高中物理选修1步步高同步讲义第四章 1　光的折射

DISIZHANG第四章1光的折射

学习目标1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题(重点)。2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系，会进行相关计算(重难点)。

内容索引一、光的折射现象和折射定律二、折射率课时对点练一光的折射现象和折射定律如图所示为探究光从空气斜射入某种透明介质发生折射的实验装置，得到的实验数据如下表，请分析表格中的数据并思考以下问题：入射角θ1(°)折射角θ2(°)106.71.491.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.516035.11.711.517038.61.811.518040.61.971.51(1)随着入射角的增大，折射角怎样变化？光线的偏折程度怎样变化？答案折射角增大光线的偏折程度变大(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)?答案入射角的正弦和折射角的正弦之比保持不变1.光的反射(1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的

时，一部分光

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

的两侧；反射角

入射角。分界面同一平面知识梳理返回法线等于2.光的折射(1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的

时，一部分光进入第2种介质的现象。(2)折射定律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)。光的折射定律的三个关键词：“同平面”“线两旁”“成正比”。(3)在光的折射现象中，光路是

的。分界面同一平面法线的两侧入射角的正弦折射角的正弦可逆1.光从一种介质进入另一种介质时，传播方向是否一定发生变化？答案不一定。当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向改变。垂直界面入射时，传播方向不变。思考与讨论2.发生光的折射时(倾斜入射)，折射角一定小于入射角吗？答案不一定。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。3.当光发生折射时，折射角增大为原来的2倍，入射角也增加为原来的2倍，这种说法对吗？为什么？答案不对。由折射定律可知，当介质一定时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，而并非两角成正比。(1)当光发生折射时，折射角总是小于入射角。(

)(2)折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍。(

)××(2023·广州中学检测)光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气中，O点是半圆形玻璃砖的圆心。下列四幅光路图中，可能正确的是例1√当光线从空气沿半径方向由圆弧面射入半圆形玻璃砖时，传播方向不发生改变，由玻璃砖射入空气时，折射角应大于入射角，反射角和入射角相等，反射光线沿半径方向射出，故A错误，B正确；光线从空气由平直的边斜射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，故C错误；光线从空气垂直平直的边射入半圆形玻璃砖时，传播方向不发生改变，故D错误。

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)画出光路图；例2光路图如图所示，其中AO为入射光线，OB为折射光线，OC为反射光线。答案见解析图(2)当入射角变为45°时，折射角的正弦值为多大？解决光的折射问题的基本思路：(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角。总结提升二折射率当同一束单色光从空气斜射入某种介质时，无论入射角如何改变，入射角的正弦值和折射角的正弦值的比值总保持不变。但是，如图所示，当该束光由空气以同一入射角斜射入不同的介质时，折射角却不同，入射角的正弦值和折射角的正弦值的比值也发生了变化，这说明什么？答案这说明在光的折射现象中，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值与入射角和折射角的大小无关，与介质的种类有关。1.定义光从真空射入某种介质发生折射时，

与

之比，叫作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＝___。入射角的正弦折射角的正弦知识梳理真空光从真空垂直界面射入某种介质中，光线不偏折，是否能说明在这种情况下，这种介质中的光速与真空中光速相同？属于折射吗？思考与讨论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。深化总结2.折射率与光速的关系(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，光在真空中的传播速度c最大，在其他介质中的传播速度都小于c。(1)介质的折射率越大，光在这种介质中传播速度越慢。(

)(2)由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。(

)(3)由于光从空气垂直进入水中时传播方向不变，故水的折射率为0。(

)√××

如果光以同一入射角从真空斜射入不同介质，则折射率越大的介质A.折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越大B.折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越小C.折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越大D.折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越小例3√例4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，例5

