第1节　光的折射.pptx

第1节光的折射第四章光学习目标要求学习目标要求核心素养和关键能力核心素养和关键能力1.理解光的反射定律和折射定律，并能用来解释和计算有关问题。2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系。3.会依据光的反射定律和折射定律作出光路图。4.会熟练计算介质的折射率。1.核心素养核心素养(1)运用平面几何知识对物理问题进行分析。(2)利用光路的对称性和可逆性分析问题。2.关键能力关键能力应用数学知识处理光学问题的能力。知识点随堂对点自测目录CONTENTS/课后巩固训练/知识点二折射率知识点一折射定律知识点一折射定律知识点一折射定律有有经验的的渔民民叉叉鱼时，不不是是正正对着着鱼去去叉叉，而而是是对着着鱼的的下下方方叉叉，这是是为什什么？么？提提示示从从鱼上上反反射射的的光光线由由水水中中进入入空空气气时，在在水水面面上上发生生偏偏射射，人人眼眼逆逆着着偏偏射射光光线的的方方向向看看去去，觉得得鱼变浅浅了了(虚虚像像)，所所以以叉叉鱼时要要对着着看看到到的的鱼的的下下方叉。方叉。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，一部分光会_到第1种介质的现象。如图所示。(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。分界面返回同一平面法线的两侧等于光的折射光的折射(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_第2种介质的现象。如上图所示。(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法线的_；入射角的正弦与折射角的正弦成_，(3)与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是_的。分界面进入同一平面两侧正比可逆1.光的传播方向光的传播方向(1)光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化。(2)当光垂直界面入射时，光的传播方向不变。2.光的传播速度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。3.入射角与折射角的大小关系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。4.解决光的折射问题的基本思路解决光的折射问题的基本思路【例例1】(2021湖湖北北卷卷)如图是两个并排而且深度相同的水池，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折射现象的理解折射现象的理解B解解析析未未装装水水时，光光沿沿直直线传播播从从杆杆顶照照射射到到池池底底的的P点点，而而装装水水时，光光沿沿直直线传播播从从杆杆顶照照射射到到水水面面时发生生折折射射，由由于于折折射射角角较小小，故故照照射射到到池池底底的的Q点点，如如图所示，可知未装水的池中所示，可知未装水的池中标杆影子杆影子较长，故，故B正确。正确。【例例2】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。(1)画出折射光路图；(2)当入射角变为45时，折射角的正弦值为多大？折射定律的应用折射定律的应用解析解析(1)光路光路图如如图所示，其中所示，其中AO为入射光入射光线，OB为折射光折射光线。【训训练练1】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C解解析析法法线与与界界面面垂垂直直，根根据据反反射射角角等等于于入入射射角角，折折射射光光线和和入入射射光光线位位于于法法线两两侧，可知，可知CO为入射光入射光线，OB为反射光反射光线，OA为折射光折射光线。故。故C正确。正确。知识点二折射率知识点二折射率如如表表所所示示是是在在探探究究光光由由真真空空射射入入某某种种透透明明介介质发生生折折射射的的规律律时得得到到的的实验数据。数据。请在表格基在表格基础上思考以下上思考以下问题：入射角1()折射角2()106.71.491.492013.31.501.493019.61.531.49(1)随着入射角的增大，折射角怎随着入射角的增大，折射角怎样变化？化？(2)当入射角与折射角当入射角与折射角发生生变化化时，有没有保持不，有没有保持不变的量的量(误差允差允许范范围内内)?提示提示(1)折射角增大。折射角增大。(2)入射角的正弦入射角的正弦值和折射角的正弦和折射角的正弦值之比保持不之比保持不变。