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(jìn)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(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí) 傳播方向一般要發(fā)生變化 斜射 并非一定變化 當(dāng)光垂直界面入射時(shí) 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(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí) 傳播速度一定發(fā)生變化 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 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)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)的折射率大小而定 當(dāng)光從真空斜射入介質(zhì)時(shí) 入射角大于折射角 當(dāng)光從介質(zhì)斜射入真空時(shí) 入射角小于折射角 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(huà)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(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定 注意法線(xiàn)與界面的區(qū)別 典例1 2011 東城區(qū)高二檢測(cè) 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(gè)長(zhǎng)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(xiàn)正好垂直通過(guò)兩棱鏡的界面 已知材料的折射率nP nQ 則下列說(shuō)法正確的是 A 一定沒(méi)有光線(xiàn)從Q的下表面射出B 從Q的下表面射出的光線(xiàn)一定與入射到P的上表面的光線(xiàn)平行C 如果光線(xiàn)從Q的下表面射出 出射光線(xiàn)與下表面所夾的銳角一定大于 D 如果光線(xiàn)從Q的下表面射出 出射光線(xiàn)與下表面所夾的銳角一定小于 解題指導(dǎo) 解答本題時(shí)可按以下思路分析 標(biāo)準(zhǔn)解答 選D 作出光路圖 如圖所示 由題意可知 光線(xiàn)垂直射入Q 根據(jù)折射定律 則有 因?yàn)閚P nQ 所以 i 所以D對(duì) 變式訓(xùn)練 如圖所示 虛線(xiàn)表示兩種介質(zhì)的界面及其法線(xiàn) 實(shí)線(xiàn)表示一條光線(xiàn)射向界面后發(fā)生反射和折射的光線(xiàn) 以下說(shuō)法正確的是 A bO不可能是入射光線(xiàn)B aO可能是入射光線(xiàn)C cO可能是入射光線(xiàn)D Ob可能是反射光線(xiàn) 解析 選A B D 由于入射角等于反射角 入射光線(xiàn) 反射光線(xiàn)關(guān)于法線(xiàn)對(duì)稱(chēng) 所以aO Ob應(yīng)是入射光線(xiàn)或反射光線(xiàn) PQ是法線(xiàn) 又因?yàn)榉瓷涔饩€(xiàn) 折射光線(xiàn)都不與入射光線(xiàn)位于法線(xiàn)同側(cè) 所以aO是入射光線(xiàn) Ob是反射光線(xiàn) Oc是折射光線(xiàn) 二 對(duì)折射率的理解 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 介質(zhì)的折射率n跟光在其中的傳播速度v有關(guān) 即n 由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何介質(zhì)中的傳播速度v 所以任何介質(zhì)的折射率n都大于1 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 1 折射率的定義式n 中的 1為真空中的光線(xiàn)與法線(xiàn)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(xiàn)的可逆性 2 介質(zhì)的折射率由介質(zhì)的性質(zhì)和光的頻率共同決定 與入射角和折射角無(wú)關(guān) 典例2 2011 新課標(biāo)全國(guó)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(xiàn) O表示半圓截面的圓心 一束光線(xiàn)在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)的入射角為30 MOA 60 NOB 30 求 1 光線(xiàn)在M點(diǎn)的折射角 2 透明物體的折射率 解題提示 解答本題時(shí)可先作出光路圖 根據(jù)幾何關(guān)系確定在M點(diǎn)的折射光線(xiàn)和N點(diǎn)的入射光線(xiàn) 從而確定入射角和折射角 標(biāo)準(zhǔn)解答 1 如圖 透明物體內(nèi)部的光路為折線(xiàn)MPN Q M點(diǎn)相對(duì)于底面EF對(duì)稱(chēng) Q P N三點(diǎn)共線(xiàn) 設(shè)在M點(diǎn)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(guān)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(shí) 1 根據(jù)入射角 折射角及反射角之間的關(guān)系 作出比較完整的光路圖 2 充分利用光路圖中的幾何關(guān)系 確定各角之間的聯(lián)系 根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量 折射角 折射率等 