )第43页 A.两束光仍平行两束光仍平行,间距等于间距等于dB.两束光仍平行两束光仍平行,间距大于间距大于dC.两束光仍平行两束光仍平行,间距小于间距小于dD.两束光不再平行两束光不再平行解析解析:光路如图所示由光路图可知光路如图所示由光路图可知dd,故故C选项正确选项正确.答案答案:C第44页 8.一条光线以一

31、条光线以40 的入射角从真空中射到平板透明材料上的入射角从真空中射到平板透明材料上,光光的一部分被反射的一部分被反射,一部分被折射一部分被折射,折射光线与反射光线的夹折射光线与反射光线的夹角可能是角可能是( )A.小于小于40B.在在50100之间之间C.在在100140之间之间D.大于大于140解析解析:由光路图可知由光路图可知光由真空射入介质中折射光由真空射入介质中折射,折射角折射角0na,故故a光的频率小于光的频率小于b光的频率光的频率;又在介质内又在介质内的传播速度的传播速度 所以棱镜内所以棱镜内a光的传播速度光的传播速度va比比b光的传光的传播速度播速度vb大大;在真空和介质中的波长分别是在真空和介质中的波长分别是所以无论是真空中还是在棱镜内所以无论是真空中还是在棱镜内,均是均是a光的波长长光的波长长.,cvn,nccff和答案答案:BD第47页 10.一玻璃柱体的横截面为半圆形一玻璃柱体的横截面为半圆形.细的单色光束从空气射细的单色光束从空气射向柱体的向柱体的O点点(半圆的圆心半圆的圆心),产生反射光束产生反射光束1和透射光束和透射光束2.已已知玻璃折射率为知玻璃折射率为 入射角为入射角为45(相应的折射角为相应的折射角为24).现保持入射光不变现保持入射光不变