4025.21.591.515030.71.631.506035.11.711.517038.61.811.508040.61.971.51 定义定义 折射率与光速的关系折射率与光速的关系理解理解由于cv，故任何介质的折射率n都_(填“大于”“小于”或“等于”)1。大于1.关于正弦值关于正弦值当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数。2.决定因素决定因素介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小由介质本身及光的性质共同决定，与入射角、折射角无关，不随入射角、折射角的变化而变化。【例【例3】关于折射率，下列说法正确的是()A.在光发生折射时，折射角一定小于入射角B.折射率跟折射角的正弦值成反比C.折射率大的介质，光在其中的传播速度小D.折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍，折射率不变折射率的理解折射率的理解C解解析析光光从从折折射射率率大大的的介介质斜斜射射入入折折射射率率小小的的介介质时，折折射射角角大大于于入入射射角角，选项A错误；折射率由介折射率由介质本身和光的本身和光的频率决定，与折射角的正弦率决定，与折射角的正弦值无关，无关，选项B错误；折射率的计算折射率的计算解解析析由由于于不不考考虑集集光光球球内内表表面面的的反反射射，所所以以最最上上面面的的一一束束光光线的的光光路路图如如图所示所示解得解得60可知入射角可知入射角160【训训练练2】(多多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图所示的折射现象()。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AC1.(对光的折射现象的理解对光的折射现象的理解)(多多选)下列说法正确的是()BCA.光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化B.在光的反射和折射现象中光路是可逆的C.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D.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2.(对折射率的理解对折射率的理解)关于折射率，下列说法正确的是()C解解析析介介质的的折折射射率率是是反反映映介介质光光学学性性质的的物物理理量量，由由介介质本本身身和和光光的的频率率共共同同决决定定，与与入入射射角角、折折射射角角无无关关，选项A、B错误；由由于于真真空空中中的的光光速速c是是个个定定值，故故介介质的的折折射射率率n与与光光在在该介介质中中的的传播播速速度度v成成反反比比，选项C正正确确；由由于于vf，当当频率率f一一定定时，光光在在介介质中中的的速速度度v与与波波长成成正正比比，又又折折射射率率n与与速速度度v成反比，故折射率成反比，故折射率n与光在介与光在介质中的波中的波长也成反比，也成反比，选项D错误。CD解析解析根据根据题意，作出光路意，作出光路图，如，如图所示所示根据折射率的公式根据折射率的公式所以所以i604.(折折射射率率的的计计算算)(2022枣枣庄庄八八中中高高二二月月考考)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 ()C解析解析如如图所示，所示，为光光线在玻璃球内的光路在玻璃球内的光路图。A、C为折射点，折射点，B为反射点，作反射点，作OD平行于入射光平行于入射光线，故故AODCOD60，所以所以OAB30，（限时：40分钟）BD题组一折射定律的理解和应用题组一折射定律的理解和应用 1.(多多选)如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是()A.bO可能是入射光线B.aO可能是入射光线C.cO可能是入射光线D.Ob可能是反射光线解解析析由由于于反反射射角角等等于于入入射射角角，入入射射光光线、反反射射光光线关关于于法法线对称称，所所以以aO、Ob应是是入入射射光光线或或反反射射光光线，PQ是是法法线。又又因因为反反射射光光线、折折射射光光线都都不不与与入入射射光光线位位于于法法线同同侧，所所以以aO是是入入射射光光线，Ob是是反反射射光光线，Oc是是折折射射光光线，故故B、D正确。正确。2.(多多选)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分别放在报纸上，且让半球的凸面向上。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，下面的观察记录正确的是()ADA.