2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册第4章光光的折射第1课时　折射现象与折射定律导学案含答案.docx

2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册第4章 光第四章光1光的折射第1课时折射现象与折射定律学习任务一折射定律教材链接 阅读教材,填写折射的相关知识.(1)光的折射:光从一种介质斜着射到它与另一种介质的分界面时,一部分光会另一种介质,这个现象叫作光的折射. (2)折射角:折射光线与的夹角称为折射角. (3)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;折射角的正弦与入射角的正弦成正比,即=n12,式中n12是比例常数. 例1 (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.Ob可能是反射光线D.PQ可能是法线变式1 光从空气斜射入介质中,比值sin 1sin 2为常数,这个常数()A.与介质无关B.与入射角和折射角的大小有关C.与入射角的大小无关D.与入射角的正弦值成正比,与折射角的正弦值成反比【要点总结】1.在反射、折射现象中,光路都是可逆的.2.光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化,但并非一定要变化;当光垂直于分界面入射时,光的传播方向就不会变化.3.反射定律和折射定律应用的步骤(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、折射定律及几何规律列方程求解,必要时可利用光路可逆原理辅助解题.学习任务二折射率教材链接 阅读教材,填写折射率的相关知识.(1) 定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角1的正弦与折射角2的正弦,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率,用符号n表示. (2)表达式:n=. (3)某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v,即n=.由于c>v,故任何介质的折射率n都(选填“大于”“小于”或“等于”)1. 辨析正误 (1)介质的折射率越大,光在这种介质中的传播速度越快.()(2)由折射率的定义式n=sin 1sin 2得出,介质的折射率与入射角1的正弦成正比,与折射角2的正弦成反比.()例2 2022·北师大实验中学月考 如图所示,ABC为一玻璃三棱镜的横截面,A=30°.一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为()A.1.5B.23C.3D.2.0变式2 2022·泰安一中期中 我国某企业正在全力研发“浸没式光刻”光刻机.原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体,从而减小曝光波长,提高分辨率的技术,如图所示.若浸没液体的折射率为1.5,当不加液体时光刻胶的曝光波长为199 nm,则加上液体后,该曝光光波()A.在液体中的传播频率变为原来的23B.在液体中的传播速度变为原来的1.5倍C.在液体中的曝光波长约为133 nmD.传播相等的距离,在液体中所需的时间变为原来的23【要点总结】对折射率可分为三层次进行理解:(1)当光从真空射入介质中时,入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的,但是正弦值之比是一个常数.(2)介质的入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常数,但不同的介质的常数不同.说明此常数反映着该介质的光学特性.(3)由n=sin 1sin 2可知,当1一定时n越大,则2越小,此时光线的偏折角=1-2就越大,即光线的偏折程度就越大,故折射率是描述介质对光线偏折能力大小的一个物理量.学习任务三利用光路图解决折射问题科学思维 (1)根据题意准确、规范地画出光路图,确定好界面和法线.(2)在光路图中找出入射角、反射角和折射角,利用几何关系确定光路图中的边、角关系,与折射定律n12=sin 1sin 2中的各量准确对应.结合数学的三角函数的知识进行运算,必要时可利用光路可逆原理辅助解题.例3 一小孩站在宽6 m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,同时看到树顶和石头两者的像且重合.