20172018学年同步备课套餐物理教科版选修34讲义第四章1

光的折射定律[学习目标]1.掌握光的反射及反射定律.2.掌握光的折射及折射定律.3.掌握介质的折射率的看法，认识介质的折射率与光速的关系.4.会依照光的反射定律和折射定律作出光路图．一、光的反射定律和折射定律[导学研究]如图1所示，一块半圆形的玻璃砖放在带有角度刻度的圆盘上，使玻璃砖的圆心正好与圆盘刻度的圆心重合，将激光笔对准圆心照耀，会观察到激光笔发出的一束光照耀到玻璃砖表面后被分成了两束光．请在图上标出法线、入射角、反射角和折射角．改变入射光辉与法线的夹角，观察到三条光辉与法线的夹角有什么关系？图1答案以以下图，入射光辉和反射光辉与法线的夹角相等，折射光辉与法线的夹角小于入射光辉与法线的夹角．[知识梳理]1．光的反射(1)反射现象：当光射到两种介质的分界面时，一部分光仍回到本来的介质里连续流传的现象．(2)反射定律：反射光辉与入射光辉、法线处在同一平面内，反射光辉与入射光辉分别位于法线的双侧；反射角等于入射角．(3)在光的反射现象中，光路是可逆的．2．光的折射(1)光的折射现象当光射到两种介质的分界面时，另一部分光进入第二种介质连续流传的现象．(2)折射定律(如图2所示)图2入射光辉、折射光辉和法线在同一平面内，入射光辉与折射光辉分居法线双侧；入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数，即

sini＝n.sinr(3)在光的折射现象中，光路可逆．[即学即用

]

判断以下说法的正误．(1)光从一种介质进入另一种介质时，流传方向必定发生变化．(×)(2)在光的反射和折射现象中光路是可逆的．(√)(3)光从空气射入水中时，入射角发生变化，折射角和反射角都发生变化．(√)(4)光由一种介质进入另一种介质时，增大入射角，折射角必定增大，入射角与折射角成正比．(×)二、介质的折射率[导学研究]如表所示是在研究光由真空射入某种透明介质发生折射的规律时获得的实验数据．请在表格基础上思虑以下问题：入射角i(°)折射角r(°)i/rsini/sinr106.71.501.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.711.517038.61.811.508040.61.971.51(1)跟着入射角的增大，折射角如何变化？(2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量？答案(1)折射角增大．(2)入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变．[知识梳理

]1．折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角

i的正弦值与折射角

r的正弦值之比，叫做这类介质的绝对折射率，简称折射率．即

n＝sini.sinr(2)折射率与光速的关系：某种介质的折射率

n，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

cn＝v.2．对折射率n的理解(1)因为c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.(2)折射率n是反响介质光学性质的物理量，它的大小由介质自己和入射光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小没关．(3)i为真空中的光辉与法线的夹角，不必定为入射角；而r为介质中的光辉与法线的夹角，不必定为折射角．(4)介质的折射率与介质的密度没有必然联系．[即学即用]判断以下说法的正误．(1)光由空气射入某介质时折射角大于入射角．(×)(2)光在水中的流传速度比在真空中的流传速度小．(√)(3)介质的折射率越大，光在这类介质中流传速度越快．(×)sini得出，介质的折射率与入射角i的正弦值成正比，与折射角r(4)由折射率的定义式n＝sinr的正弦值成反比．(×)(5)任何介质的折射率都大于1.(√)一、对折射率的理解1．折射率是一个反响介质光学性质的物理量，其大小由介质自己及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小没关．sini计算介质折射率时，注意i为真空中的光辉与法线夹角，不必定为入射角；r2．应用n＝sinr为介质中光辉与法线的夹角，也不必定为折射角．例1(多项选择)关于折射率，以下说法正确的选项是()A．依据sinsinri＝n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B．依据sini＝n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比sinrC．依据n＝vc可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比D．同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比答案CD分析介质的折射率是一个反响介质光学性质的物理量，由介质自己和入射光的频率共同决定，与入射角、折射角没关，应选项A、B均错；因为真空中的光速是个定值，故n与v成反比是正确的，选项C正确；因为v＝λf，当f一准时，v与λ成正比，又n与v成反比，故n与λ也成反比，选项D正确．折射率n反响了介质的光学性质，它的大小只由介质自己和入射光的频率决定，与入射角和折射角的大小没关，切不行以为n与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比．例2(多项选择)两束不一样频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图3所示的折射现象(α>β)．以下结论中正确的选项是()图3A．在水中的流传速度，光束a比光束b大B．在水中的流传速度，光束a比光束b小C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小D．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大答案AC分析由公式n＝sininab，C正确，D错误；由cb知vab，A正<nsinr<nn>v确，B错误．二、反射定律和折射定律的应用利用反射定律和折射定律解题时，第一以光辉为工具画出光路图，而后由折射定律、反射定律及几何规律列方程求解相关问题．例3如图4所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生了反射和折射现象的光路图，列判断中正确的选项是()

