浙江省2018-2019版高中物理 第十三章 光 第1課時(shí) 光的反射和折射學(xué)案 新人教版選修3-4.doc
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第1課時(shí) 光的反射和折射 [研究選考把握考情] 知識(shí)內(nèi)容 光的反射和折射 考試要求 加試c 教學(xué)要求 1.知道光在反射與折射時(shí)光路可逆 2.掌握光的反射與折射定律 3.知道折射率的定義和表達(dá)式，知道折射率的決定因素 說(shuō)明 不要求引入相對(duì)折射率的概念 知識(shí)點(diǎn)一 反射定律和折射定律 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.光的反射及反射定律 (1)光的反射：光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光會(huì)返回到第1種介質(zhì)的現(xiàn)象。 (2)反射定律：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。 2.光的折射及折射定律 (1)光的折射：光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光會(huì)進(jìn)入第2種介質(zhì)的現(xiàn)象。 (2)入射角、折射角 入射角：入射光線與法線間的夾角。 折射角：折射光線與法線間的夾角。 (3)折射定律 折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(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，即＝n12。 3.與光的反射現(xiàn)象一樣，在光的折射現(xiàn)象中，光路也是可逆的。 [即 學(xué) 即 練] 關(guān)于光的反射與折射現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是( ) A.光發(fā)生反射時(shí)，光的傳播方向一定改變 B.光發(fā)生反射時(shí)，光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90 C.光發(fā)生折射時(shí)，一定伴隨著反射 D.光發(fā)生折射時(shí)，光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90 解析 由光的反射定律可知，反射角等于入射角，不管入射角多大，光發(fā)生反射時(shí)，光的傳播方向都要改變，選項(xiàng)A正確；光發(fā)生反射時(shí)，當(dāng)入射角等于45時(shí)，光的傳播方向偏轉(zhuǎn)90，選項(xiàng)B正確；光從一種介質(zhì)射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一定有部分光發(fā)生反射，選項(xiàng)C正確；光發(fā)生折射時(shí)，光的傳播方向偏轉(zhuǎn)一定小于90，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 ABC 知識(shí)點(diǎn)二 折射率 [基 礎(chǔ) 梳 理] 1.定義：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，叫做這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率，用符號(hào)n表示。 2.折射率與光速的關(guān)系：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝。 3.任何介質(zhì)的折射率n都大于1。 [要 點(diǎn) 精 講] 要點(diǎn)1 對(duì)折射率的理解 (1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，其大小由介質(zhì)本身及入射光的頻率決定，與入射角、折射角的大小無(wú)關(guān)。 (2)應(yīng)用n＝計(jì)算介質(zhì)的折射率時(shí)，注意θ1為真空中的光線與法線的夾角，不一定為入射角；θ2為介質(zhì)中光線與法線的夾角，也不一定為折射角。 【例1】 關(guān)于折射率，下列說(shuō)法正確的是( ) A.根據(jù)＝n12可知，介質(zhì)的折射率與入射角的正弦成正比 B.根據(jù)＝n12可知，介質(zhì)的折射率與折射角的正弦成反比 C.根據(jù)n＝可知，介質(zhì)的折射率與光在該介質(zhì)中的傳播速度成反比 D.同一頻率的光由真空進(jìn)入某種介質(zhì)時(shí)，折射率與波長(zhǎng)成反比 解析 介質(zhì)的折射率是一個(gè)反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)A、B均錯(cuò)；由于真空中的光速是個(gè)定值，故n與v成反比是正確的，這也說(shuō)明折射率與光在該介質(zhì)中的傳播速度是有聯(lián)系的，選項(xiàng)C正確；由于v＝λf，當(dāng)f一定時(shí)，v與λ成正比，又n與v成反比，故n與λ也成反比，選項(xiàng)D正確。 答案 CD 名師點(diǎn)睛 折射率n反映了介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)，它的大小只由介質(zhì)本身和入射光的頻率決定，與入射角和折射角的大小無(wú)關(guān) ，切不可認(rèn)為n與入射角的正弦成正比，與折射角的正弦成反比。 【跟蹤訓(xùn)練1】 如圖1所示，在空氣中有一直角棱鏡ABC，∠A＝30，一束單色光從AB邊射入棱鏡，入射角為45，垂直于BC邊射出，則該棱鏡的折射率為( ) 圖1 A. B. C.1.5 D. 解析 由圖中幾何關(guān)系可知光在AB界面的折射角為30，故其折射率n＝＝，B正確。 答案 B 要點(diǎn)2 解決光的折射問(wèn)題的基本思路 (1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖。 (2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角是入射光線、折射光線與法線的夾角。 (3)利用折射定律n＝、折射率與光速的關(guān)系n＝列方程，結(jié)合數(shù)學(xué)三角函數(shù)的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。 【例2】 一半徑為R的球體放置在水平面上，球體由折射率為的透明材料制成。現(xiàn)有一束位于過(guò)球心O的豎直平面內(nèi)的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再?gòu)呢Q直表面射出，如圖2所示。已知入射光線與桌面的距離為R。求出射角θ。 圖2 解析 設(shè)入射光線與球體的交點(diǎn)為C，連接OC，OC即入射點(diǎn)的法線。因此，圖中的角α為入射角。過(guò)C點(diǎn)作球體豎直表面的垂線，垂足為B。 依題意，∠OCB＝α。又由△OBC知sin α＝?、? 設(shè)光線在C點(diǎn)的折射角為β，由折射定律得 ＝?、? 由①②式得β＝30 ③ 由幾何關(guān)系知，光線在球體的豎直表面上的入射角γ為30。由折射定律得＝?、? 因此sin θ＝，解得：θ＝60。 答案 60 名師點(diǎn)睛 在解決光的折射問(wèn)題中正確畫出光路圖是前提，利用幾何關(guān)系確定邊、角關(guān)系是關(guān)鍵。 知識(shí)點(diǎn)三 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率 [要 點(diǎn) 精 講] 操作指要 1.將白紙用圖釘固定在繪圖板上。 2.在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線)，過(guò)aa′上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN′，并畫一條線段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，畫出玻璃磚的另一邊bb′。 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擋住P1的像。再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4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O′B，與bb′交于O′，直線O′B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α＝∠AON，折射角β＝∠O′ON′。用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。 7.用上述方法分別求出入射角分別為30、45、60時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中。 8.算出不同入射角時(shí)的比值，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的平均值，即為玻璃磚折射率的測(cè)量值。 【例3】 (201711月浙江選考考試，21)在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)， (1)下列做法正確的是________。 A.入射角越大，誤差越小 B.在白紙上放好玻璃磚后，用鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面 C.實(shí)驗(yàn)時(shí)既可用量角器，也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測(cè)量 D.判斷像與針是否在同一直線時(shí)，應(yīng)該觀察大頭針的頭部 (2)小明同學(xué)在插針時(shí)玻璃磚的位置如圖3所示，根據(jù)插針與紙上已畫的界面確定入射點(diǎn)與出射點(diǎn)，依據(jù)上述操作所測(cè)得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。 圖3 (3)小明同學(xué)經(jīng)正確操作后，在紙上留下四枚大頭針的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃磚的兩個(gè)邊，如圖所示，請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上畫出光路圖。 解析 (1)本實(shí)驗(yàn)在應(yīng)用插針?lè)〞r(shí)，角度不宜過(guò)大，否則很難確定折射角，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在實(shí)驗(yàn)前，用鉛筆貼著光學(xué)面畫出玻璃磚的上、下表面，可能會(huì)損壞光學(xué)面，應(yīng)該鉛筆貼著上、下表面各選兩個(gè)點(diǎn)，拿走玻璃磚畫出界面，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)通過(guò)n＝，也可以通過(guò)畫圓，通過(guò)sin θ＝，sin θ2＝，故n＝＝，將角度的正弦之比轉(zhuǎn)化為對(duì)邊之比，所以選項(xiàng)C正確；在觀察是否在一條直線時(shí)，應(yīng)該觀察大頭針底部，所以D錯(cuò)誤。 (2)如右圖，實(shí)線部分為插針時(shí)玻璃磚所在位置，即真實(shí)情況，設(shè)此時(shí)入射角和折射角分別為θ1、θ2，折射率真實(shí)值為n，則n＝；虛線部分為處理數(shù)據(jù)時(shí)玻璃磚所在位置，設(shè)玻璃磚轉(zhuǎn)過(guò)角度為α，折射率測(cè)量值為n′，n′＝，故n′下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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