XX省专用学年高中物理第十三章光第节第课时光反射和折射讲义含解析新人教选修

XX省专用学年高中物理第十三章光第节第课光阴的反射和折射讲义含分析新人教版选修XX省专用学年高中物理第十三章光第节第课光阴的反射和折射讲义含分析新人教版选修PAGEXX省专用学年高中物理第十三章光第节第课光阴的反射和折射讲义含分析新人教版选修第1节光的反射和折射1.光的反射定律：简记为，共面、双侧、相等。2．荷兰数学家斯涅耳总结的光的折射定律：(1)内容：折射光芒与入射光芒、法线处在同一平面内，折射光芒与入射光芒分别位于法线的双侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。(2)表达式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12，式中n12是比率常数。3．物理学中把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，叫做这类介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。4．折射率n由介质自己及入射光的频次决定，且有n＝eq\f(c,v)。第一课时光的反射和折射一、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。2．反射定律反射光芒与入射光芒、法线处在同一平面内，反射光芒与入射光芒分别位于法线的双侧；反射角等于入射角。二、光的折射和折射率1．光的折射和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，一部分光进入第2种介质的现象入射角折射角入射角：入射光芒与法线的夹角折射角：折射光芒与法线的夹角折射定律折射光芒与入射光芒、法线处在同一平面内，折射光芒与入射光芒分别位于法线的双侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12光路可逆性在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的2．折射率(1)物理意义反应介质的光学性质的物理量。(2)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，简称折射率，即n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。(3)折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在真空中的流传速度c与光在这类介质中的流传速度v之比，即n＝eq\f(c,v)。(4)特色任何介质的折射率都大于1。1．自主思虑——判一判(1)反射定律是确立反射光芒的地点的规律。(√)(2)不是全部的反射现象都依据反射定律。(×)(3)发生漫反射时，反射角不等于入射角。(×)(4)一束光从空气进入水中时，流传方向必然发生变化。(×)(5)折射率大的介质，密度不用然大。(√)(6)光的反射现象中，光路是可逆的，光的折射现象中，光路不是可逆的。(×)2．合作研究——议一议如图甲、乙所示是一狭小光束射到玻璃面上时发生折射和反射的情况，联合情况讨论以下问题。(1)反射光芒、折射光芒、入射光芒和法线的地点关系怎样？提示：反射光芒、折射光芒、入射光芒和法线在同一平面内，反射光芒、折射光芒和入射光芒分居法线双侧。(2)在光的反射和折射中假如逆着反射光芒或折射光芒的方向射入，出射光芒会沿什么方向？提示：出射光芒会沿原入射光芒的方向射出，因为在光的反射和折射中光路是可逆的。折射定律的理解和应用1．光的方向光从一种介质进入另一种介质时，流传方向一般要发生变化(斜射)，其实不是必然变化，当光垂直界面入射时，流传方向就不发生变化。2．光的流传速度光从一种介质进入另一种介质时，流传速度必然发生变化，当光垂直界面入射时，光的流传方向固然不变，但也属于折射，光流传的速度发生变化。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时，折射角与入射角的大小关系不要混作一谈，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。[典例][多项选择]以以下图，一玻璃柱体的横截面为半圆形。细的单色光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和折射光束2。已知玻璃折射率为eq\r(3)，入射角为45°(相应的折射角为24°)。现保持入射光不变，将半圆柱绕O点在图示平面内顺时针转过15°，如图中虚线所示，则()A．光束1转过15°B．光束1转过30°C．光束2转过的角度小于15°D．光束2转过的角度大于15°[分析]转动前，光束1(反射光)与入射光芒间的夹角为A＝45°×2＝90°，光束2(折射光)与入射光芒间的夹角为B＝45°＋90°＋(90°－24°)＝201°。转动后，反射光芒与入射光芒的夹角A′＝60°×2＝120°，据折射定律，eq\f(sin60°,sinγ)＝eq\r(3)，得γ＝30°，则折射光与入射光间的夹角为B′＝60°＋90°＋(90°－30°)＝210°。因为ΔA＝A′－A＝30°，ΔB＝B′－B＝9°，故B、C项正确。[答案]BC解决光的折射问题的思路(1)依据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确立光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角确实定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。