下图

4A．AO是入射光辉，OBB．BO是入射光辉，OCC．CO是入射光辉，OB

为反射光辉，为反射光辉，为反射光辉，

OCOAOA

为折射光辉为折射光辉为折射光辉D．条件不足，没法确立答案分析

C法线与界面垂直，依据反射角等于入射角，反射光辉、折射光辉和入射光辉都位于法线双侧．可知CO为入射光辉，OB为反射光辉，OA为折射光辉．例4如图5所示，△ABC为直角三角形三棱镜的横截面，∠ABC＝30°.有一细光束MN射到AC面上，且MN与AC的夹角也为30°，该光束从N点进入棱镜后再经BC面反射，最后从AB面上的O点射出，其出射光辉OP与BC面平行．图5(1)作出棱镜内部的光路图(不用写出作图过程)；(2)求出此棱镜的折射率．答案(1)见分析图(2)3分析(1)光路图以以下图：(2)依据折射定律n＝sinθ1sinθ4，n＝.sinθ2sinθ3因为θ＝θ＝60°，所以θ＝θ1432.又由几何关系知2θ＝60°，3所以θ＝30°.3sinθ4sin60°n＝＝＝3.3°sinθsin301．(多项选择)一束光从介质1进入介质2，方向如图6所示，以下关于1、2两种介质的光学属性的判断正确的选项是()图6A．介质1的折射率小B．介质1的折射率大C．光在介质1中的流传速度大D．光在介质2中的流传速度大答案BD2．一束光辉从空气射入折射率为2的介质中，入射角为45°，在界面上入射光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光辉和折射光辉的夹角是()A．75°B．90°C．105°D．120°答案C分析以以下图，依据折射定律sinisinisin45°1sinr＝n，则sinr＝n＝2＝2，r＝30°，反射光辉与折射光辉的夹角θ＝180°－45°－30°＝105°，C选项正确．3．两束平行的细激光束垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，一束光沿直线穿过玻璃，它的入射点是O，另一束光的入射点为

如图7所示．已知此中A，穿过玻璃后两条光辉交于P点．已知玻璃半圆截面的半径为R，OA＝R，OP＝3R.求玻璃资料的折射率．2图7答案3分析画出光路图以以下图．此中一束光沿直线穿过玻璃，可知O点为圆心．另一束光从A点沿直线进入玻璃，在半圆面上的入射点为B，设入射角为θ，折射角为θ，由几何关系可得：sinθ＝OA＝1，解得：θ121OB21＝30°.由题意知：OP＝3R，由余弦定理知：BP＝R，折射角为：θ＝60°.由折射定律得玻璃的折射率为：23.4．光辉以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光辉与反射光辉恰好垂直．3.0×108m/s)(1)画出折射光路图；(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的流传速度；

