《2018-2019學(xué)年高中物理 13.1 光的反射和折射課件 新人教版選修3-4.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 13.1 光的反射和折射課件 新人教版選修3-4.ppt（107頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第十三章光1光的反射和折射,一、光的反射與反射定律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，一部分光會_____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_________內(nèi)；反射光線與入射光線分別位于_____的兩側(cè)；反射角_____(選填“大于”“小于”或“等于”)入射角。,返回,同一平面,法線,等于,二、光的折射與折射定律,1.光的折射:光從一種介質(zhì)_____到兩種介質(zhì)的分界面時，進入另一種介質(zhì)的一部分光線傳播方向發(fā)生_____的現(xiàn)象。2.入射角與折射角:(1)入射角:入射光線與_____的夾角。(2)折射角:折射光線與_____的夾角。,斜射,改變,法線,法線,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_____；入射角的正弦與折射角的正弦成_____。4.光路可逆:在光的反射和折射現(xiàn)象中，光路都是_____的。,兩側(cè),正比,可逆,三、折射率1.意義:反映介質(zhì)的_________的物理量。2.定義:光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦_____，叫這種介質(zhì)的折射率。n12=______。,光學(xué)性質(zhì),之比,3.折射率與光速的關(guān)系:某種介質(zhì)的折射率，等于光在_____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=____。4.特點:任何介質(zhì)的折射率都大于1。,真空,【思考辨析】(1)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，傳播方向一定發(fā)生變化。()(2)折射角增大為原來的2倍，入射角也增大為原來的2倍。()(3)光在同一種均勻介質(zhì)中傳播時，也可以發(fā)生折射現(xiàn)象。(),(4)當入射角為0時，折射角也等于0。()(5)入射角變化，折射角也隨之變化，但入射角一定大于折射角。(),提示:(1)。當光從一種介質(zhì)垂直進入另一種介質(zhì)時，傳播方向不發(fā)生變化。(2)。根據(jù)=n可知，折射角增大為原來的2倍，入射角并不增大為原來的2倍。,(3)。光在同一種均勻介質(zhì)中傳播時，沿直線傳播，方向不變，不發(fā)生折射。(4)√。當入射角為0時，折射角也為0，這是折射現(xiàn)象中的特殊情況。(5)。當光由空氣斜射入介質(zhì)中時，入射角大于折射角；但當光由介質(zhì)射入空氣中時，由于光路可逆，入射角小于折射角。,知識點一光的折射探究導(dǎo)入:有經(jīng)驗的漁民叉魚時，不是正對著看到的魚去叉，而是對著所看到魚的下方叉，如圖所示。你知道這是為什么嗎？,提示:從魚身上反射的光線由水中進入空氣時，在水面上發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進入人眼，人眼會逆著折射光線的方向看去，就會覺得魚變淺了，眼睛看到的是魚的虛像，在魚的上方，所以叉魚時要瞄準像的下方，如圖所示。,【歸納總結(jié)】1.光的傳播方向:光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)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(zhì)進入另一種介質(zhì)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，光傳播的速度發(fā)生變化。,3.入射角與折射角的大小關(guān)系:(1)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，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)的折射率大小而定。(2)當光從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì)時，入射角大于折射角，當光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時，入射角小于折射角。,【特別提醒】(1)應(yīng)用折射定律和反射定律解題的關(guān)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。,【典題通關(guān)】【典例】(2016全國卷Ⅲ)如圖，玻璃球冠的折射率為，其底面鍍銀①，底面的半徑是球半徑的倍；在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點，該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點②。求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角③。,【審題關(guān)鍵】,【正確解答】設(shè)球的半徑為R，球冠底面中心為O′，連接OO′，則OO′⊥AB，設(shè)∠OAO′=α，則有cosα=即α=30。,由題意MA⊥AB，得∠OAM=60，如圖所示。