人教版高中物理选修3-4课件第十三章光

第十三章光1光的反射和折射第十三章光1光的反射和折射1知识内容选考要求课时要求光的反射和折射c1.知道光在反射和折射时的光路可逆.2.掌握光的反射和折射定律.3.知道折射率的定义和表达式，以及折射率的决定因素.知识内容选考要求课时要求光的反射和折射c1.知道光在反射和折2NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双击强化落实NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习3自主预习自主预习一、反射定律和折射定律1.光的反射(1)反射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的

时，一部分光会

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

内，反射光线与入射光线分别位于

；反射角

入射角.(3)在光的反射现象中，光路是

的.分界面返回同一平面法线的两侧等于可逆一、反射定律和折射定律1.光的反射分界面返回同一平面法线的两2.光的折射(1)折射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的

时，一部分光会

第2种介质的现象.(2)折射定律(如图1所示)折射光线与入射光线、法线处在

内，折射光线与入射光线分别位于

；

与________

成正比，即

＝n12(式中n12是比例常数).(3)在光的折射现象中，光路是

的.图1分界面进入同一平面法线的两侧入射角的正弦折射角的正弦可逆2.光的折射图1分界面进入同一平面法线的两侧入射角的正弦折射二、折射率1.定义光从真空射入某种介质发生折射时，

与

之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率.即n＝

.2.折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在

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＝

.3.理解由于c＞v，故任何介质的折射率n都

(填“大于”“小于”或“等于”)1.入射角的正弦折射角的正弦真空大于二、折射率1.定义入射角的正弦折射角的正弦真空大于1.判断下列说法的正误.(1)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化.(

)(2)入射角增大为原来的2倍，折射角和反射角也都增大为原来的2倍.(

)(3)介质的折射率越大，光在这种介质中传播速度越快.(

)(4)由折射率的定义式n＝

得出，介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比.(

)即学即用××××1.判断下列说法的正误.即学即用××××2.一束光从真空进入某介质，方向如图2所示，则该介质的折射率为____，若光在真空中的传播速度为c，则光在该介质中的传播速度为______.图22.一束光从真空进入某介质，方向如图2所示，则该介质的折射率重点探究重点探究在岸上往平静的水面观察，我们既可以看见水中的鱼，又可以看见岸上树的倒影.(1)这两种现象产生的原因相同吗？一、反射定律和折射定律导学探究答案不相同.看见水中的鱼是光的折射现象，看见岸上树的倒影是光的反射现象.在岸上往平静的水面观察，我们既可以看见水中的鱼，又可以看见岸(2)有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉，这是为什么？答案从鱼上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得鱼变浅了，所以叉鱼时要对着所看到的鱼的下方叉.(2)有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所1.光的传播方向：当光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方向不变；斜射时，传播方向改变.2.光的传播速度：光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化.当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但光传播的速度发生变化.3.入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角.知识深化1.光的传播方向：当光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方4.反射定律和折射定律应用的步骤(1)根据题意画出光路图.(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、反射角、折射角均是光线与法线的夹角.(3)利用反射定律、折射定律及几何规律列方程求解.4.反射定律和折射定律应用的步骤例1光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直.(真空中的光速c＝3.0×108m/s)(1)画出折射光路图；答案见解析图解析光路图如图所示，其中AO为入射光线，OB为折射光线.例1光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度；

(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度； (3)当入射角变为45°时，折射角的正弦值为多大？(4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？答案不变解析不变化，因为折射率是由介质和入射光频率共同决定的物理量，与入射角的大小无关.(3)当入射角变为45°时，折射角的正弦值为多大？(4)当入例2如图3所示为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，BC为半径R＝12cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点.一束红光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑.已知该介质对红光的折射率为n＝

，求两个亮斑与A点间的距离分别为多少.答案见解析图3例2如图3所示为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三解析光路图如图所示，设折射光斑为P1，折射角为r，设反射光斑为P2，由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形，故AP2＝12cm.解析光路图如图所示，设折射光斑为P1，折射角为r，设反射光提示：入射角、折射角、反射角均以法线为标准确定，注意法线与界面的区别.提示：入射角、折射角、反射角均以法线为标准确定，注意法线与界二、折射率如表所示是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射的规律时得到的实验数据.请在表格基础上思考以下问题：(1)随着入射角的增大，折射角怎样变化？导学探究入射角i(°)折射角r(°)106.71.491.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.711.517038.61.811.508040.61.971.51答案折射角增大.二、折射率如表所示是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射的(2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量(误差允许范围内)?答案入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变.(2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量(误差允1.对折射率的理解(1)折射率n＝

，θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角.(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系.2.折射率与光速的关系：n＝(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1.(2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小.知识深化1.对折射率的理解知识深化例3一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时

A.速度相同，波长相同 B.速度不同，波长相同C.速度相同，频率相同 D.速度不同，频率相同解析同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；水的折射率大于空气的折射率，由公式v＝

可以判断，该单色光进入水中后传播速度减小，又v＝λf，该单色光进入水中后波长变短，故选项D正确.√例3一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时解例4如图4，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上.D位于AB边上，过D点作AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点作AB边的垂线交直线DF于E；DE＝2cm，EF＝1cm.求三棱镜的折射率.(不考虑光线在三棱镜中的反射)图4例4如图4，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·解析过D点作AB边的法线NN′，连接OD，则∠ODN＝α为O点发出的光线在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为β，如图所示.根据折射定律有n＝

①式中n为三棱镜的折射率由几何关系可知β＝60° ②∠EOF＝30° ③在△OEF中有EF＝OEsin∠EOF ④解析过D点作AB边的法线NN′，连接OD，则∠ODN＝α由③④式和题给条件得OE＝2cm ⑤根据题给条件可知，△OED为等腰三角形，有α＝30° ⑥由①②⑥式得由③④式和题给条件得[学科素养]例4这道高考题考查了折射定律、作图能力、光在三棱镜中的传播问题及相关的知识点.通过解题，学生回顾了折射定律，锻炼了作图能力，让物理概念和规律在头脑中得到提炼和升华，体现了“物理观念”“科学思维”等学科素养.[学科素养]例4这道高考题考查了折射定律、作图能力、光在三针对训练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，如图5所示.已知其中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A，穿过玻璃后两条光线交于P点.已知玻璃半圆截面的半径为R，

求玻璃材料的折射率.图5针对训练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解析画出光路图如图所示.其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，设在半圆面上的入射点为B，入射角为θ1，折射角为θ2，由几何关系可得：sinθ1＝

，解得：θ1＝30°.解析画出光路图如图所示.其中一束光沿直线穿过玻璃，可知O点达标检测达标检测1.(光的折射现象)(多选)(2017·苍南高二检测)根据图6中的漫画，判断下列说法中正确的是

A.人看到的是鱼的实像，位置变浅了些B.人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些C.鱼看到的是人的实像，位置偏低了些D.鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些√1234图6√1.(光的折射现象)(多选)(2017·苍南高二检测)根据图解析人看到的是鱼发出的光线经过水面折射后进入人眼，射入人眼的光线的反向延长线相交后形成的虚像，光线从水射向空气中时，折射角大于入射角，作出从鱼S1发出的两条光线，将折射光线反向延长，得到的交点为人所看到的鱼的虚像S1′，如图所示，可以看出虚像的位置变浅了，B正确，A错误；同理，鱼看到的是人发出的光线经过水面折射形成的虚像，根据光路可逆原理，鱼看到人的虚像的位置偏高了，D正确，C错误.1234解析人看到的是鱼发出的光线经过水面折射后进入人眼，射入人眼2.(折射率的理解)(多选)关于折射率，下列说法正确的是

234D.同一频率的光由真空进入不同介质中时，折射率与光在介质中的波长成反比√1√2.(折射率的理解)(多选)关于折射率，下列说法正确的是2解析介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错误；由于真空中的光速c是定值，故折射率n与传播速度v成反比，选项C正确；由于v＝λf，当频率f一定时，速度v与波长λ成正比，又折射率n与速度v成反比，故折射率n与波长λ也成反比，选项D正确.1234解析介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身3.(折射定律的应用)(多选)(2018·台州上学期期末)如图7所示，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和透射光束2.已知玻璃折射率为

，入射角为45°.现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过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°图7√1234√3.(折射定律的应用)(多选)(2018·台州上学期期末)如4.(折射率的计算)如图8所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于BC边入射，经棱镜折射后从AC边射出.已知∠A＝θ＝60°，光在真空中的传播速度为c.求：(1)该棱镜材料的折射率；1234图84.(折射率的计算)如图8所示为直角三棱镜的截面图，一条光线1234解析作出完整的光路如图所示.根据几何关系可知φ＝∠B＝30°，所以α＝60°.又因为α＝θ＝60°，所以β＝γ.又β＋γ＝60°，故β＝γ＝30°.1234解析作出完整的光路如图所示.又因为α＝θ＝60°，(2)光在棱镜中的传播速度.1234(2)光在棱镜中的传播速度.1234课时对点练课时对点练一、选择题考点一光的反射现象和折射现象1.(2018·海宁检测)假设地球表面不存在大气层，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

