物理教科版選修3-4學(xué)案第四章第1節(jié)光的折射定律Word版含答案

第1節(jié)光的折射定律1.認(rèn)識(shí)光的反射及折射現(xiàn)象，知道法線、入射角、反射角、折射角的含義．2.知道光的反射和折射現(xiàn)象，理解折射定律．(重點(diǎn))3.理解折射率的概念及與光速的關(guān)系，并能用來(lái)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．(重點(diǎn)＋難點(diǎn))一、光的反射和折射現(xiàn)象1．光的反射：當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光仍回到原來(lái)的介質(zhì)里繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．光的折射：光線從一種介質(zhì)照射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光進(jìn)入另一種介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．二、光的折射定律入射光線、折射光線和法線在同一平面內(nèi)，入射光線與折射光線分居法線兩側(cè)，入射角的正弦值與折射角的正弦值之比為一常數(shù)．三、介質(zhì)的折射率1．定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角i的正弦值與折射角r的正弦值的比值，叫做這種介質(zhì)的折射率，用符號(hào)n表示．2．定義式：n＝eq\f(sini,sinr)．3．折射率與光速的關(guān)系：光在不同介質(zhì)中的速度不同，且都小于光在真空中的傳播速度；某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的速度c與光在這種介質(zhì)中的速度v之比，即n＝c/v．天空中無(wú)數(shù)的星星是和太陽(yáng)一樣的發(fā)光天體．在晴朗的夜晚，我們看到的是一閃一閃的星星，這是為什么？提示：大氣的抖動(dòng)是時(shí)刻不停的，并與氣候密切相關(guān)，一般抖動(dòng)明顯的大氣由于折射形成一次閃爍的時(shí)間間隔是1～4秒，所以，我們觀望星空時(shí)，看到的星光是閃爍的．光的折射和折射定律1．光的折射現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象：當(dāng)光線入射到兩種介質(zhì)的分界面上時(shí)，一部分光被反射回原來(lái)的介質(zhì)，即反射光線OB.另一部分光進(jìn)入第二種介質(zhì)，并改變了傳播方向，即光線OC，這種現(xiàn)象叫做光的折射現(xiàn)象，光線OC稱為折射光線．折射光線與法線的夾角稱為折射角r.2．對(duì)折射定律內(nèi)容的理解(1)同面內(nèi)：折射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)．這句話大體上說(shuō)明了三線的空間位置：折射光線在入射光線與法線決定的平面內(nèi)，即三線共面．(2)線兩旁：折射光線與入射光線分居在法線兩側(cè)．這句話把折射光線的位置又作了進(jìn)一步的確定，使得折射光線的“自由度”越來(lái)越?。?i>0)(3)正比律：入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即eq\f(sini,sinr)＝n，折射角r隨入射角i的變化而變化，入射角i的正弦與折射角r的正弦之比是定值，當(dāng)入射光線的位置、方向確定下來(lái)時(shí)，折射光線的位置、方向就唯一確定了．所以，光的折射定律是光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)中時(shí)，在傳播過(guò)程中遵循的必然規(guī)律．3．光路的可逆性如果讓光線逆著原來(lái)的折射光線射到界面上，光線就會(huì)逆著原來(lái)的入射光線發(fā)生折射，定律中的公式就變?yōu)閑q\f(sini,sinr)＝eq\f(1,n)，式中i、r分別為此時(shí)的入射角和折射角．折射率的定義式中i為真空中光線與法線的夾角，不一定是入射角；r為介質(zhì)中的光線與法線的夾角，也不一定是折射角．命題視角1光的反射與折射現(xiàn)象一條光線以40°的入射角從真空射到平板透明材料上，光的一部分被反射，一部分被折射，折射光線與反射光線的夾角可能是()A．小于40°B．在50°～100°之間C．在100°～140°之間D．大于140°[解析]由eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n>1，得折射角θ2<θ1＝40°，由反射定律得θ3＝θ1＝40°，如圖所示，故折射光線與反射光線的夾角φ＝180°－θ3－θ2＝140°－θ2，所以100°<φ<140°.[答案]C命題視角2折射定律如圖，一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體，O點(diǎn)為球心；下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜．有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入，該光線與OC之間的距離為0.6R.已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)．求該玻璃的折射率．[解析]如圖，根據(jù)光路的對(duì)稱性和光路可逆性，與入射光線相對(duì)于OC軸對(duì)稱的出射光線一定與入射光線平行．這樣，從半球面射入的折射光線，將從圓柱體底面中心C點(diǎn)反射．設(shè)光線在半球面的入射角為i，折射角為r.由折射定律有sini＝nsinr ①由正弦定理有eq\f(sinr,2R)＝eq\f(sin(i－r),R) ②由幾何關(guān)系，入射點(diǎn)的法線與OC的夾角為i.