高二物理課件 13.1 《光的反射和折射》 （人教選修3-4）(1)

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歡迎進入物理課堂 一 光的折射現(xiàn)象的規(guī)律 1 光的方向 光從一種介質進入另一種介質時 傳播方向一般要發(fā)生變化 斜射 并非一定變化 當光垂直界面入射時 傳播方向就不發(fā)生變化 2 光的傳播速度 光從一種介質進入另一種介質時 傳播速度一定發(fā)生變化 當光垂直界面入射時 光的傳播方向雖然不變 但也屬于折射 因為光傳播的速度發(fā)生了變化 3 入射角與折射角的大小關系 光從一種介質進入另一種介質時 折射角與入射角的大小關系不要一概而論 要視兩種介質的折射率大小而定 當光從真空斜射入介質時 入射角大于折射角 當光從介質斜射入真空時 入射角小于折射角 1 應用折射定律和反射定律解題的關鍵是確定入射角和折射角 畫出正確的光路圖是解題的必要前提 2 入射角 折射角 反射角均以法線為標準來確定 注意法線與界面的區(qū)別 典例1 2011 東城區(qū)高二檢測 如圖所示 P Q是兩種透明材料制成的兩塊直角梯形的棱鏡 疊合在一起組成一個長方體 某單色光沿與P的上表面成 角的方向斜射向P 其折射光線正好垂直通過兩棱鏡的界面 已知材料的折射率nP nQ 則下列說法正確的是 A 一定沒有光線從Q的下表面射出B 從Q的下表面射出的光線一定與入射到P的上表面的光線平行C 如果光線從Q的下表面射出 出射光線與下表面所夾的銳角一定大于 D 如果光線從Q的下表面射出 出射光線與下表面所夾的銳角一定小于 解題指導 解答本題時可按以下思路分析 標準解答 選D 作出光路圖 如圖所示 由題意可知 光線垂直射入Q 根據(jù)折射定律 則有 因為nP nQ 所以 i 所以D對 變式訓練 如圖所示 虛線表示兩種介質的界面及其法線 實線表示一條光線射向界面后發(fā)生反射和折射的光線 以下說法正確的是 A bO不可能是入射光線B aO可能是入射光線C cO可能是入射光線D Ob可能是反射光線 解析 選A B D 由于入射角等于反射角 入射光線 反射光線關于法線對稱 所以aO Ob應是入射光線或反射光線 PQ是法線 又因為反射光線 折射光線都不與入射光線位于法線同側 所以aO是入射光線 Ob是反射光線 Oc是折射光線 二 對折射率的理解 1 關于正弦值 當光由真空射入某種介質時 入射角 折射角以及它們的正弦值是可以改變的 但正弦值的比值是一個常數(shù) 2 關于常數(shù)n 入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個常數(shù) 但不同介質具有不同的常數(shù) 說明常數(shù)反映了該介質的光學特性 3 折射率與光速的關系 介質的折射率n跟光在其中的傳播速度v有關 即n 由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何介質中的傳播速度v 所以任何介質的折射率n都大于1 4 決定因素 介質的折射率是反映介質的光學性質的物理量 它的大小由介質本身及光的性質共同決定 不隨入射角 折射角的變化而變化 1 折射率的定義式n 中的 1為真空中的光線與法線的夾角 不一定是入射角 2也不一定是折射角 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光線的可逆性 2 介質的折射率由介質的性質和光的頻率共同決定 與入射角和折射角無關 典例2 2011 新課標全國卷 一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示 底面AOB鍍銀 圖中粗線 O表示半圓截面的圓心 一束光線在橫截面內從M點的入射角為30 MOA 60 NOB 30 求 1 光線在M點的折射角 2 透明物體的折射率 解題提示 解答本題時可先作出光路圖 根據(jù)幾何關系確定在M點的折射光線和N點的入射光線 從而確定入射角和折射角 標準解答 1 如圖 透明物體內部的光路為折線MPN Q M點相對于底面EF對稱 Q P N三點共線 設在M點處 光的入射角為i 折射角為r OMQ PNF 根據(jù)題意有 30 由幾何關系得 PNO PQO r 于是 r 60 r 由 式得r 15 2 根據(jù)折射率公式有答案 1 15 2 規(guī)律方法 光在界面發(fā)生折射時 1 根據(jù)入射角 折射角及反射角之間的關系 作出比較完整的光路圖 2 充分利用光路圖中的幾何關系 確定各角之間的聯(lián)系 根據(jù)折射定律求解相關的物理量 