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解解析析如如图所所示示当当人人眼眼通通过半半球球体体观察察的的时候候，B中中心心处报纸上上的的文文字字反反射射的的光光线沿沿球球面面法法线方方向向射射出出，通通过半半球球体体观察察物物像像重重合合，则看看到到B中中的的字字和和没没有有放放玻玻璃璃半半球球时一一样高高；通通过立立方方体体观察察时，由由于于光光的的传播播方方向向发生生了了变化化，折折射射角角大大于于入入射射角角，所所以以看看到到的的像像比比物物高高，即即看看到到A中中的的字字比比B中中的的字字高高，故故A、D正确。正确。题组二折射率的理解和计算题组二折射率的理解和计算3.如果光线以大小相等的入射角，从真空射入不同介质中，若介质的折射率越大，则()CA.折射角越大，说明折射光线偏离原来方向的程度越大B.折射角越大，说明折射光线偏离原来方向的程度越小C.折射角越小，说明折射光线偏离原来方向的程度越大D.折射角越小，说明折射光线偏离原来方向的程度越小4.(多多选)一束光从某种介质射入空气中时，入射角130，折射角260，光路如图所示，则下列说法正确的是()BCD5.如图所示，有一玻璃三棱镜ABC，顶角A为30，一束光线垂直于AB射入棱镜，从AC射出进入空气，测得出射光线与AC夹角为30，则棱镜的折射率为()C6.(2022山山东东烟烟台台期期末末)由某种透明物体制成的等腰直角棱镜ABO，两腰都为16 cm，且两腰与Ox和Oy轴都重合，如图所示，从BO边的C点注视A棱，发现A棱的位置在D点，在C、D两点插上大头针，测出C点的坐标为(0，12)，D点的坐标为(9，0)，则该透明物质的折射率为()A解析解析作出光路作出光路图如如图所示，由几何关系得所示，由几何关系得7.如图，光沿AO从空气射入折射率为n的介质中，以O点为圆心、R为半径画圆，与折射光线的交点为B，过B点向两介质的交界面作垂线，交点为N，BN与AO延长线的交点为M。以O点为圆心，OM(设为r)为半径画另一圆。答案答案见解析C解析解析如如图所示，光所示，光线A1的入射角的入射角160，由几何关系可知由几何关系可知2160可得可得330，由几何关系可知，由几何关系可知4330AA.30 B.45 C.60 D.75解解析析在在球球的的内内壁壁光光线经过一一次次反反射射，画画出出入入射射光光线与与反反射射光光线，它它们一一定定是是关关于于半半径径对称称的的，根根据据光光路路可可逆逆，光光线从从球球外外射射向向球球内内，在在球球内内壁壁反反射射一一次，再折射出球外，整个光路如次，再折射出球外，整个光路如图所示。所示。有有4r2i43024530，故故入入射射光光线与与出出射射光光线间的的夹角角为30，故故A正确。正确。10.如图所示，一透明介质制成的直角三棱镜，顶角A30，一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；(2)光在该介质中的传播速度。解析解析(1)光路光路图如如图所示，由几何关系可得，光在所示，由几何关系可得，光在AB面上的折射角面上的折射角为45，根据折射定律根据折射定律(1)光线射到球体表面的折射角；(2)光线在球体竖直表面的出射角。答案答案(1)30(2)60解解析析(1)设入入射射光光线与与球球体体的的交交点点为C，连接接OC，OC即即为入入射射点点的的法法线。因因此，此，图中的角中的角为入射角。入射角。过C点作球体水平表面的垂点作球体水平表面的垂线，垂足，垂足为B。依依题意，意，COB，设光光线在在C点的折射角点的折射角为，由折射定律得，由折射定律得(1)求桅杆到P点的水平距离；(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。答案答案(1)7 m(2)5.5 m解析解析(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到到P点的水平距离点的水平距离为x2；桅杆桅杆顶端距水面的高度端距水面的高度为h1，P点点处水深水深为h2；激光束在水中与激光束在水中与竖直方向的直方向的夹角角为，由几何关系有，由几何关系有由折射定律有由折射定律有sin 53nsin 设桅杆到桅杆到P点的水平距离点的水平距离为x，则xx1x2 联立立式并代入式并代入题给数据得数据得x7 m。(2)设激激光光束束在在水水中中与与竖直直方方向向的的夹角角为45时，从从水水面面出出射射的的方方向向与与竖直直方方向向夹角角为i由折射定律有由折射定律有sin insin 45设船船向向左左行行驶的的距距离离为x，此此时光光束束从从水水面面射射出出的的点点到到桅桅杆杆的的水水平平距距离离为x1，到到P点的水平距离点的水平距离为x2则x1x2xx本 课 结 束