變式訓(xùn)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(guò)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(guò)三棱鏡后 傳播方向偏離原來(lái)方向大 所以b光折射率大 故A錯(cuò) B對(duì) 根據(jù)v 折射率大的 在介質(zhì)中的速度小 故C對(duì) D錯(cuò) 三 視深的判斷與計(jì)算1 視深是人眼看透明物質(zhì)內(nèi)部某物體時(shí)像點(diǎn)離界面的距離 一般都是沿著界面的法線(xiàn)方向去觀(guān)察 在計(jì)算時(shí) 由于入射角很小 折射角也很小 故有2 當(dāng)沿豎直方向看水中的物體時(shí) 視深 是實(shí)際深度的 n是水的折射率 1 一般都是沿著界面的法線(xiàn)方向去觀(guān)察 作圖時(shí)要畫(huà)開(kāi)一定的角度 方便看圖 2 構(gòu)建幾何圖形 尋找邊角關(guān)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(lái) 典例3 2011 煙臺(tái)高二檢測(cè) 一小孩站在寬6m的河邊 在他正對(duì)面的岸邊有一距離河面高度為3m的樹(shù) 樹(shù)的正下方河底有一塊石頭 小孩向河面看去 同時(shí)看到樹(shù)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(dǎo) 標(biāo)準(zhǔn)解答 光路如圖所示 得n 由幾何關(guān)系得1 5tan 3tan 6 解得tan sin P點(diǎn)至樹(shù)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(xùn)練 如圖所示是北京奧運(yùn)會(huì)期間安置在游泳池底部的照相機(jī)拍攝的一張照片 照相機(jī)的鏡頭豎直向上 照片中 水立方運(yùn)動(dòng)館的景象呈現(xiàn)在半徑r 11cm的圓形范圍內(nèi) 水面上的運(yùn)動(dòng)員手到腳的長(zhǎng)度l 10cm 若已知水的折射率為n 請(qǐng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際身高估算該游泳池的水深h 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 解析 設(shè)照片圓形區(qū)域的實(shí)際半徑為R 運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際長(zhǎng)度為L(zhǎng) 折射定律nsin sin90 幾何關(guān)系 取L 2 2m 解得h 2 1m 1 6 2 6m都算對(duì) 答案 2 1m 變式備選 2011 西城區(qū)高二檢測(cè) 某位同學(xué)用下面的方法測(cè)量某種液體的折射率 如圖所示 他在一個(gè)燒杯中裝滿(mǎn)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(guān)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(zhǎng)度AC 沒(méi)入液體中的長(zhǎng)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(xué)利用 插針?lè)?測(cè)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(cè)出的相關(guān)角度如圖所示 1 此玻璃的折射率計(jì)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(yīng)選用寬度 填 大 或 小 的玻璃磚來(lái)測(cè)量 解題指導(dǎo) 注意角 1 2與入射角 折射角的關(guān)系 標(biāo)準(zhǔn)解答 由實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)可知應(yīng)選用寬度大的玻璃磚來(lái)測(cè)量 減小實(shí)驗(yàn)誤差 答案 1 2 大 一 選擇題1 假設(shè)地球表面不存在大氣層 那么人們觀(guān)察到的日出時(shí)刻與實(shí)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(dāng)太陽(yáng)上升到觀(guān)察者的 地平線(xiàn) 時(shí)才能被觀(guān)察到 2 2011 福州高二檢測(cè) 某研究性學(xué)習(xí)小組在探究光的折射過(guò)程中 研究折射角與入射角之間的關(guān)系 當(dāng)光由空氣斜射入玻璃中時(shí) 測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表 由此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以初步得到的結(jié)論是 A 在誤差允許范圍內(nèi) 入射角與折射角之比總是定值B 在誤差允許范圍內(nèi) 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(nèi) 入射角與折射角之差總是定值D 在誤差允許范圍內(nèi) 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(nèi) 入射角正弦與折射角正弦之比總是定值 故B對(duì) 3 2011 寧波高二檢測(cè) 現(xiàn)在高速公路上的標(biāo)志牌都用 回歸反光膜 制成 夜間行車(chē)時(shí) 它能把車(chē)燈射出的光逆向返回 標(biāo)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(nèi)均勻分布著一層直徑為10 m的細(xì)玻璃珠 所用玻璃的折射率為為使入射的車(chē)燈光線(xiàn)經(jīng)玻璃珠折射 反射 折射后恰好和入射光線(xiàn)平行 如圖所示 