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1、第十三章 光,1 光的反射和折射,讀一讀,辨一辨,閱讀教材第44、45頁(yè),認(rèn)識(shí)光的反射現(xiàn)象,理解反射定律。認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象,理解折射定律,會(huì)利用折射定律解釋相關(guān)光現(xiàn)象和計(jì)算有關(guān)問(wèn)題。 1.什么是光的反射? 答案：光從一種介質(zhì)照射到與另一種介質(zhì)的分界面時(shí),一部分光會(huì)返回到第一種介質(zhì)的現(xiàn)象。 2.什么是反射定律? 答案：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);反射角等于入射角。 3.什么是光的折射? 答案：光從一種介質(zhì)斜射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí),進(jìn)入另一種介質(zhì)的一部分光線傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。,讀一讀,辨一辨,4.什么是折射定律? 答案：折射光線與入射光線、法

2、線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比。,讀一讀,辨一辨,二、折射率 閱讀教材第45~47頁(yè),理解折射率的概念,會(huì)測(cè)定玻璃的折射率。 1.折射率的概念是什么? 答案：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí),入射角的正弦與折射角的正弦之比,叫作這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率,簡(jiǎn)稱折射率,用符號(hào)n表示。 2.折射率的物理意義是什么? 答案：是一個(gè)與介質(zhì)有關(guān)的常數(shù),反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。 3.折射率有什么特點(diǎn)? 答案：任何介質(zhì)的折射率都大于1。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。 (1)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向就會(huì)變化。 ( ) 解析：如果光垂直分界面入射時(shí),光

3、的傳播方向就不會(huì)變化。 答案： (2)介質(zhì)的密度越大,其折射率一定也越大。( ) 解析：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,其折射率不一定大。 答案： (3)光從真空斜射入任何介質(zhì)時(shí),入射角均大于折射角。 ( ) 答案：√,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象中,光分別是在幾種介質(zhì)中傳播? 答案：反射現(xiàn)象中,光在一種介質(zhì)中傳播;折射現(xiàn)象中,光在兩種介質(zhì)中傳播。 (2)反射是不是只發(fā)生在透明介質(zhì)的表面? 答案：不是,不透明介質(zhì)的表面也能發(fā)生反射。 (3)若光從空氣進(jìn)入水中,折射定律中的比例常數(shù)n12的1和2分別代表什么介質(zhì)? 答案：比例常數(shù)n12的1是空氣,2是水。

4、,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,對(duì)光的折射現(xiàn)象的理解 有經(jīng)驗(yàn)的漁民叉魚(yú)時(shí),不是正對(duì)著看到的魚(yú)去叉,而是對(duì)著所看到魚(yú)的下方叉,如圖所示。你知道這是為什么嗎?,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,要點(diǎn)提示： 從魚(yú)身上反射的光線由水中進(jìn)入空氣時(shí),在水面上發(fā)生折射,折射角大于入射角,折射光線進(jìn)入人眼,人眼逆著折射光線的方向看去,就會(huì)覺(jué)得魚(yú)變淺了,眼睛看到的是魚(yú)的虛像,在魚(yú)的上方,所以叉魚(yú)時(shí)要瞄準(zhǔn)像的下方,如圖所示。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,1.光的方向:光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向一般要發(fā)生變化,但并非一定要變化,當(dāng)光垂

5、直界面入射時(shí),光的傳播方向就不變化。 2.光的速度:光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),速度一定變化,當(dāng)光垂直界面入射時(shí),光的傳播方向雖然不變,但也屬于折射現(xiàn)象,因?yàn)楣鈧鞑サ乃俣劝l(fā)生了變化。 3.入射角與折射角的大小關(guān)系:光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí),折射角與入射角的大小關(guān)系不要一概而論,要視兩種介質(zhì)的折射率大小關(guān)系而定。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,4.對(duì)折射現(xiàn)象的理解 (1)特殊情況:當(dāng)光垂直于界面入射時(shí),雖然光的傳播方向不變,但光速變了,因此也屬于折射。 (2)光線的偏折方向:光線從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì),折射光線向法線偏折,反之將偏離法線。 (3

