2024版高中同步新教材選擇性必修第一冊(cè)人教版物理 第四章 光 第1節(jié) 光的折射

1.光的反射和折射:一般來說,光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時(shí),一部分光

會(huì)返回到第1種介質(zhì),這個(gè)現(xiàn)象叫作光的反射;另一部分光會(huì)進(jìn)入第2種介質(zhì),這個(gè)現(xiàn)象叫作

光的折射。2.折射定律:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法

線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比,即

=n12。3.光路的可逆性:在光的反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象中,光路都是可逆的。1光的折射必備知識(shí)清單破1|折射定律知識(shí)點(diǎn)1.定義:光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí),入射角的正弦與折射角的正弦之比,叫作這種介

質(zhì)的絕對(duì)折射率,簡(jiǎn)稱折射率,用符號(hào)n表示。注意

如果光從某種介質(zhì)射入真空發(fā)生折射,該介質(zhì)的折射率是真空中光線和法線夾角的

正弦與介質(zhì)中光線和法線夾角的正弦之比。2.折射率與光速的關(guān)系光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同,某種介質(zhì)的折射率,等于光在真空中的傳播速度c與

光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比,即n=

。2|折射率知識(shí)點(diǎn)1.實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路,找出跟入射光線相對(duì)應(yīng)的出射光線,就能畫出折射光線,用量角器測(cè)入

射角θ1和折射角θ2,根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n=

。2.實(shí)驗(yàn)器材兩面平行的玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿?、圖釘四枚、量角器、三角板(或直尺)、

鉛筆。3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)將白紙用圖釘釘在木板上。(2)如圖所示,在白紙上畫出一條直線aa',過aa'上的一點(diǎn)O畫一條線段AO作為入射光線。3|測(cè)量玻璃的折射率知識(shí)點(diǎn)(3)把兩面平行的玻璃磚放在白紙上,使它的一條邊跟aa'對(duì)齊,畫出玻璃磚的另一條邊bb'。(4)在AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線方向直

到P2的像擋住P1的像。再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4

擋住P3及P1、P2的像,記下P3、P4的位置。(5)移去大頭針和玻璃磚,過P3、P4所在點(diǎn)作直線O'B與bb'交于O'點(diǎn),直線O'B就代表了沿AO

方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向。(6)連接O、O',在O點(diǎn)畫出法線NN',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用量角器測(cè)出入射角和折射角,從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值,把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。(7)用上述方法測(cè)出入射角分別為30°、45°、60°時(shí)的折射角,查出它們的正弦值,填入表格

中。(8)算出相應(yīng)的比值

,最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中

的平均值,即玻璃磚的折射率。1.一束光從空氣進(jìn)入水中時(shí),傳播方向一定發(fā)生變化嗎?2.將紅、黃、綠三種單色光分別射入同一種均勻介質(zhì)中,傳播速度相等嗎?3.在光的反射現(xiàn)象中,光路是可逆的,在光的折射現(xiàn)象中,光路也可逆嗎?4.在測(cè)玻璃的折射率時(shí),入射角越大越好嗎?知識(shí)辨析一語破的1.不一定。光垂直于水面從空氣進(jìn)入水中時(shí),傳播方向不發(fā)生變化。2.不相等。紅、黃、綠三種單色光頻率不同,同一介質(zhì)對(duì)它們的折射率不同,光的頻率越高,

介質(zhì)對(duì)光的折射率越大,由v=

可知,它們的傳播速度不同,紅光的傳播速度最大。3.是的。在光的反射和折射現(xiàn)象中,光路都是可逆的。4.不是。入射角在30°到60°之間較好。1.折射率與波長(zhǎng)的關(guān)系同一單色光在不同介質(zhì)中傳播,頻率不變,有n1=

=

,n2=

=

,所以

=

,即折射率越大,波長(zhǎng)越小。2.折射率的決定因素介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量,它的大小由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同

決定,不隨入射角、折射角的變化而變化。歸納總結(jié)

(1)折射率的定義式中θ1為真空(空氣)中的光線與法線的夾角,不一定是入射角;θ

2為介質(zhì)中的光線與法線的夾角,不一定是折射角。(2)介質(zhì)的折射率與介質(zhì)的密度沒有必然的聯(lián)系。密度大,折射率未必大,如水和酒精,水的1|折射問題的理解和應(yīng)用定點(diǎn)關(guān)鍵能力定點(diǎn)破密度較大,但水的折射率較小。3.“相對(duì)折射率”和“絕對(duì)折射率”光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時(shí),入射角θ1的正弦與折射角θ2的正弦之比叫作介質(zhì)2對(duì)介質(zhì)1的

