物理教科版选修3-4课件第四章1

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概念，了解介质的折射率与光速的关系.4.会依据光的反射定律和折射定律作出光路图.内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究一、光的反射定律和折射定律如图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射，会观察到激光笔发出的一束光照射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．改变入射光线与法线的夹角，观察到三条光线与法线的夹角有什么关系？导学探究图1答案答案

如图所示，入射光线和反射光线与法线的夹角相等，折射光线与法线的夹角小于入射光线与法线的夹角.1.光的反射(1)反射现象：当光射到两种介质的

时，一部分光仍回到

的介质里继续传播的现象.(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

.知识梳理分界面原来法线的两侧同一平面等于可逆的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继续传播的现象.(2)折射定律(如图2)所示入射光线、折射光线和法线在

内，入射光线与折射光线分居

；

与

之比为一常数，即

.(3)在光的折射现象中，光路

.同一平面法线两侧入射角的正弦值折射角的正弦值图2可逆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)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，折射角一定增大，入射角与折射角成正比.()即学即用××√√二、介质的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(°)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答案

折射角增大.答案答案

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？答案知识梳理1.折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，

与

之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率.即

.(2)折射率与光速的关系：某种介质的折射率n，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

.入射角i的正弦值折射角r的正弦值真空2.对折射率n的理解(1)由于c＞v，故任何介质的折射率n都

(填“大于”“小于”或“等于”)1.(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由_______________

共同决定，与入射角、折射角的大小

.(3)i为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而r为介质中的光线与法线的夹角，不一定为折射角.(4)介质的折射率与介质的密度没有必然联系.大于无关光的频率介质本身和入射判断下列说法的正误.(1)光由空气射入某介质时折射角大于入射角.()(2)光在水中的传播速度比在真空中的传播速度小.()(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

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的正弦值成反比.()(5)任何介质的折射率都大于1.()即学即用××√√×题型探究一、对折射率的理解1.折射率是一个反映介质光学性质的物理量，其大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关.2.应用

计算介质折射率时，注意i为真空中的光线与法线夹角，不一定为入射角；r为介质中光线与法线的夹角，也不一定为折射角.例1

(多选)关于折射率，下列说法正确的是A.根据

可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B.根据

可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C.根据

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√解析答案√解析介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和入射光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错；由于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；由于v＝λf，当f一定时，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反映了介质的光学性质，它的大小只由介质本身和入射光的频率决定，与入射角和折射角的大小无关，切不可认为n与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比.总结提升例2

(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3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3√解析答案√解析

由公式

，可得折射率na<nb，C正确，D错误；由

，na<nb知va>vb，A正确，B错误.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，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，首先以光线为工具画出光路图，然后由折射定律、反射定律及几何规律列方程求解相关问题.解析答案√图4解析法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，反射光线、折射光线和入射光线都位于法线两侧.可知CO为入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线.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，最终从AB面上的O点射出，其出射光线OP与BC面平行.(1)作出棱镜内部的光路图(不必写出作图过程)；图5答案

见解析图解析答案解析光路图如图所示：(2)求出此棱镜的折射率.答案

解析答案解析根据折射定律

，

.因为θ1＝θ4＝60°，所以θ3＝θ2.又由几何关系知2θ3＝60°，所以θ3＝30°.

.达标检测1.(多选)一束光从介质1进入介质2，方向如图6所示，下列对于1、2两种介质的光学属性的判断正确的是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中的传播速度大答案√1234图6√2.一束光线从空气射入折射率为

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，则反射光线和折射光线的夹角是A.75°B.90°

C.105°D.120°答案√1234解析如图所示，根据折射定律

，则

，r＝30°，反射光线与折射光线的夹角θ＝180°－45°－30°＝105°，C选项正确.解析答案解析12343.两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7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7答案

1234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，在半圆面上的入射点为B，设入射角为θ1，折射角为θ2，由几何关系可得：

，解得：θ1＝30°.由题意知：

，由余弦定理知：BP＝R，折射角为：θ2＝60°.由折射定律得玻璃的折射率为：

.4.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；1234答案解析答案

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.1234答案解析(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度；答案

解析由题意，

又i＝60°，i＋r＝90°，得