若小孩的眼睛离河面的高度为1.5 m,如图所示,河水的折射率为43,试估算河水深度.反思感悟   变式3 2022·广东实验中学期中 如图所示,AOB是置于真空中截面为四分之一圆的玻璃砖,圆的半径为R,一束单色光从OA的中点G垂直OA射入,在圆弧面上的D点发生反射和折射,反射光线和折射光线分别照射到OB所在平面上的E点和F点,已知EDF为直角三角形,光在真空中的速度为c.求:(1)玻璃砖对光的折射率;(2)光由G点传播到F点的时间.1.(对折射定律和折射率的理解)下列关于光的折射及折射率的说法正确的是()A.光由一种介质进入另一种介质时,光的传播方向一定发生改变B.放入盛水的碗中的筷子,看起来像折了一样,是光的折射C.光由水射入空气中,折射角小于入射角D.光在折射率大的介质中传播速度大2.(对折射率的理解)(多选)关于折射率,下列说法中正确的是()A.根据n=sin 1sin 2可知,介质的折射率与入射角的正弦成正比B.根据n=sin 1sin 2可知,介质的折射率与折射角的正弦成反比C.介质的折射率由介质本身决定,与入射角、折射角均无关D.根据n=cv可知,介质的折射率与介质中的光速成反比3.(折射率的计算) 一束光从空气射向某种介质,该介质对该光的折射率为3,若反射光线与折射光线垂直,已知真空中的光速为c,则下列说法正确的是()A.光的入射角为30°B.介质中的光速为3cC.光的折射角为60°D.介质中的光速为c34.(利用光路图解决折射问题)如图所示,某透明材料制成的半球形光学元件直立放置,其直径与水平光屏垂直接触于M点,球心O与M间距离为103 cm.一束光与该元件的竖直圆面成30°角射向圆心O,结果在光屏上出现间距为d=40 cm的两个光斑,请完成光路图并求该透明材料对该光的折射率.第四章光1光的折射第1课时折射现象与折射定律教材链接 (1)进入(2)法线(3)同一平面两侧sin 1sin 2例1BCD解析 由于反射角等于入射角,且入射光线、反射光线关于法线对称,所以aO、Ob应是入射光线或反射光线,PQ是法线.又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧,所以aO是入射光线,Ob是反射光线,Oc是折射光线.变式1C解析 在折射定律中,比值sin 1sin 2=n(常数),这个常数是相对折射率,是由两种介质的性质决定的,故A错误;n反映介质的性质,由介质决定,与入射角和折射角均无关,所以不能说n与入射角的正弦值成正比,与折射角的正弦值成反比,故C正确,B、D错误.教材链接 (1)之比(2)sin 1sin 2(3)之比cv大于辨析正误 (1)×(2)×例2C解析 由图根据几何知识可知光线在AC边入射角为=30°,此时折射角为=60°,则玻璃对红光的折射率为n=sinsin=3,故选C.变式2C解析 频率由光源决定,光由空气进入该液体中传播时,光波频率不变,故A错误;光在液体中的传播速度为v=cn,解得v=23c,故B错误;加上液体时光刻胶的曝光波长为=vf,不加液体时,有c=0f,联立代入数据可得133 nm,故C正确;由上分析可知,在液体中曝光光波的传播速度变为原来的23,而传播距离不变,所以在液体中所需的时间变为原来的32,故D错误.例35.3 m解析 光路图如图所示,得n=sinsin,由几何关系得1.5tan +3tan =6,解得tan =43,P点到树所在岸边的距离为3tan (m)=4 m,设河水深度为h,则sin =442+h2,由上式解得h5.3 m.变式3(1)3(2)5R2c解析 (1)根据题意得sin 1=R2R解得1=30° 根据反射定律得2=30° 因为EDF为直角三角形,所以3=60° 根据折射定律得n=sin 3sin 1 解得n=3(2)光在玻璃中的传播速度为v=cn 光在玻璃中传播的时间为t1=xGDv xGD=Rcos 30°光在真空中传播的时间为t2=xDFc,xDF=xOD=R总时间为t=t1+t2解得t=5R2c随堂巩固1.B解析 当光垂直于界面射入时,传播方向不变,选项A错误;水中筷子反射的光线由水中进入空气时,在水面上发生折射,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼会逆着折射光线的方向看,看起来筷子像折了一样,是光的折射,故选项B正确;光由水射入空气中,折射角大于入射角,故选项C错误;由n=cv得,光在折射率大的介质中传播速度小,故选项D错误.2.CD解析 介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量,由介质本身决定,与入射角、折射角无关,故选项A、B错误,选项C正确;由于真空中光速是一个定值,故n与v成反比,这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的,故选项D正确.3.D解析 根据题意,作出光路图,如图所示,根据折射定律可得n=sinisin(90°-i)=tan i,解得i=60°,故折射角为30°,A、C错误;介质中的光速为v=cn=c3,B错误,D正确.4.