由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有sini＝eq\f(L,R) ③式中L是入射光線與OC的距離．由②③式和題給數(shù)據(jù)得sinr＝eq\f(6,\r(205))④由①③④式和題給數(shù)據(jù)得n＝eq\r(2.05)≈1.43.[答案]1.43【通關(guān)練習(xí)】1．一束光線從空氣射向玻璃，入射角為α(發(fā)生折射)．下列四幅光路圖中正確的是()解析：選A．一束光線從空氣射向玻璃，入射角為α，由題意可知光線一定會(huì)發(fā)生折射，根據(jù)n＝eq\f(sinα,sinθ)知，折射角小于入射角，同時(shí)光線在分界面上還會(huì)發(fā)生反射．2．人的眼球可簡(jiǎn)化為如圖所示的模型．折射率相同、半徑不同的兩個(gè)球體共軸．平行光束寬度為D，對(duì)稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球，會(huì)聚在軸線上的P點(diǎn)．取球體的折射率為eq\r(2)，且D＝eq\r(2)R.求光線的會(huì)聚角α.(示意圖未按比例畫(huà)出)解析：由幾何關(guān)系sini＝eq\f(D,2R)，解得i＝45°則由折射定律eq\f(sini,sinγ)＝n，解得γ＝30°且i＝γ＋eq\f(α,2)，解得α＝30°.答案：30°折射率和視深問(wèn)題1．對(duì)折射率n的理解可以從以下四個(gè)方面理解(1)當(dāng)光從真空射入某一介質(zhì)時(shí)，入射角i、折射角r都可以發(fā)生變化，但它們的正弦值之比是不變的，是一個(gè)常數(shù)，例如，當(dāng)介質(zhì)是水時(shí)，這個(gè)常數(shù)是1.33.(2)雖然介質(zhì)的入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一個(gè)常數(shù)，但不同介質(zhì)的這一常數(shù)不同，說(shuō)明此常數(shù)反映著該介質(zhì)的光學(xué)特性．把這個(gè)常數(shù)叫做介質(zhì)的折射率．由n＝eq\f(sini,sinr)可知：當(dāng)i一定時(shí)，n越大則r越小，此時(shí)光線的偏折角Δθ＝i－r就越大，即光線的偏折程度就越大，所以折射率是描述介質(zhì)對(duì)光線偏折能力大小的一個(gè)物理量．(3)折射率n是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，它的大小只能由介質(zhì)本身的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及光的頻率決定，與入射角、折射角的大小無(wú)關(guān)．公式n＝eq\f(sini,sinr)是折射率的定義式，不能認(rèn)為折射率n與入射角的正弦成正比，與折射角的正弦成反比．(4)介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)，單色光在折射率較大的介質(zhì)中光速較小．由此式知道任何介質(zhì)的折射率均大于1，即n＝eq\f(sini,sinr)>1，就是說(shuō)光由真空射入介質(zhì)時(shí)，都是入射角大于折射角，折射光線向法線偏折；反之當(dāng)光由其他介質(zhì)射入真空時(shí)，入射角小于折射角，折射光線遠(yuǎn)離法線偏折．2．視深問(wèn)題(1)視深是人眼看透明物質(zhì)內(nèi)部某物點(diǎn)時(shí)像點(diǎn)離界面的距離．在階段，一般是沿界面的法線方向去看，在計(jì)算時(shí)，由于入射角很小，折射角也很小，故eq\f(sinθ1,sinθ2)≈eq\f(tanθ1,tanθ2)≈eq\f(θ1,θ2).(2)當(dāng)沿豎直方向看水中的物體時(shí)，“視深”是實(shí)際深度的1/n倍，n為水的折射率．(1)介質(zhì)的折射率與介質(zhì)的密度沒(méi)有必然聯(lián)系，密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度較大，但水的折射率較?。?2)介質(zhì)的折射率由介質(zhì)的性質(zhì)和光的頻率共同決定，與入射角和折射角無(wú)關(guān)．河中有條小魚(yú)，某時(shí)刻小魚(yú)的實(shí)際深度為H，一人從水面正上方往水中看，他感覺(jué)到的小魚(yú)的深度為多大？(設(shè)水的折射率為n)[解析]如圖所示，設(shè)小魚(yú)在S處，從魚(yú)反射出的光線SO垂直水面射出，光線SO1與SO間的夾角很?。蛞话闳说耐椎木€度為2～3mm，θ1、θ2為一組對(duì)應(yīng)的折射角和入射角，可知θ1、θ2均很?。蓴?shù)學(xué)知識(shí)知：sinθ1≈tanθ1＝eq\f(OO1,h)，sinθ2≈tanθ2＝eq\f(OO1,H)由折射定律得：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(OO1/h,OO1/H)＝eq\f(H,h)，得h＝eq\f(H,n)即他感覺(jué)到的小魚(yú)的深度為實(shí)際深度的eq\f(1,n)，即變淺．[答案]eq\f(H,n)一個(gè)圓柱形筒，直徑為12cm，高16cm，人眼在筒側(cè)上方某處觀察，所見(jiàn)筒側(cè)的深度為9cm.當(dāng)筒中盛滿液體時(shí)，則人眼又恰能看到筒側(cè)的最低點(diǎn)，求：(1)此液體的折射率；(2)光在此液體中的傳播速度．解析：先畫(huà)出一圓柱形筒，筒高為H＝16cm，直徑d＝12cm.人眼在A處，筒側(cè)底部“最低點(diǎn)”為B，筒內(nèi)無(wú)液體時(shí)，人眼能見(jiàn)深度h＝9cm.筒內(nèi)盛滿液體時(shí)，人眼看到B點(diǎn)．根據(jù)光的折射畫(huà)出光路如圖所示．