山东省专用2018_2019学年高中物理第十三章光第1节第1课时光的反射和折射讲义含解析新人教版选修3.doc

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1、第1节 光的反射和折射1.光的反射定律：简记为，共面、两侧、相等。2荷兰数学家斯涅耳总结的光的折射定律：(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。(2)表达式：n12，式中n12是比例常数。3物理学中把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。4折射率n由介质本身及入射光的频率决定，且有n。第一课时光的反射和折射一、反射及反射定律1光的反射光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象。2反射定律反射光线与入射

2、光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。二、光的折射和折射率1光的折射和折射定律光的折射光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象入射角折射角入射角：入射光线与法线的夹角折射角：折射光线与法线的夹角折射定律折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即n12光路可逆性在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的2折射率(1)物理意义反映介质的光学性质的物理量。(2)定义光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，简称折射率，即n。(3)折射率

3、与光速的关系某种介质的折射率，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之比，即n。(4)特点任何介质的折射率都大于1。1自主思考判一判(1)反射定律是确定反射光线的位置的规律。()(2)不是所有的反射现象都遵循反射定律。()(3)发生漫反射时，反射角不等于入射角。()(4)一束光从空气进入水中时，传播方向一定发生变化。()(5)折射率大的介质，密度不一定大。()(6)光的反射现象中，光路是可逆的，光的折射现象中，光路不是可逆的。()2合作探究议一议如图甲、乙所示是一狭窄光束射到玻璃面上时发生折射和反射的情景，结合情景讨论下列问题。(1)反射光线、折射光线、入射光线和法线的位置关系

4、如何？提示：反射光线、折射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、折射光线和入射光线分居法线两侧。(2)在光的反射和折射中如果逆着反射光线或折射光线的方向射入，出射光线会沿什么方向？提示：出射光线会沿原入射光线的方向射出，因为在光的反射和折射中光路是可逆的。折射定律的理解和应用1光的方向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(斜射)，并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化。2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，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，光传播的速度发生变化。3入射角与折射角的大小关系光从一种介质进入另一

5、种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定。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。典例多选如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形。细的单色光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和折射光束2。已知玻璃折射率为，入射角为45(相应的折射角为24)。现保持入射光不变，将半圆柱绕O点在图示平面内顺时针转过15，如图中虚线所示，则()A光束1转过15B光束1转过30C光束2转过的角度小于15D光束2转过的角度大于15解析转动前，光束1(反射光)与入射光线间的夹角为A45290，光束2(折射光)与入射光线间的夹角

6、为B4590(9024)201。转动后，反射光线与入射光线的夹角A602120，据折射定律，得30，则折射光与入射光间的夹角为B6090(9030)210。因为AAA30，BBB9，故B、C项正确。答案BC解决光的折射问题的思路(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。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()AbO不可能是入射光线BaO可能是入射光线CcO可能是入射光线DOb可能是反射光线解析

7、：选ABD由于入射角等于反射角，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。2有一块材料均匀、厚度一定的透明玻璃平板，一束单色光由空气中照射到玻璃板上，第一次沿垂直于板面方向入射，第二次沿与板面成某一倾角方向入射，则()A第一次入射时光的方向未发生偏折，说明此时光在玻璃中的传播速度与在空气中相同B一、二两次光在玻璃中传播时经历的时间相同C一、二两次光在玻璃中传播的速度不同D一、二两次光在玻璃中传播的速度相同解析：选D光在同种介质中传播速度相同，故A、C错

8、，D对；两次光在玻璃中通过的路程不同，则时间不同，故B错。3.光线以入射角1从空气射入折射率n的透明介质表面，如图所示。(1)当入射角145时，求反射光线与折射光线间的夹角。(2)当入射角1为何值时，反射光线与折射光线间的夹角90。解析：设折射角为2，反射角为3，由光路图知18023由反射定律知：3145由折射定律知：n(1)当145时，由得230代入得105。(2)当90时，由得2903901，代入得tan 1，则1arctan 。答案：(1)105(2)arctan 对折射率的理解1关于正弦值当光由真空中射入某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数。2

9、关于常数n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映着该介质的光学特性。3光传播速度介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关，即n，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1，因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角。4决定因素介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。1多选由于覆盖着地球表面的大气，越接近地表面越稠密，折射率也越大，远处的星光经过大气层斜射向地面时要发生偏折，使我

10、们看到的星星的位置，与实际位置间存在差距，这种效应叫作蒙气差。以下关于这种现象的说法正确的是()A夜晚，我们看到南半天星星的位置，要比它实际的位置高一些B夜晚，我们看到南半天星星的位置，要比它实际的位置低一些C这种光现象中的“蒙气差”效应，越是接近地平线就越明显D这种光现象中的“蒙气差”效应，越是接近地平线就越不明显解析：选AC因越接近地表面大气的折射率也越大，南半天星星发出的光线经大气折射后偏向地球(如图)，且越是接近地平线偏折越明显。故A、C正确。2一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90，折射光线与反射光线间的夹角为105，则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为()