n＝sinθ2＝sin60°sinθ1sin30°(真空中的光速c(3)当入射角变成45°时，折射角的正弦值为多大？(4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率能否变化？答案(1)见分析图(2)33×108m/s6(3)6(4)不变分析(1)光路图以以下图，此中AO为入射光辉，OB为折射光辉.sini又i＝60°，i＋r＝90°，得n＝3.(2)由题意，n＝sinr设玻璃中光速为v，由n＝c得v＝3×108m/s.v(3)当入射角为45°时，介质折射率不变sini′sin45°6sinr′＝n＝3＝6.(4)不变，因为折射率是由介质和入射光频率共同决定的物理量，与入射角的大小没关．一、选择题1．假如光以同一入射角从真空射入不一样介质，则折射率越大的介质()．折射角越大，表示这类介质对光辉的偏折程度越大．折射角越大，表示这类介质对光辉的偏折程度越小C．折射角越小，表示这类介质对光辉的偏折程度越大D．折射角越小，表示这类介质对光辉的偏折程度越小答案C分析由折射定律可知，在入射角相同的状况下，折射角越小，介质的折射率越大，介质对光辉的偏折程度越大．2．关于光的折射现象，以下说法中正确的选项是()．折射角必定小于入射角．折射率跟折射角的正弦值成反比C．折射角增大为本来的2倍，入射角也增大为本来的2倍D．折射率大的介质，光在此中的流传速度小答案D3．一束光辉从空气射向折射率为1.5的玻璃内，入射角为45°，下边光路图中正确的选项是()答案C分析光在两介质的界面上平时同时发生反射和折射，所以A错误；由反射定律知反射角为sinθ1得θ＞θ，故B错误；画光辉时一定带箭头，D不是光路图，D45°，依据折射定律n＝sinθ212错误．4．如图1所示是光辉以相同的入射角i从空气射入三种不一样介质时的折射状况，关于光在三种介质中的流传速度，以下说法正确的选项是()图1．光在甲介质中的速度最大．光在乙介质中的速度最大C．光在丙介质中的速度最大D．光在三种介质中的速度相同大答案A5．光辉由空气射向某介质，当入射角为i时，折射光辉与反射光辉正好垂直，那么这类介质的折射率和光在该介质中的速度分别为()A．n＝sini，v＝c·siniB．n＝tani，v＝c·tanicC．n＝tani，v＝tanicD．n＝cosi，v＝cosi答案C6．光在某种玻璃中的流传速度是3×108m/s，要使光由玻璃射入空气时折射光辉与反射光线成90°夹角，则入射角应是()A．30°B．60°C．45°D．90°答案A分析依题意作出光路图以以下图．8折射角：θ＝290°－θ，玻璃的折射率：1n＝c＝3×10＝3.由折射定律知：nsinθ＝1sinθ，2v3×108又sinθ2＝sin(90－°θ11，即tanθ1＝1＝3，得θ1＝30°.故正确选项为A.)＝cosθn37．如图2所示，井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，两井底部中央各有一只青蛙，则()图2．水井中的青蛙感觉井口大些，晴日的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星．枯井中的青蛙感觉井口大些，晴日的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星C．水井中的青蛙感觉井口小些，晴日的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星D．两只青蛙感觉井口相同大，晴日的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星答案B分析两井底部中央的青蛙观察井口时，经井边沿的光辉因为水的折射，使进入青蛙眼睛的折射光辉间的夹角α比无水时进入青蛙眼睛的两光辉间的夹角β小，故有水时，感觉井口变小了，以以下图．由光的折射作图可知，水井中两入射光辉间的夹角γ大于β，即水井中的青蛙观察范围大些．8.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，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成的，反光膜内平均分布着一层直径为10μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为3，为使入射的车灯光辉经玻璃珠折射——反射——折射后恰好和入射光辉平行，如图3所示，那么第一次入射的入射角应是()图3A．15°B．30°C．45°D．60°答案D分析作光路图以以下图，设入射角为θ，折射角为α，则θ＝2α，n＝sinθ2sinαcosαn3＝sinα，cosα＝＝，α＝30°，所以sinα22θ＝60°，应选项D正确．9.如图4所示，玻璃三棱镜ABC的顶角A为30°，一束光辉垂直于AB面射入棱镜，从AC面射出进入空气，测得出射光辉与入射光辉的夹角为30°，则棱镜的折射率为()图412A.2B.23C.3D.3答案C分析以以下图，∠A＝30°，则入射角∠MON＝30°sin∠EOG由题意知折射角∠EOG＝60°，故折射率n＝sin∠MON＝3二、非选择题10.如图5所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为

d，当桶内无油时，从某点

A恰能看到桶底边沿上的某点

B，当桶内油的深度等于桶高的一半时，在

A点沿

AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距1d.由此可得油的折射率n＝________；光在油中流传的速度v＝________4m/s.(结果可用根式表示)图5107答案610×10分析作出光路图以以下图．2由题意知，sinα＝2，d4＝1＝5，sinβ＝d2d2552＋4故油的折射率n＝sinα10，sin＝2β光在油中流传的速度v＝c＝610×107m/s.n11.如图6所示，一束平行光以＝30°的入射角从玻璃射向空气中，折射角为θ＝45°.求：θ12图6(1)玻璃的折射率．(2)光在玻璃中的流传速度．答案见分析分析(1)若光从玻璃射向空气中时，入射角为30°，折射角为45°，则光从空气射向玻璃时，入射角为45°，依据光路的可逆性知，折射角必定为30°，由折射定律得：玻璃的折射率n＝sinθ21＝2.sinθ(2)由折射率与光速的关系c得，光在玻璃中的流传速度v＝c＝3×108m/s≈2.12×108m/s.n＝vn212.如图7所示，半圆形玻璃砖的半径R＝10cm，折射率为n＝3，直径AB与屏幕MN垂直并接触于A点．激光束a以入射角θ＝130°射向半圆形玻璃砖的圆心O，结果在屏幕MN上出现两个光斑．求两个光斑之间的距离L.图7答案4033cm分析画出光路图以以下图，设折射角为θ2，依据折射定律，有n