設(shè)M點的入射角、折射角分別為i、r，N點的入射角為i1，玻璃的折射率為n，由于△OAM為等邊三角形，則有i=60根據(jù)折射定律有:sini=nsinr，將n=代入，可得r=30過N點作法線NE，由于NE平行于AM，有i1=30,由反射定律知反射角i2=30連接N、O，由幾何關(guān)系知∠MNO=60，故∠ENO=30由于∠ENO為反射角，NO為反射光線，這一光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向，所以光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角β=180-∠ENO=150答案:150,【規(guī)律方法】解決光的折射問題的常規(guī)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、折射角均是與法線的夾角。(3)利用折射定律、折射率公式列式求解。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(2018長春高二檢測)如圖所示，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(),【解析】選B。由光路圖和幾何知識得i′=60，i=30，則該棱鏡的折射率為n=故選B。,2.如圖，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。,【解析】(1)如圖所示，由幾何關(guān)系知:光在AB界面的入射角θ1=60，折射角θ2=30，則n=,(2)由n=得答案:,【補償訓(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40B.在50～100C.在100～140D.大于140,【解析】選C。由=n>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<φ<140，故C正確。,2.(多選)一束光從介質(zhì)1進入介質(zhì)2，方向如圖所示，下列對于1、2兩種介質(zhì)的光學(xué)屬性的判斷正確的是()A.介質(zhì)1的折射率小B.介質(zhì)1的折射率大C.光在介質(zhì)1中的傳播速度大D.光在介質(zhì)2中的傳播速度大,【解析】選B、D。由圖可知，光由介質(zhì)1射入介質(zhì)2后折射角大于入射角，故介質(zhì)1的折射率大于介質(zhì)2的折射率，故選項A錯，B對；由n=得v=，故光在介質(zhì)1中的傳播速度小，在介質(zhì)2中的傳播速度大，故選項C錯，D對。,3.一賽艇停在平靜的水面上，賽艇前端有一標記P離水面的高度為h1=0.6m；賽艇正前方離賽艇前端s1=0.8m處有一浮標，示意如圖。一潛水員在浮標前方s2=3.0m處下潛到深度為h2=4.0m時，看到標記剛好被浮標擋住。求水的折射率n。,【解析】設(shè)過P點光線恰好被浮子擋住時，入射角、折射角分別為α、β，則:,由①②③得:n=答案:,4.如圖所示，一束光線以60的入射角射到一水平放置的平面鏡上，反射后在正上方與平面鏡平行的光屏上留下一光點A?，F(xiàn)將一塊上下兩面平行的透明體平放在平面鏡上，如圖中虛線所示，則進入透明體的光線經(jīng)平面鏡反射后再從透明體的上表面射出，打在光屏上的光點P與原來相比向左平移了3.46cm，已知透明體對光的折射率為。,(1)透明體的厚度為多大？(2)光在透明體里運動的時間為多長？,【解析】(1)由n=得sinβ=故β=30。設(shè)透明體的厚度為d，由題意及光路有2dtan60-2dtan30=Δs，解得:d=1.5cm,(2)光在透明體里運動的速度v=光在透明體里運動的路程s=光在透明體里運動的時間t==210-10s答案:(1)1.5cm(2)210-10s,知識點二折射率探究導(dǎo)入:如表所示是在探究光由真空射入某種透明介質(zhì)發(fā)生折射時的規(guī)律時得到的實驗數(shù)據(jù)，請在表格基礎(chǔ)上思考以下問題:,(1)隨著入射角的增大，折射角怎樣變化？(2)當入射角與折射角發(fā)生變化時，有沒有保持不變的量？提示:(1)由表格可以看出折射角隨入射角的增大而增大。(2)由表格可以看出，在誤差允許的范圍內(nèi)，入射角的正弦與折射角的正弦的比值總是保持不變。,【歸納總結(jié)】1.關(guān)于正弦值:當光由真空射入某種介質(zhì)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(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常數(shù)，但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說明常數(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:(1)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)中的傳播速度v，所以任何介質(zhì)的折射率n都大于1。(2)某種介質(zhì)的折射率越大，光在該介質(zhì)中的傳播速度越小。,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，與入射角、折射角無關(guān)，不隨入射角、折射角的變化而變化。,5.“相對折射率”與“絕對折射率”:光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時，入射角θ1與折射角θ2的正弦之比叫作介質(zhì)2對介質(zhì)1的相對折射率，通常用n12表示。若介質(zhì)1是真空，則介質(zhì)2相對真空的折射率叫作該介質(zhì)的絕對折射率，通常用n表示。設(shè)介質(zhì)1的絕對折射率為n1，介質(zhì)2的絕對折射率為n2，則n12=,【易錯提醒】誤區(qū)1:誤認為折射率定義式中θ1一定是入射角產(chǎn)生誤區(qū)的原因是對折射率定義理解不清，θ1是真空(空氣)中的光線與法線的夾角，不一定是入射角；θ2是介質(zhì)中的光線與法線的夾角，不一定是折射角。