相對(duì)折射率,通常用n12表示。若介質(zhì)1是真空,則介質(zhì)2相對(duì)真空的折射率叫作該介質(zhì)的絕對(duì)

折射率,通常用n表示。設(shè)介質(zhì)1的絕對(duì)折射率為n1,介質(zhì)2的絕對(duì)折射率為n2,則n12=

=

=

=

=

。如圖所示為一個(gè)透明球體的橫截面,其半徑為R,AB是一豎直直徑,現(xiàn)有一束橫截面半徑為

R【1】的圓柱形平行光沿AB方向射向球體(AB為光束的中心軸線),所有光線經(jīng)折射后恰好從B點(diǎn)射出【2】,則透明球體的折射率為

(

)A.

B.

C.2

D.

典例信息提取

根據(jù)題意可提取的信息如下:

思路點(diǎn)撥

(1)準(zhǔn)確作出光路圖并找到入射角和折射角;(2)根據(jù)幾何關(guān)系求解入射角和折射角;(3)由折射定律n=

求解折射率。解析

作出光路圖,由幾何關(guān)系可知,sinα=

=

(由【1】得到),解得α=60°。由圖可知,α=2β,得β=30°,則透明球體的折射率n=

=

=

(由【3】得到),故選A。答案

A人正對(duì)界面觀察介質(zhì)中的物體,看到的深度(視深)h跟實(shí)際深度H的關(guān)系:(1)如圖所示,一可視為質(zhì)點(diǎn)的物體S位于折射率為n的介質(zhì)中H深處,由于一般都是沿著界面

的法線方向去觀察,且瞳孔線度很小,因此i和r都很小,則sini≈tani=

,sinr≈tanr=

,由折射定律知n=

=

,所以視深h=

。2|視深問題定點(diǎn)(2)如果從折射率為n的介質(zhì)中,觀察上方空氣中距界面距離為H的物體,同理,可得h=nH(h為視高)。利用視深、視高公式,不僅可以簡(jiǎn)捷地測(cè)定介質(zhì)的折射率,也可以方便地分析和解決與視

深、視高有關(guān)的問題。1.數(shù)據(jù)處理方法一:利用量角器測(cè)出入射角和折射角,然后查三角函數(shù)表,找出入射角和折射角的正弦

值,再代入n=

中求玻璃的折射率。方法二:在找到入射光線和折射光線以后,以入射點(diǎn)O為圓心,以任意長(zhǎng)為半徑畫圓,與AO交

于C點(diǎn),與OO'(或OO'的延長(zhǎng)線)交于D點(diǎn),過C、D兩點(diǎn)分別作NN'的垂線,交NN'于C'、D'兩點(diǎn),

用直尺量出CC'和DD'的長(zhǎng),如圖甲所示。由于sinθ1=

,sinθ2=

而CO=DO,因此折射率n=

=

。3|測(cè)量玻璃的折射率定點(diǎn)多次改變?nèi)肷浣?重復(fù)以上步驟,然后求各次所得折射率的平均值,即玻璃折射率的測(cè)量值。方法三:根據(jù)折射定律可知n=

因此有sinθ2=

sinθ1多次改變?nèi)肷浣?測(cè)量入射角和相對(duì)應(yīng)的折射角,查得入射角及對(duì)應(yīng)的折射角的正弦值,以

sinθ1的值為橫坐標(biāo)、以sinθ2的值為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系,如圖乙所示,描數(shù)據(jù)點(diǎn),過數(shù)據(jù)

點(diǎn)連線,得到一條過原點(diǎn)的直線。求解圖線斜率,設(shè)斜率為k,則k=

,故玻璃的折射率n=

。2.注意事項(xiàng)(1)玻璃磚要厚,用手拿玻璃磚時(shí),只能接觸玻璃毛面或棱,嚴(yán)禁用玻璃磚當(dāng)尺子畫界面;(2)入射角在30°到60°之間較好;(3)大頭針要豎直插在白紙上,且玻璃磚每一側(cè)的兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)

適當(dāng)大一些,以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差;(4)玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn);(5)由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜?fù)實(shí)驗(yàn),所以入射光線與出射光線要一一對(duì)應(yīng)編號(hào),以免混

亂。3.誤差分析(1)確定入射光線、出射光線時(shí)造成誤差。減小誤差方法:入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針

間距離應(yīng)適當(dāng)大一些