6、)光路可逆性:光由介質(zhì)射入空氣或真空時(shí),折射角θ2大于入射角θ1。根據(jù)光路可逆,可認(rèn)為光由空氣或真空以入射角θ2入射,對(duì)應(yīng)的折射角為θ1。 在折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,【例題1】 導(dǎo)學(xué)號(hào)73884089如圖所示,一小孩站在寬6 m的河邊,在他正對(duì)面的岸邊有一距離河面高度為3 m的樹(shù),樹(shù)的正下方河底有一塊石頭,小孩向河面看去,可同時(shí)看到樹(shù)頂和石頭兩者的像,并發(fā)現(xiàn)兩個(gè)像重合,若小孩的眼睛離河面高為1.5 m,河水的折射率為 ,試估算河水深度。,【思考問(wèn)題】 解答本題的思路是什么? 提示：根據(jù)題意,正確作出光路圖,明確入射角、反射角、折射角

7、間的關(guān)系是解答此題的關(guān)鍵。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,解析：樹(shù)頂反射和石頭折射成像的光路圖如圖所示,把②③代入①得h=5.3 m。 答案：5.3 m,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練1一條光線以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 >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

8、<φ<140,故選項(xiàng)C正確。 答案：C,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,歸納總結(jié)解決光的反射、折射問(wèn)題的方法 (1)根據(jù)題意準(zhǔn)確、規(guī)范地畫(huà)出光路圖,確定好界面和法線。 (2)在光路圖中找出入射角、反射角和折射角,利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系,與折射定律n= 中的各量準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。結(jié)合數(shù)學(xué)的三角函數(shù)的知識(shí)進(jìn)行運(yùn)算,必要時(shí)可利用光路可逆原理輔助解題。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,對(duì)折射率的理解 下表是在探究光由真空射入某種透明介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)的規(guī)律時(shí)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),請(qǐng)?jiān)诒砀窕A(chǔ)上思考以下問(wèn)題:,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例

9、剖析,(1)隨著入射角的增大,折射角怎樣變化? (2)當(dāng)入射角與折射角發(fā)生變化時(shí),有沒(méi)有保持不變的量? 要點(diǎn)提示：(1)折射角增大。 (2)在誤差允許的范圍內(nèi), 保持不變。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.關(guān)于正弦值:當(dāng)光由真空射入某種介質(zhì)時(shí),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(gè)常數(shù)。 2.關(guān)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(gè)常數(shù),但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù),說(shuō)明常數(shù)反映了該介質(zhì)的光學(xué)特性。 3.折射率與光速的關(guān)系:光在介質(zhì)中的傳播速度v跟介質(zhì)的折射率n有關(guān),即n= 。由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何其他介質(zhì)中的傳播速

10、度v,所以任何介質(zhì)的折射率n都大于1。 4.決定因素:介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量,它的大小由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同決定,不隨入射角、折射角的變化而變化。 光從一種介質(zhì)垂直射入另一種介質(zhì)時(shí),雖然光的傳播方向沒(méi)有變,但光也算發(fā)生了折射現(xiàn)象。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】 光線以60的入射角從空氣射入玻璃中,折射光線與反射光線恰好垂直。(真空中的光速c=3.0108 m/s) (1)畫(huà)出折射光路圖。 (2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度。 (3)當(dāng)入射角變?yōu)?5時(shí),折射角的正弦值是多大? (4)當(dāng)入射角增大或減小時(shí),玻璃的折射率是否變化?

11、 解析：(1)由題意知入射角θ1=60,反射角θ=60,折射角θ2=180-60-90=30,光路圖如圖所示。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(4)折射率不會(huì)變化,折射率由介質(zhì)和入射光線的頻率決定,跟入射角的大小無(wú)關(guān)。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2導(dǎo)學(xué)號(hào)73884090如圖所示,一束激光垂直于AC面照射到等邊玻璃三棱鏡的AB面上。已知AB面的反射光線與折射光線的夾角為90。光在真空中的傳播速度為c。求: (1)玻璃的折射率。 (2)激光在玻璃中傳播的速度。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：(1)如圖所示,