,誤區(qū)2:誤認為介質(zhì)的密度越大，折射率越大這是由于不理解折射率和密度的關(guān)系，介質(zhì)的折射率和密度沒有必然的聯(lián)系，密度大，折射率不一定大。,誤區(qū)3:誤認為折射率n與sinθ1成正比，與sinθ2成反比其原因是對n=只從數(shù)學(xué)表達式上理解，不理解折射率n的實質(zhì)，其大小與入射角、折射角的大小無關(guān)。,【典題通關(guān)】【典例】(2018全國卷Ⅰ)如圖，△ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面，∠A=30。一束紅光垂直AB邊射入，從AC邊上的D點射出，其折射角為60，則玻璃對紅光的折射率為____。若改用藍光沿同一路徑入射，則光線在D點射出時的折射角_____(選填“小于”“等于”或“大于”)60。,【解題探究】(1)光從AC邊射出后折射角與入射角關(guān)系如何？提示：光從介質(zhì)斜射入空氣時折射角大于入射角。(2)改用藍光入射，折射角如何變化？提示：變大。,【正確解答】根據(jù)折射率公式可知紅光的折射率n=因為藍光的折射率比紅光的折射率大，則光線在D點射出時的折射角大于60。答案：大于,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(2017北京高考)如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍光，則光束a可能是()A.紅光B.黃光C.綠光D.紫光,【解析】選D。a、b兩束單色光穿過平行玻璃磚后，a單色光的側(cè)移量更大，所以a單色光比b單色光的折射率更大，a單色光比b單色光的頻率大，因為b單色光為藍光，所以a單色光可能為紫光，D選項正確。,2.在直角三角形玻璃磚ABC中，∠A=30，平放于水平桌面上，如圖為其俯視圖。一束單色光以45的入射角水平射入其AB面，在AB面折射后又在AC面處發(fā)生一次反射，最后垂直于BC面穿出玻璃磚。求這種玻璃對這束單色光的折射率。,【解析】由題意可知，光路圖如圖所示。由幾何關(guān)系知，AB面處的折射角為30。所以，折射率n=答案:,知識點三測定玻璃的折射率探究導(dǎo)入:如圖所示是一種測量玻璃折射率的常用方法——插針法。請問該方法的原理是什么？,提示:利用了光在同一均勻介質(zhì)中沿直線傳播的原理。,【歸納總結(jié)】1.實驗?zāi)康?掌握測定玻璃折射率的方法。2.實驗原理:用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應(yīng)的折射光線，用量角器測出入射角θ1和折射角θ2，根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率n=,3.實驗器材:玻璃磚、白紙、木板、大頭針四枚、圖釘四枚、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆。,4.實驗步驟:(1)如圖所示，將白紙用圖釘釘在平木板上。,(2)在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線)，過aa′上的一點O畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線。(3)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，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，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玻璃磚后的傳播方向。(6)連接OO′，入射角θ1=∠AON，折射角θ2=∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角。(7)用上述方法測出入射角分別為30、45、60時的折射角。,5.數(shù)據(jù)處理:(1)計算法:通過測量入射角和折射角，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:求出多組對應(yīng)的入射角與折射角的正弦值，作出sinθ1-sinθ2圖象，由n=可知圖象應(yīng)為直線，如圖所示，其斜率為折射率。,(3)單位圓法:在不使用量角器的情況下，可以用畫單位圓法。①以入射點O為圓心，以一定長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點，交折射光線OO′于E′點，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′，如圖所示。,②由圖中關(guān)系sinθ1=，sinθ2=，OE=OE′=R，則n=只要用刻度尺測出EH、E′H′的長度就可以求出n。,6.注意事項:(1)實驗時，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)折點之間的距離要稍大一些。(2)入射角θ1應(yīng)適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大。,(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面，更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。(4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。,7.實驗誤差:(1)入射光線和出射光線畫得不夠精確。因此，要求插大頭針時兩大頭針間距應(yīng)稍大。(2)入射角、折射角測量不精確。為減小測角時的相對誤差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角太大時，反射光較強，折射光會相對較弱。