如图所示3解析 光屏上的两个光斑分别是光束经光学元件反射与折射的光线形成,其光路图如图所示.根据题意,R=103 cm,由反射规律与几何关系可知,反射光线形成的光斑P1与M点的距离为d1=Rtan 30°激光束的入射角i=60°,设其折射角为r,由几何关系可知,折射光线形成的光斑P2与M点的距离d2=Rtan(90°-r)又d1+d2=40 cm联立解得r=30°所以该材料对该光的折射率n=sinisinr=3.第四章光1光的折射建议用时:30分钟第1课时折射现象与折射定律 知识点一折射定律1.(多选)关于光的反射与折射,下列说法正确的是()A.光发生反射时,光的传播方向一定改变B.光发生反射时,光的传播方向可能偏转90°C.光发生折射时,一定伴随着反射现象D.光发生反射时,光的传播方向不可能偏转180°2.光由空气射入半圆形玻璃砖,再由玻璃砖射入空气,O点是半圆形玻璃砖的圆心,如图所示的情况可能发生的是()3.(多选)光从某种玻璃中射向空气,入射角1从零开始增大到某一值的过程中,折射角2也随之增大,则下列说法正确的是()A.比值12不变B.比值sin 1sin 2是一个大于1的常数C.比值sin 1sin 2不变D.比值sin 1sin 2是一个小于1的常数 知识点二折射率4.2022·人大附中月考 某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径.该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sin i-sin r图像如图乙所示,则() A.光由A经O到B,n=1.5B.光由B经O到A,n=1.5C.光由A经O到B,n=0.67D.光由B经O到A,n=0.675.2022·天津一中月考 如图所示,有一玻璃三棱镜ABC,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() A.2B.22C.3D.33 知识点三折射率与光速的关系6.2022·石家庄二中月考 一束光由空气射入某介质,当入射光线和界面的夹角为30°时,折射光线恰好与反射光线垂直,若光在空气中的传播速度为c,则光在该介质中的传播速度是()A.c2B.3cC.32cD.33c7.(多选)2022·太原五中月考 某同学做测玻璃折射率实验时,在白纸上放好上、下表面平行的玻璃砖,玻璃砖厚度为L,如图所示为入射光线与折射光线(CD边出射光线未画出),若入射角i=60°,测出折射角r=30°,光在真空中的光速为c,则()A.玻璃砖的折射率n=3B.光在玻璃中传播的时间为2LcC.光在玻璃中传播的时间为23L3cD.若实验时不小心将玻璃砖向上平移一小段,其他操作无误,则测得的折射率将偏大8.将筷子竖直插入装水的玻璃杯内,从俯视图中的P点沿水平方向看到的应该是如图所示的()9.如图所示,一盛满水的容器外固定一凸透镜P,容器中有一光源S,光源S的光线经水面折射后射向透镜.经透镜后平行射出,若容器中没有水,要使光线经凸透镜射出后仍然平行,则应将光源S的位置()A.适当提高B.适当降低C.保持不变D.不确定10.(多选)把用相同玻璃制成的厚度为d的正方体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, 如图所示.从正上方分别观察a、b中心处报纸上的字,下面的观察记录中正确的是()A.a中的字比b中的字高B.b中的字比a中的字高C.a中的字和b中的字一样高D.a中的字比没有玻璃时的高,b中的字和没有玻璃时的一样高11.一束复色光沿AO方向由真空射向半圆柱状的玻璃砖,发生折射而分为a、b两束单色光,其传播方向如图所示,则()A.真空中a光的波长比b长B.a光在玻璃中的传播速度比b大C.a光在玻璃中的波长比其在真空中的长D.a、b光在玻璃砖中传播的时间相等12.2022·浙江学军中学月考 当太阳光照射到半空中的液滴上时,光线被折射及反射,就形成了彩虹.如图所示,某均匀透明液滴(视为球形)的截面图是圆心在O点、半径为R的圆,一单色光从空中(视为真空)平行直径AOB射到圆上的C点,入射角i=60°,结果该单色光射入液滴经一次反射后从D点再次平行直径AOB折射向空中.求:(1)液滴对该单色光的折射率n;(2)出射光线与入射光线间的距离x.