12、由幾何關(guān)系知:光在AB界面的入射角θ1=60,折射角θ2=30,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,歸納總結(jié)解決折射率問(wèn)題的注意點(diǎn) (1)在求折射率的問(wèn)題上,要分清楚入射角與折射角。若光從真空斜射入介質(zhì),則n= ,若光從介質(zhì)斜射入真空,則n= ,其中θ1、θ2分別為入射角和折射角。 (2)所有物質(zhì)的折射率都大于1。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,測(cè)定玻璃的折射率 做實(shí)驗(yàn)用的玻璃磚是梯形的,我們通常用兩個(gè)相互平行的面來(lái)測(cè)定玻璃的折射率,想一想是否可以用相鄰的兩個(gè)不平行的面來(lái)測(cè)定玻璃的折射率呢? 要點(diǎn)提示：可以。根據(jù)光的折射定律,只要確定了入射光

13、線和折射光線,就可以測(cè)定出玻璃磚的折射率。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)如圖所示,將白紙用圖釘釘在平木板上。 (2)在白紙上畫(huà)出一條直線aa作為界面(線),過(guò)aa上的一點(diǎn)O畫(huà)出界面的法線NN,并畫(huà)一條線段AO作為入射光線。 (3)把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上,使它的長(zhǎng)邊跟aa對(duì)齊,畫(huà)出玻璃磚的另一邊bb。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(4)在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2,透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線方向直到P2的像擋住P1的像,再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P

14、4擋住P3及P1、P2的像,記下P3、P4的位置。 (5)移去大頭針和玻璃磚,過(guò)P3、P4所在處作直線OB與bb交于O,直線OB就代表了沿AO方向入射的光線通過(guò)玻璃磚后的傳播方向。 (6)連接OO,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠OON,用量角器量出入射角和折射角。 (7)用上述方法測(cè)出入射角θ1分別為30、45、60時(shí)的折射角θ2。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,2.數(shù)據(jù)處理 (1)計(jì)算法:通過(guò)測(cè)量入射角和折射角,然后查數(shù)學(xué)用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入n= 中求多次不同入射角時(shí)n的值,然后取其平均值,即為玻璃磚的折射率。 (2)圖象法:求出多組對(duì)應(yīng)

15、的入射角與折射角的正弦值,作出sin θ1-sin θ2圖象,由n= 可知圖象應(yīng)為直線,如圖所示,其斜率為折射率。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(3)單位圓法:在不使用量角器的情況下,可以用畫(huà)單位圓法。 ①以入射點(diǎn)O為圓心,以一定長(zhǎng)度R為半徑畫(huà)圓,交入射光線OA于E點(diǎn),交折射光線OO于E點(diǎn),過(guò)E作NN的垂線EH,過(guò)E作NN的垂線EH,如圖所示。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,3.注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)時(shí),盡可能將大頭針豎直插在紙上,且大頭針之間及大頭針與光線轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間的距離要稍大一些。 (2)入射角θ1應(yīng)適當(dāng)大一些,以減小測(cè)量角度的誤差,但入

16、射角不宜太大。 (3)在操作時(shí),手不能觸摸玻璃磚的光潔面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫(huà)界線。 (4)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變。 (5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5 cm以上。若寬度太小,則測(cè)量誤差較大。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,4.實(shí)驗(yàn)誤差 (1)入射光線和出射光線畫(huà)得不夠精確。因此,要求插大頭針時(shí)兩大頭針間距應(yīng)稍大。 (2)入射角、折射角測(cè)量不精確。為減小測(cè)角時(shí)的相對(duì)誤差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大時(shí),反射光較強(qiáng),折射光會(huì)相對(duì)較弱。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題3】 導(dǎo)學(xué)號(hào)73884091在測(cè)定玻璃

17、的折射率實(shí)驗(yàn)中,主要步驟如下: (1)如圖,在放置好平行玻璃磚的白紙上豎直插上大頭針P1、P2確定入射光線,然后在另一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察,插上大頭針P3,使它擋住P2、P1的像,接著插上第四枚大頭針P4,使它擋住 。 (2)撤去玻璃磚,在實(shí)驗(yàn)記錄圖(如圖)中補(bǔ)畫(huà)出完整的光路圖。 (3)根據(jù)正確的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算,求得該玻璃磚的折射率n= (保留一位小數(shù))。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：(1)第四枚大頭針P4要擋住P3及P2、P1的像。 (2)光路如圖所示。 (3)根據(jù)正確的光路圖進(jìn)行測(cè)量可得入射角θ1=45,折射角 θ2=30,得該玻璃磚的折射率