A.将提前B.将延后C.在某些地区将提前，在另一些地区将延后D.不变12345678910111213√一、选择题12345678910111213√解析如图所示，假设地球表面不存在大气层，则地球上M处的人只能等到太阳运动到S处才看见日出，而地球表面存在大气层时，太阳运动到S′处，阳光经大气层折射后射到M点，故M处的人在太阳运动到S′处就能看见日出，不存在大气层时观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比将延后，B正确.12345678910111213解析如图所示，假设地球表面不存在大气层，则地球上M处的人只2.如图1所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是

A.AO是入射光线，OB为反射光线，OC为折射光线B.BO是入射光线，OC为反射光线，OA为折射光线C.CO是入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线D.条件不足，无法确定解析法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，折射光线和入射光线位于法线两侧，可知CO为入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线.故C正确.√12345678910111213图12.如图1所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射3.如图2所示，井口大小和深度均相同的两口井，一口是枯井(图甲)，一口是水井(图乙，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则

A.水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜

晚，水井中的青蛙能看到更多的星星B.枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜

晚，水井中的青蛙能看到更多的星星C.水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜

晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星D.两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星图2√123456789101112133.如图2所示，井口大小和深度均相同的两口井，一口是枯井(图解析由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界光线如图所示.12345678910111213由图可看出α＞γ，所以枯井中的青蛙觉得井口大些；β＞α，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项B正确，A、C、D错误.解析由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界4.(多选)(2018·桐庐高二检测)如图3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

12345678910111213图3A.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D.A中的字比没有玻璃时的高，B中的字和没有玻璃时一样高√√4.(多选)(2018·桐庐高二检测)如图3所示，把由同种材解析如图所示，B中心处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中心处的字经折射，人看到的位置比真实位置要高，A、D正确.12345678910111213解析如图所示，B中心处的字反射的光线经半球体向外传播时，传考点二折射率及折射定律5.(多选)光从空气斜射进入介质中，比值

＝常数，这个常数

A.与介质有关B.与折射角的大小无关C.与入射角的大小无关D.与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比12345678910111213√√√解析介质的折射率与介质和入射光的频率有关，与入射角、折射角的大小均无关，选项A、B、C正确，D错误.考点二折射率及折射定律12345678910111213√6.(2018·嘉兴一中高二期中)如图4所示，一束光线通过一水平界面从某介质射入真空，已知入射光线与界面的夹角为60°，折射光线与界面的夹角为45°，则该介质的折射率为

12345678910111213图4√6.(2018·嘉兴一中高二期中)如图4所示，一束光线通过一7.(2018·嘉兴高级中学高二第二学期期中)如图5所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角a为30°.一束光线垂直于ab面射入棱镜，又从ac面射出.出射光线与入射光线之间的夹角为30°，则此棱镜材料的折射率是

12345678910111213图5√7.(2018·嘉兴高级中学高二第二学期期中)如图5所示，玻12345678910111213123456789101112138.(多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图6所示的折射现象(α>β).下列结论中正确的是A.在水中的传播速度，光束a比光束b大B.在水中的传播速度，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

√图6√123456789101112138.(多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发9.如图7所示，直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上，∠BAC＝β.从点光源S发出的细光束SO射到棱镜的另一侧面AC上，适当调整入射光SO的方向，当SO与AC成α角时，其折射光与镜面发生一次反射，从AC面射出后恰好与SO重合，则此棱镜的折射率为

图7√解析由题意可知，细光束SO经AC面折射后，折射光线垂直于BC，经平面镜反射后，从AC面射出来，则恰好与SO重合，故此棱镜的折射率n＝123456789101112139.如图7所示，直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上1234567891011121310.现代高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向反射，使标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成的，如图8所示，反光膜内均匀分布着直径为10μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为

，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射→再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角应是

A.15° B.30°C.45° D.60°图8√1234567891011121310.现代高速公路上的标志12345678910111213解析已知入射光线和出射光线平行，所以光在三个界面上改变了传播方向，光线在玻璃珠的内表面反射时具有对称性，由此可作出光路图如图所示.由几何关系可知i＝2r ①由①②可得i＝60°.12345678910111213解析已知入射光线和出射光二、非选择题11.如图9所示是一个透明圆柱体的横截面，其半径为R，折射率是

，AB是一条直径.今有一束光，平行AB方向射向圆柱体.若有一条入射光线经折射后恰好经过B点.(1)请用直尺画出该入射光线经折射后到B点的光路图；图9答案见解析图解析光路图如图所示.12345678910111213二、非选择题图9答案见解析图解析光路图如图所示.1234(2)求这条入射光线到AB的距离.12345678910111213由几何关系2β＝