11、A.，cB.，C.，cD.，解析：选D由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45，折射角为r1804510530，则折射率n，所以光在该介质中的速度vc，故D选项正确。3.人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图所示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的P点。已知光线的入射角为30，OA5 cm，AB20 cm，BP12 cm，求该人造树脂材料的折射率n。解析：设折射角为，由折射定律知：n由几何关系知：sin 且OP代入数据得n1.5。答案：1.5视深的判断与计算典例一小孩站在宽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

12、看到树顶和石头两者的像且重合。若小孩的眼睛离河面高为1.5 m，如图所示，河水的折射率为，试估算河水深度。解析光路如图所示，得n，由几何关系得1.5tan 3tan 6，解得tan ，sin ，P点至树所在岸边的距离为3tan 4 m，sin ，由以上几式解得h5.3 m。答案5.3 m视深度公式及应用技巧(1)视深是人眼看透明物质内部某物体时像点离界面的距离。一般都是沿着界面的法线方向去观察，在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有。(2)当沿竖直方向看水中的物体时，“视深”是实际深度的，n是水的折射率。如果从折射率为n的介质中观察正上方距液面高为H的物体，观察到的高度hnH(h为视高)

13、。1多选一小球掉入一水池中，小球所受重力恰与其所受阻力和浮力的合力相等，使小球匀速下落，若从水面到池底深h1.5 m，小球3 s到达水底，那么，在下落处正上方观察时()A小球的位移等于1.5 mB小球的位移小于1.5 mC小球的运动速度小于0.5 m/sD小球的运动速度仍等于0.5 m/s解析：选BC由光的折射可知，在小球下落的过程中，在正上方观察时，小球下落的位移x1.5 m，所以看到小球下落的速度v2，故B错误；画光线时必须带箭头，D不是光路图，D错误。2光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知()A折射现象的出现说明光的传播需要介质B发生折射现象时光沿曲线传播C折射光与入射光的

14、传播方向总是不同的D发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同解析：选D光可以在真空中传播，即介质并不是必需的，故A选项错误；发生折射现象时光仍沿直线传播，只是一般情况下折射光线与入射光线方向不在同一直线上，故B选项错误；当光垂直射到两种不同介质的分界面时，折射光线与入射光线的传播方向是相同的，故C选项错误；当光射到两种不同介质的分界面时会发生折射现象，这是因为不同介质对光的(绝对)折射率n不同，即光在不同介质中的传播速度不同，故D选项正确。3光从某种玻璃中射向空气，入射角i从零开始增大到某一值的过程中，折射角也随之增大，则下列说法正确的是()A比值i/不变B比值sin i/sin 是一个大于

15、1的常数C比值sin i/sin 逐渐增大D比值sin i/sin 是一个小于1的常数解析：选D光从玻璃射向空气时，玻璃的折射率n1，且不变，因此D正确。4.多选如图所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成a、b两束单色光。则()A玻璃砖对a光的折射率为B玻璃砖对a光的折射率为1.5Cb光的频率比a光的大Db光在玻璃中的传播速度比a光的大解析：选AC由a光的偏折程度比b光的小，可知a光的频率、在玻璃中的折射率均较小，则a光在玻璃中的传播速度较大，故C正确，D错误；根据折射定律a光在玻璃中的折射率n，故A正确，B错误。5.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成

16、，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()A.B1.5C. D2解析：选C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，作OD平行于入射光线，故AODCOD60，所以OAB30，玻璃的折射率n，故C正确。6.如图所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表面的A点射出。已知入射角为i，A与O相距l，介质的折射率为n，试求介质的厚度d。解析：设折射角为

17、r，由折射定律n；几何关系l2dtan r解得dl。答案：l7.如图所示，某透明液体深1 m，一束与水平面成30角的光线从空气照向该液体，进入该液体的光线与水平面的夹角为45。则该液体的折射率为_，光进入液体后经过_s到达底面。解析：因为入射角1903060，折射角2904545所以n光在液体中传播时：位移x m速度v108 m/s所以t108 s。答案：1088.如图所示，半圆玻璃砖的半径R10 cm，折射率为n，直径AB与屏幕垂直并接触于A点，激光a以入射角i30射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现了两个光斑。求两个光斑之间的距离L。解析：画出光路图，设折射角为，根据折射定律n，解得60，由几何知识得，OPQ为直角三角形，所以两个光斑PQ之间的距离LPAAQRtan 302Rsin 60解得L cm23.1 cm。答案：23.1 cm