折射角 折射率等 變式訓練 如圖所示 兩束單色光a b分別照射到玻璃三棱鏡AC面上 穿過三棱鏡后互相平行 則 A a光的折射率大B b光的折射率大C a光在三棱鏡中的速度大D b光在三棱鏡中的速度大 解析 選B C 根據(jù)題意可知b光通過三棱鏡后 傳播方向偏離原來方向大 所以b光折射率大 故A錯 B對 根據(jù)v 折射率大的 在介質中的速度小 故C對 D錯 三 視深的判斷與計算1 視深是人眼看透明物質內部某物體時像點離界面的距離 一般都是沿著界面的法線方向去觀察 在計算時 由于入射角很小 折射角也很小 故有2 當沿豎直方向看水中的物體時 視深 是實際深度的 n是水的折射率 1 一般都是沿著界面的法線方向去觀察 作圖時要畫開一定的角度 方便看圖 2 構建幾何圖形 尋找邊角關系 3 利用折射定律把折射角 入射角與幾何圖形的各邊聯(lián)系起來 典例3 2011 煙臺高二檢測 一小孩站在寬6m的河邊 在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3m的樹 樹的正下方河底有一塊石頭 小孩向河面看去 同時看到樹頂和石頭兩者的像且重合 若小孩的眼睛離河面高為1 5m 如圖所示 河水的折射率為 試估算河水深度 解題指導 標準解答 光路如圖所示 得n 由幾何關系得1 5tan 3tan 6 解得tan sin P點至樹所在岸邊的距離為3tan 4m sin 由以上幾式解得h 5 3m 答案 5 3m 變式訓練 如圖所示是北京奧運會期間安置在游泳池底部的照相機拍攝的一張照片 照相機的鏡頭豎直向上 照片中 水立方運動館的景象呈現(xiàn)在半徑r 11cm的圓形范圍內 水面上的運動員手到腳的長度l 10cm 若已知水的折射率為n 請根據(jù)運動員的實際身高估算該游泳池的水深h 結果保留兩位有效數(shù)字 解析 設照片圓形區(qū)域的實際半徑為R 運動員的實際長度為L 折射定律nsin sin90 幾何關系 取L 2 2m 解得h 2 1m 1 6 2 6m都算對 答案 2 1m 變式備選 2011 西城區(qū)高二檢測 某位同學用下面的方法測量某種液體的折射率 如圖所示 他在一個燒杯中裝滿了某種透明液體 緊貼著杯口豎直插入一根直尺AB 眼睛從容器邊緣的P處斜向下看去 觀察到A經(jīng)液面反射所成的虛像A 恰好與B經(jīng)液體折射形成的虛像重合 他讀出直尺露出液面的長度AC 沒入液體中的長度BC 量出燒杯的直徑d 由此求出這種透明液體的折射率為 解析 選D 作光路圖如圖所示 典例 2010 福建高考 某同學利用 插針法 測定玻璃的折射率 所用的玻璃磚兩面平行 正確操作后 作出的光路圖及測出的相關角度如圖所示 1 此玻璃的折射率計算式為n 用圖中的 1 2表示 2 如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇 為了減少誤差 應選用寬度 填 大 或 小 的玻璃磚來測量 解題指導 注意角 1 2與入射角 折射角的關系 標準解答 由實驗的注意事項可知應選用寬度大的玻璃磚來測量 減小實驗誤差 答案 1 2 大 一 選擇題1 假設地球表面不存在大氣層 那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比 A 將提前B 將延后C 不變D 在某些地區(qū)將提前 在某些地區(qū)將延后 解析 選B 如果不存在大氣層 只有當太陽上升到觀察者的 地平線 時才能被觀察到 2 2011 福州高二檢測 某研究性學習小組在探究光的折射過程中 研究折射角與入射角之間的關系 當光由空氣斜射入玻璃中時 測得實驗數(shù)據(jù)如下表 由此實驗數(shù)據(jù)可以初步得到的結論是 A 在誤差允許范圍內 入射角與折射角之比總是定值B 在誤差允許范圍內 入射角正弦與折射角正弦之比總是定值C 在誤差允許范圍內 入射角與折射角之差總是定值D 在誤差允許范圍內 入射角正弦與折射角正弦之差總是定值 解析 選B 由表中數(shù)據(jù)可得在誤差允許范圍內 入射角正弦與折射角正弦之比總是定值 故B對 3 2011 寧波高二檢測 現(xiàn)在高速公路上的標志牌都用 回歸反光膜 制成 夜間行車時 它能把車燈射出的光逆向返回 標志牌上的字特別醒目 這種 回歸反光膜 是用球體反射元件制成的 反光膜內均勻分布著一層直徑為10 m的細玻璃珠 所用玻璃的折射率為為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃珠折射 反射 折射后恰好和入射光線平行 如圖所示 那么第一次入射的入射角應是 