18、 。 答案：(1)P3及P2、P1的像 (2)光路圖見(jiàn)解析 (3)1.4,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練3某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量液體折射率的儀器,如圖所示。在一個(gè)圓形木盤上過(guò)其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF,在半徑OA上垂直圓盤面插下兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2的位置不變,每次測(cè)量時(shí),讓圓盤的BFC部分豎直浸入液體中,而且總使得液面與直徑BC相平,EF為界面的法線,而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像,并在圓周上插上大頭針P3,使P3正好擋住P1、P2。同學(xué)們通過(guò)計(jì)算,預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值。這樣只要根據(jù)P3所插的位置,就

19、可直接讀出液體折射率的值。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(1)若∠AOF=30,OP3與OC的夾角為30,則P3處所對(duì)應(yīng)的折射率的值為 。 (2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對(duì)應(yīng)的折射率值大? 。 (3)作AO的延長(zhǎng)線交圓周于K,K處所對(duì)應(yīng)的折射率的值應(yīng)為 。 解析：(1)此時(shí)OP3與OE之間的夾角為入射角,θ1=60,θ2=30,,(2)P4對(duì)應(yīng)的入射角大,折射角相同,所以對(duì)應(yīng)的折射率大。 (3)當(dāng)在K位置時(shí),入射角與折射角相等,所以折射率等于1。 答案：(1) (2)P4 (3)1,1 2 3 4,,,,,1.(考查對(duì)折射率的理解)關(guān)于折射率,下列

20、說(shuō)法正確的是 ( ),D.以上說(shuō)法都不對(duì) 解析：某種介質(zhì)的折射率只與介質(zhì)本身有關(guān),與角度無(wú)關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;介質(zhì)的折射率都大于1,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由n= 可知,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。 答案：C,1 2 3 4,,,,,2.(考查光的折射定義)關(guān)于光的折射,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ( ) A.折射光線一定在法線和入射光線所確定的平面內(nèi) B.入射光線和法線與折射光線不一定在一個(gè)平面內(nèi) C.入射角總大于折射角 D.光線從空氣斜射入玻璃時(shí),入射角大于折射角 解析：根據(jù)折射定律,入射光線、折射光線和法線一定在同一平面內(nèi),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;入射角不一定總大于折射角,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案：BC,1 2 3 4,,,,

21、,3.(考查光的反射角、折射角)一束光線與水面方向成30,從空氣射入水中,其反射光線和折射光線恰好垂直,則反射角和折射角分別為( ) A.30,30 B.60,60 C.60,30 D.30,60 解析：畫(huà)光路圖如圖所示,入射角與反射角相等,故入射角為60,反射角也為60,故選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤;由幾何知識(shí),折射角為30,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確。 答案：C,1 2 3 4,,,,,4.導(dǎo)學(xué)號(hào)73884092(考查折射率的測(cè)定方法)某同學(xué)用“插針?lè)ā弊鰷y(cè)定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí),他的方法和操作步驟都正確無(wú)誤,但他處理實(shí)驗(yàn)記錄時(shí),發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面aa和bb不平行,如圖,則( ),A.P1P2與P3P4兩條直線平行 B.P1P2與P3P4兩條直線不平行 C.他測(cè)出的折射率偏大 D.他測(cè)出的折射率不受影響,1 2 3 4,,,,,α=θ2,出射光線OB與入射光線AO平行。若aa和bb不平行,則有θ1≠β,進(jìn)而有α≠θ2,出射光線OB與入射光線AO不平行,故選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;在用“插針?lè)ā睖y(cè)玻璃的折射率時(shí),只要實(shí)驗(yàn)方法正確,光路準(zhǔn)確無(wú)誤,結(jié)論必定是正確的,它不會(huì)受玻璃磚形狀的影響,選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤。 答案：BD,