那么第一次入射的入射角應(yīng)是 A 15 B 30 C 45 D 60 解析 選D 作光路圖如圖所示 設(shè)入射角為 折射角為 則 2 所以 60 故選項(xiàng)D正確 4 關(guān)于光的折射現(xiàn)象 下列說(shuō)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(guān)察水中的魚(yú)比實(shí)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(guān)察者看見(jiàn)太陽(yáng)剛從地平線(xiàn)升起時(shí) 其實(shí)太陽(yáng)位于地平線(xiàn)以下 解析 選B C D 根據(jù)折射概念和規(guī)律可知A錯(cuò) B C D對(duì) 5 2011 臨沂高二檢測(cè) 如果光以同一入射角從真空射入不同介質(zhì) 則折射率越大的介質(zhì) A 折射角越大 表示這種介質(zhì)對(duì)光線(xiàn)偏折作用越大B 折射角越大 表示這種介質(zhì)對(duì)光線(xiàn)偏折作用越小C 折射角越小 表示這種介質(zhì)對(duì)光線(xiàn)偏折作用越大D 折射角越小 表示這種介質(zhì)對(duì)光線(xiàn)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(zhì) 其折射角越小 該介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越大 6 2011 安徽高考 實(shí)驗(yàn)表明 可見(jiàn)光通過(guò)三棱鏡時(shí)各色光的折射率n隨著波長(zhǎng) 的變化符合科西經(jīng)驗(yàn)公式 其中A B C是正的常量 太陽(yáng)光進(jìn)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(yáng)光中紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng) 紫光波長(zhǎng)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(duì)應(yīng)屏上d處 紅光偏折程度最小 對(duì)應(yīng)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(shí)光的方向未發(fā)生偏折 說(shuō)明此時(shí)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(shí)經(jīng)歷的時(shí)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(zhì)中傳播速度相同 故A C錯(cuò) D對(duì) 兩次光在玻璃中通過(guò)的路程不同 則時(shí)間不同 故B錯(cuò) 二 非選擇題8 2011 天津高考 某同學(xué)用大頭針 三角板 量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率 開(kāi)始玻璃磚的位置如圖中實(shí)線(xiàn)所示 使大頭針P1 P2與圓心O在同一直線(xiàn)上 該直線(xiàn)垂直于玻璃磚的直徑邊 然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng) 同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀(guān)察P1 P2的像 且P2的像擋住P1的像 如此觀(guān)察 當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線(xiàn)位置時(shí) 上述現(xiàn)象恰好消失 此時(shí)只須測(cè)量出 即可計(jì)算出玻璃磚的折射率 請(qǐng)用你的測(cè)量量表示出折射率n 解析 若半圓形玻璃磚轉(zhuǎn)過(guò) 角時(shí)在半圓形玻璃磚直徑一側(cè)恰好看不到P1 P2的像 那么此時(shí)恰好發(fā)生了全反射 則過(guò)P1 P2的光線(xiàn)在玻璃磚內(nèi)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(cè)出 就可求出玻璃磚的折射率 答案 玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)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(zhì) 若反射光線(xiàn)與折射光線(xiàn)垂直 則入射角為 真空中的光速為c 則光在該介質(zhì)中的傳播速度為 解析 設(shè)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(niǎo) 距水面3m 其正下方距水面4m深處的水中有一條魚(yú) 已知水的折射率為4 3 則鳥(niǎo)看水中的魚(yú)離它 m 魚(yú)看天上的鳥(niǎo)離它 m 解析 首先作出鳥(niǎo)看魚(yú)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(niǎo)看水中的魚(yú)離它 H1 3m 3m 6m 同理可得魚(yú)看鳥(niǎo)時(shí) h nh2 3 m 4m 則H2 4m 4m 8m 答案 68 方法技巧 有關(guān)視深問(wèn)題的探究如圖所示 一物點(diǎn)S位于折射率為n的介質(zhì)中H深處 由于一般人的瞳孔線(xiàn)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(zhì)中觀(guān)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(jiǎn)捷地測(cè)定介質(zhì)折射率 而且還可以方便地分析和解決與視深 視高有關(guān)的問(wèn)題 Thankyou 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全