,【特別提醒】(1)減小實驗誤差方面:實驗時大頭針要插得豎直，且間距適當大一些，入射角適當大一些。(2)避免操作錯誤方面:玻璃磚與白紙的相對位置保持不變。,【典題通關(guān)】【典例】(2016四川高考)某同學(xué)通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑。該同學(xué)測得多組入射角i和折射角r，作出sini-sinr圖象如圖乙所示。則(),A.光由A經(jīng)O到B，n=1.5B.光由B經(jīng)O到A，n=1.5C.光由A經(jīng)O到B，n=0.67D.光由B經(jīng)O到A，n=0.67,【正確解答】選B。由圖線可知可得n=1.5；因i是入射角，r是折射角，折射角大于入射角，故光由B經(jīng)O到A，故選B。,【規(guī)律方法】測定玻璃折射率的基本思路(1)確定一條從空氣斜射入玻璃(或者從玻璃斜射入空氣)的光路。(2)通過作圖確定入射角和折射角。(3)由折射率的定義n=計算出玻璃的折射率。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)某同學(xué)用插針法測定玻璃磚的折射率，他的實驗方法和操作步驟正確無誤。但他處理實驗記錄時發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個光學(xué)面aa′與bb′不平行，如圖所示。則(),A.AO與O′B兩條直線平行B.AO與O′B兩條直線不平行C.他測出的折射率偏大D.他測出的折射率不受影響,【解析】選B、D。如圖所示，在光線由aa′面進入玻璃磚的偏折現(xiàn)象中，由折射定律知:n=。,在光線由bb′射出玻璃磚的現(xiàn)象中，同理得n=若aa′與bb′平行，則i=β，因此α=r，此時入射光線AO與出射光線O′B平行。若aa′與bb′不平行，則i≠β，α≠r。此時入射光線AO與出射光線O′B不平行，B正確。在具體測定折射率時，要求實驗方法、光路均準確無誤，折射率的測量值不受aa′與bb′是否平行的影響，D正確。,2.(2018福州高二檢測)在做測定玻璃折射率n的實驗時:,(1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面ab和cd時不慎碰了玻璃磚使它向ab方向平移了一些，如圖甲所示，其后的操作都正確。但畫光路圖時，將折射點確定在ab和cd上，則測出的n值將__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。,(2)乙同學(xué)為了避免筆尖接觸玻璃面，畫出的a′b′和c′d′都比實際界面向外側(cè)平移了一些，如圖乙所示，以后的操作均正確，畫光路圖時將入射點和折射點都確定在a′b′和c′d′上，則所測出的n值將__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。,(3)丙同學(xué)在操作和作圖時均無失誤，但所用玻璃磚的兩個界面明顯不平行。這時測出的n值將__________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。,【解析】(1)用插針法“測定玻璃磚折射率”的實驗原理是折射定律n=，如圖甲所示，實線表示玻璃磚向上平移后實際的光路圖，虛線表示作圖光路圖，由圖看出，畫圖時的入射角、折射角與實際的入射角、折射角相等，由折射定律可知，測出的折射率沒有變化。即測出的n值將不變。,(2)乙同學(xué)畫出的a′b′和c′d′都比實際側(cè)面向外側(cè)平移了一些，但在畫光路圖時，將入射點、出射點分別確定在a′b′、c′d′上，如圖乙，實線表示實際的光路圖，虛線表示乙同學(xué)畫圖時光路圖，入射角測量沒有誤差，而折射角偏大，則根據(jù)折射定律得知，測出的折射率n將偏小。,(3)丙同學(xué)所用玻璃磚的兩個界面明顯不平行，在操作時和作圖時均無失誤，入射角與折射角的測量均沒有誤差，故測出的n值將不變。答案:(1)不變(2)偏小(3)不變,【補償訓(xùn)練】1.某同學(xué)由于沒有量角器，他在完成了光路圖后，以O(shè)點為圓心，10cm為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交線段OO′的延長線于C點，過A點作法線NN′的垂線AB交NN′于B點，過C點作法線NN′的垂線CD交NN′于D點，如圖所示。用刻度尺量得OB=8cm，CD=4cm，由此可得出玻璃的折射率n=________。,【解析】由題圖可知OA=OC=R，根據(jù)n=知，答案:1.5,2.如圖所示，某同學(xué)利用方格坐標紙測定半圓形玻璃磚的折射率，OA是畫在紙上的直線，他在直線OA適當位置先后豎直插上P1、P2兩枚大頭針，如圖放上玻璃磚(如粗黑線所示)，然后插上P3、P4大頭針。,(1)其中他確定P3大頭針位置的方法應(yīng)是:______。(2)若該同學(xué)實驗操作規(guī)范準確，其記錄的情況如圖所示。該同學(xué)還用圓規(guī)做了一個以O(shè)為圓心，半徑與玻璃磚相同的半圓(如圖中虛線所示)。請您幫這位同學(xué)算出折射率n=______。,【解析】(1)透過玻璃磚看，P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像。(2)由圖可知，n=,答案:(1)見解析(2)1.5,【拓展例題】考查內(nèi)容:光的反射與折射現(xiàn)象的綜合應(yīng)用【典例】如圖所示，半圓玻璃磚的半徑R=10cm，折射率n=，直徑AB與屏幕MN垂直并接觸于A點。激光束a以入射角i=60射向玻璃磚圓心O，結(jié)果在屏幕MN上出現(xiàn)兩個光斑。,(1)畫出光路圖。(2)求兩光斑之間的距離L。,【正確解答】(1)由折射定律和反射定律，畫出光路圖如圖所示:,(2)設(shè)折射角為r，由n=解得r=30，反射角β=60兩光斑之間的距離L=Rtan30+Rtan60=cm=23.1cm答案:(1)見正確解答(2)23.1cm,