1．[多项选择]以以下图，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光芒射向界面后发生反射和折射的光芒，以下说法正确的选项是()A．bO不能够能是入射光芒B．aO可能是入射光芒C．cO可能是入射光芒D．Ob可能是反射光芒分析：选ABD因为入射角等于反射角，入射光芒、反射光芒对于法线对称，所以aO、Ob应是入射光芒或反射光芒，PQ是法线。又因为反射光芒、折射光芒都不与入射光芒位于法线同侧，所以aO是入射光芒，Ob是反射光芒，Oc是折射光芒。2．有一块资料平均、厚度必然的透明玻璃平板，一束单色光由空气中照耀到玻璃板上，第一次沿垂直于板面方向入射，第二次沿与板面成某一倾角方向入射，则()A．第一次入射光阴的方向未发生偏折，说明此光阴在玻璃中的流传速度与在空气中同样B．一、二两次光在玻璃中流传时经历的时间同样C．一、二两次光在玻璃中流传的速度不同样D．一、二两次光在玻璃中流传的速度同样分析：选D光在同种介质中流传速度同样，故A、C错，D对；两次光在玻璃中经过的行程不同样，则时间不同样，故B错。3.光芒以入射角θ1从空气射入折射率n＝eq\r(2)的透明介质表面，以以下图。(1)当入射角θ1＝45°时，求反射光芒与折射光芒间的夹角θ。(2)当入射角θ1为什么值时，反射光芒与折射光芒间的夹角θ＝90°。分析：设折射角为θ2，反射角为θ3，由光路图知θ＝180°－θ2－θ3①由反射定律知：θ3＝θ1＝45°②由折射定律知：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n③(1)当θ1＝45°时，由③得θ2＝30°代入①得θ＝105°。(2)当θ＝90°时，由①得θ2＝90°－θ3＝90°－θ1，代入③得tanθ1＝eq\r(2)，则θ1＝arctaneq\r(2)。答案：(1)105°(2)arctaneq\r(2)对折射率的理解1．对于正弦值当光由真空中射入某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是能够改变的，但正弦值之比是一个常数。2．对于常数n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同样介质拥有不同样的常数，说明常数反应着该介质的光学特色。3．光流传速度介质的折射率n跟光在此中的流传速度v相关，即n＝eq\f(c,v)，因为光在真空中的流传速率c大于光在任何介质中的流传速率v，所以任何介质的折射率n都大于1，所以，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．决定要素介质的折射率是反应介质的光学性质的物理量，它的大小只好由介质自己及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。1．[多项选择]因为覆盖着地球表面的大气，越凑近地表面越茂盛，折射率也越大，远处的星光经过大气层斜射向地面时要发生偏折，使我们看到的星星的地点，与实质地点间存在差距，这类效应叫作蒙气差。以下对于这类现象的说法正确的选项是()A．夜晚，我们看到南半天星星的地点，要比它实质的地点高一些B．夜晚，我们看到南半天星星的地点，要比它实质的地点低一些C．这类光现象中的“蒙气差”效应，越是凑近地平线就越显然D．这类光现象中的“蒙气差”效应，越是凑近地平线就越不显然分析：选AC因越凑近地表面大气的折射率也越大，南半天星星发出的光芒经大气折射后倾向地球(如图)，且越是凑近地平线偏折越显然。故A、C正确。2．一束光由空气射入某介质时，入射光芒与反射光芒间的夹角为90°，折射光芒与反射光芒间的夹角为105°，则该介质的折射率及光在该介质中的流传速度为()A.eq\r(2)，eq\r(2)cB.eq\r(3)，eq\f(\r(2)c,2)C.eq\r(3)，eq\r(3)cD.eq\r(2)，eq\f(\r(2)c,2)分析：选D由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45°，折射角为r＝180°－45°－105°＝30°，则折射率n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，所以光在该介质中的速度v＝eq\f(c,n)＝eq\f(c,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)c，故D选项正确。3.人造树脂是常用的眼镜镜片资料。以以下图，光芒射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的P点。已知光芒的入射角为30°，OA＝5cm，AB＝20cm，BP＝12cm，求该人造树脂资料的折射率n。分析：设折射角为γ，由折射定律知：eq\f(sin30°,sinγ)＝n由几何关系知：sinγ＝eq\f(BP－OA,OP)且OP＝eq\r(BP－OA2＋AB2)代入数据得n＝eq\f(\r(449),14)≈1.5。答案：1.5视深的判断与计算[典例]一少儿站在宽6m的河畔，在他正对面的岸边有一距离河面高度为3m的树，树的正下方河底有一块石头，少儿向河面看去，同时看到树顶和石头二者的像且重合。若少儿的眼睛离河面高为1.5m，以以下图，河水的折射率为eq\f(4,3)，试预计河水深度。