如图，一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距

。求油的折射率和光在油中传播的速度。答案1.58

1.9×108m/s因为底面直径与桶高相等，所以∠AON＝∠BON′＝45°由ON′＝2CN′可知因此，油的折射率应用反射定律和折射定律解题的步骤1.根据题意规范画出光路图。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、折射定律及几何知识列方程求解，必要时可利用光路可逆原理辅助解题。总结提升三课时对点练考点一光的折射现象1.如图所示的四种现象，属于光的折射现象的是123456789101112基础对点练√屏幕上呈现手的影子是光沿直线传播形成的，故A错误；山在水中形成“倒影”，是由光发生反射形成的，故B错误；光从水中射向空气时，在水面发生折射，使光的传播方向发生偏折，故C正确；太阳光在树荫下形成的光斑是由太阳光透过缝隙而形成的太阳的像，是小孔成像现象，这是光沿直线传播形成的，故D错误。1234567891011122.如图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，下列判断正确的是A.AO为入射光线，OB为反射光线，OC为折射光线B.BO为入射光线，OC为反射光线，OA为折射光线C.CO为入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线D.条件不足，无法确定√123456789101112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，故选C。1234567891011123.(多选)如图所示，把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B放在报纸上，且让半球的凸面向上。从B正上方(对B来说是最高点)分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是A.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.看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高√123456789101112√123456789101112如图所示：当人眼通过半球体观察的时候，B中心处报纸上的文字反射的光线沿球面法线方向射出，所以不发生折射，通过半球体观察物、像重合，则看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高；通过立方体观察时，由于光线发生了折射，折射角大于入射角，所以看到的像比物高，即看到A中的字比B中的字高，故A、D正确。4.如图是两个并排而且深度相同的足够大的水池，一个装水，另一个未装水，在两池的中央各竖立着一只长度相同而且比池深略高的标杆。当阳光斜照时就会在池底形成杆的影子，下列说法正确的是A.装水的池中标杆影子较长B.未装水的池中标杆影子较长C.两池中标杆影子长度相同D.装水的池中标杆没有影子123456789101112√123456789101112未装水时，光沿直线传播从杆顶照射到池底的P点，如图甲。而装水时，光沿直线传播从杆顶照射到水面时发生折射，由于折射角较小，故照射到池底的Q点，如图乙，可知未装水的池中标杆影子较长，故B正确。考点二折射定律和折射率5.(多选)(2022·西宁市期末)关于介质的折射率，下列说法正确的是A.由折射率公式n＝

可知，介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比B.由折射率公式n＝

可知，介质的折射率与光在介质中的传播速度v成

反比C.折射率由介质本身及光的性质共同决定D.玻璃的折射率大于1，水的折射率小于1123456789101112√√123456789101112折射率由介质本身及光的性质共同决定，C正确；任何介质的折射率都大于1，D错误。1234567891011126.(多选)一束光从某种介质射入空气中时，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，光路如图所示，则下列说法正确的是C.光在介质中的速度比在空气中小D.当入射角增大时，折射角也增大，但折射率不变√√√1234567891011121234567891011127.(2023·枣庄八中东校区高二月考)现在高速公路上的标志牌都用“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作的。如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°。已知光线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线平行。此玻璃的折射率为√123456789101112如图所示为光线在玻璃球内的光路图；A、C为折射点，B为反射点，OD平行于入射光线，故∠AOD＝∠COD＝60°，8.如图所示，一透明介质制成的直角三棱镜，顶角∠A＝30°，一束光由真空垂直射向AC面，经AB面射出后的光线偏离原来方向15°。已知光在真空中的传播速度为c。求：(1)该介质对光的折射率；123456789101112光路图如图所示，由几何关系可得，光在AB面上的折射角为45°，根据折射定律123456789101112(2)光在该介质中的传播速度。1234567891011129.(多选)如图所示，实验室中有一块半圆形玻璃砖，玻璃砖半径为R，圆心为O，MO与直径EF垂直。现有一光源S，同时发出两条光线a、b，光线a射向M点，与OM夹角为α＝60°；光线b射向圆心O，与OM夹角为θ＝30°，已知a、b光线第一次进入玻璃砖后的折射光线平行。则下列判断正确的是123456789101112能力综合练√√12345678910111210.(2022·聊城市期末)两束相同频率的平行光线A1、A2，由真空射向某种介质，入射角为60°，C1和C2为入射点。已知在真空中两光线A1、A2之间的距离为10cm，在介质中两折射光线B1、B2之间的距离为10cm。则这种介质的折射率是123456789101112√123456789101112光路图如图所示，光线A1的入射角∠1＝60°，由几何关系可知∠2＝∠1＝60°故两入射点的间距在△C1C2D2中有可得∠3＝30°，由几何关系可知∠4＝∠3＝30°123456789101112(1)光线射到球体表面的折射角；答案30°

123456789101112设入射光线与球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B。由几何关系知∠COB＝α，123456789101112设光线在C点的折射角为β，由折射定律得则β＝30°③123456789101112(2)光线在球体竖直表面的出射角。答案60°由几何知识知，光线在球体的竖直表面上的入射角r＝30°④解得θ＝60°。12.(2019·全国卷Ⅰ)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m。距水面4m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