A 15 B 30 C 45 D 60 解析 選D 作光路圖如圖所示 設入射角為 折射角為 則 2 所以 60 故選項D正確 4 關于光的折射現(xiàn)象 下列說法中正確的是 A 光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象B 人在岸上觀察水中的魚比實際位置淺C 若光從空氣射入某種液體中 它的速率一定減小D 觀察者看見太陽剛從地平線升起時 其實太陽位于地平線以下 解析 選B C D 根據(jù)折射概念和規(guī)律可知A錯 B C D對 5 2011 臨沂高二檢測 如果光以同一入射角從真空射入不同介質 則折射率越大的介質 A 折射角越大 表示這種介質對光線偏折作用越大B 折射角越大 表示這種介質對光線偏折作用越小C 折射角越小 表示這種介質對光線偏折作用越大D 折射角越小 表示這種介質對光線偏折作用越小 解析 選C 根據(jù)折射率在入射角相同的情況下 折射率越大的介質 其折射角越小 該介質對光的偏折作用越大 6 2011 安徽高考 實驗表明 可見光通過三棱鏡時各色光的折射率n隨著波長 的變化符合科西經(jīng)驗公式 其中A B C是正的常量 太陽光進入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖所示 則 A 屏上c處是紫光B 屏上d處是紅光C 屏上b處是紫光D 屏上a處是紅光 解析 選D 太陽光中紅光波長最長 紫光波長最短 則紫光折射率最大 紅光折射率最小 所以紫光偏折程度最大 對應屏上d處 紅光偏折程度最小 對應屏上a處 7 有一塊材料均勻 厚度一定的透明玻璃平板 一束單色光由空氣中照射到玻璃板上 第一次沿垂直于板面方向入射 第二次沿與板面成某一傾角方向入射 則 A 第一次入射時光的方向未發(fā)生偏折 說明此時光在玻璃中的傳播速度與在空氣中相同B 一 二兩次光在玻璃中傳播時經(jīng)歷的時間相同C 一 二兩次光在玻璃中傳播的速度不同D 一 二兩次光在玻璃中傳播的速度相同 解析 選D 光在同種介質中傳播速度相同 故A C錯 D對 兩次光在玻璃中通過的路程不同 則時間不同 故B錯 二 非選擇題8 2011 天津高考 某同學用大頭針 三角板 量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率 開始玻璃磚的位置如圖中實線所示 使大頭針P1 P2與圓心O在同一直線上 該直線垂直于玻璃磚的直徑邊 然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉動 同時在玻璃磚的直徑邊一側觀察P1 P2的像 且P2的像擋住P1的像 如此觀察 當玻璃磚轉到圖中虛線位置時 上述現(xiàn)象恰好消失 此時只須測量出 即可計算出玻璃磚的折射率 請用你的測量量表示出折射率n 解析 若半圓形玻璃磚轉過 角時在半圓形玻璃磚直徑一側恰好看不到P1 P2的像 那么此時恰好發(fā)生了全反射 則過P1 P2的光線在玻璃磚內的入射角為 在空氣中折射角為90 根據(jù)折射定律得n 只要測出 就可求出玻璃磚的折射率 答案 玻璃磚直徑邊繞O點轉過的角度 9 2011 江蘇高考 一束光從空氣射向折射率為的某種介質 若反射光線與折射光線垂直 則入射角為 真空中的光速為c 則光在該介質中的傳播速度為 解析 設入射角為i 折射角為90 i 根據(jù)n 可以得到i 60 再根據(jù)n 可得答案 60 10 空中有一只小鳥 距水面3m 其正下方距水面4m深處的水中有一條魚 已知水的折射率為4 3 則鳥看水中的魚離它 m 魚看天上的鳥離它 m 解析 首先作出鳥看魚的光路圖 如圖所示 由于是在豎直方向上看 所以入射角很小 即圖中的i和r均很小 故有tani sini tanr sinr 由圖可得 h1tanr h tani h h1tanr tani h1sinr sini 則鳥看水中的魚離它 H1 3m 3m 6m 同理可得魚看鳥時 h nh2 3 m 4m 則H2 4m 4m 8m 答案 68 方法技巧 有關視深問題的探究如圖所示 一物點S位于折射率為n的介質中H深處 由于一般人的瞳孔線度為2 3mm 因此i和r角都很小 則sini tani sinr tanr 由折射定律知 如果從折射率為n的介質中觀察正上方距液面高為H的物體 同理可得h nH h為視高 利用視深 視高公式 不僅可以簡捷地測定介質折射率 而且還可以方便地分析和解決與視深 視高有關的問題 Thankyou 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全