[分析]光路以以下图，得n＝eq\f(sinα,sinβ)，由几何关系得1.5tanα＋3tanα＝6，解得tanα＝eq\f(4,3)，sinα＝eq\f(4,5)，P点至树所在岸边的距离为3tanα＝4m，sinβ＝eq\f(4,\r(42＋h2))，由以上几式解得h＝5.3m。[答案]5.3m视深度公式及应用技巧(1)视深是人眼看破明物质内部某物体时像点离界面的距离。一般都是沿着界面的法线方向去察看，在计算时，因为入射角很小，折射角也很小，故有eq\f(sinθ1,sinθ2)≈eq\f(tanθ1,tanθ2)≈eq\f(θ1,θ2)。(2)当沿竖直方向看水中的物体时，“视深”是实质深度的eq\f(1,n)，n是水的折射率。假如从折射率为n的介质中察看正上方距液面高为H的物体，察看到的高度h＝nH(h为视高)。1．[多项选择]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协力相等，使小球匀速着落，若从水面到池底深h＝1.5m，小球3s抵达水底，那么，在着落处正上方察看时()A．小球的位移等于1.5mB．小球的位移小于1.5mC．小球的运动速度小于0.5m/sD．小球的运动速度仍等于0.5m/s分析：选BC由光的折射可知，在小球着落的过程中，在正上方察看时，小球着落的位移x＝eq\f(h,n)<1.5m，所以看到小球着落的速度v＝eq\f(x,t)<0.5m/s，故B、C正确。2．有人在游泳池边“竖直”向下察看池水的深度，池水的视深为h，已知水的折射率为eq\f(4,3)，那么池水的实质深度为多少？分析：由池底某点P发出的光芒，在水中和空气中的光路以以下图。因为察看者在池边“竖直”向下观看，所以光芒在水面处的入射角θ1和折射角θ2都很小，依据数学知识可知sinθ1≈tanθ1＝eq\f(a,H)①sinθ2≈tanθ2＝eq\f(a,h)②依据折射定律有n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)③将①②两式代入③式得n＝eq\f(H,h)解得池水实质深度为H＝nh＝eq\f(4,3)h。答案：eq\f(4,3)h1．一束光芒从空气射向折射率为1.5的玻璃内，入射角为45°，则以以下图的四个光路图中正确的选项是()分析：选C光在两介质的界面上平常同时发生反射和折射，所以A错误；由反射定律知反射角为45°，依据折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)得θ1>θ2，故B错误；画光芒时必然带箭头，D不是光路图，D错误。2．光射到两种不同样介质的分界面，分析此后的流传情况可知()A．折射现象的出现说明光的流传需要介质B．发生折射现象光阴沿曲线流传C．折射光与入射光的流传方向老是不同样的D．发生折射是因为光在不同样介质中的流传速度不同样分析：选D光能够在真空中流传，即介质其实不是必要的，故A选项错误；发生折射现象光阴仍沿直线流传，但是一般情况下折射光芒与入射光芒方向不在同向来线上，故B选项错误；当光垂直射到两种不同样介质的分界面时，折射光芒与入射光芒的流传方向是同样的，故C选项错误；当光射到两种不同样介质的分界面时会发生折射现象，这是因为不同样介质对光的(绝对)折射率n＝eq\f(c,v)不同样，即光在不同样介质中的流传速度不同样，故D选项正确。3．光从某种玻璃中射向空气，入射角i从零开始增大到某一值的过程中，折射角γ也随之增大，则以下说法正确的选项是()A．比值i/γ不变B．比值sini/sinγ是一个大于1的常数C．比值sini/sinγ渐渐增大D．比值sini/sinγ是一个小于1的常数分析：选D光从玻璃射向空气时，玻璃的折射率n＝eq\f(sinγ,sini)>1，且不变，所以D正确。4.[多项选择]以以下图，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分红a、b两束单色光。则()A．玻璃砖对a光的折射率为eq\r(2)B．玻璃砖对a光的折射率为1.5C．b光的频次比a光的大D．b光在玻璃中的流传速度比a光的大分析：选AC由a光的偏折程度比b光的小，可知a光的频次、在玻璃中的折射率均较小，则a光在玻璃中的流传速度较大，故C正确，D错误；依据折射定律a光在玻璃中的折射率n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，故A正确，B错误。5.此刻高速公路上的标记牌都用“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，所以标记牌上的字特别醒目。这类“回归反光膜”是用球体反射元件制作的。以以下图，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°。已知光芒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芒平行。此玻璃的折射率为()A.eq\r(2)B．1.5C.eq\r(3)D．2分析：选C以以下图，为光芒在玻璃球内的光路图。A、C为折射点，B为反射点，作OD平行于入射光芒，故∠AOD＝∠COD＝60°，所以∠OAB＝30°，玻璃的折射率n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，故C正确。6.以以下图，一束激光从O点由空气射入厚度平均的介质，经下表面反射后，从上表面的A点射出。已知入射角为i，A与O相距l，介质