学年人教版选修34 光的反射和折射 教案Word文档格式.docx
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步骤8:
先由学生自己总结本节的主要知识,教师点评,安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.能用反射定律和折射定律解释和计算有关问题.
2.能理解折射率的物理意义,能记住折射率与光速的关系.
3.会根据光的反射定律和折射定律作光路图.
1.折射定律的得出过程.(重点)
2.光的折射率的理解.(重点)
3.折射定律与光路可逆原理的应用.(难点)
光的反射与反射定律
1.基本知识
(1)光的反射
光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时,一部分光会返回到第1种介质的现象.
(2)反射定律
反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;
反射角等于入射角.
2.思考判断
(1)反射定律是确定反射光线的位置的规律.(√)
(2)不是所有的反射现象都遵循反射定律.(×
)
3.探究交流
光发生反射现象时,反射光线和入射光线传播的速度是否相同?
【提示】 光在反射时,入射光线和反射光线是在同一介质中,因此入射光线和反射光线的传播速度相同.
光的折射及折射定律
(1)光的折射和折射定律
光的折射
光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时,一部分光进入第2种介质的现象
入射角
折射角
入射角:
入射光线与法线的夹角
折射角:
折射光线与法线的夹角
折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;
入射角的正弦与折射角的正弦成正比,即=n12
光路
可逆性
在光的反射和折射现象中,光路都是可逆的.
(2)折射率
①物理意义
反映介质的光学性质的物理量.
②定义
光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,简称折射率,即n=.
③折射率与光速的关系
某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比,即n=.
④特点
任何介质的折射率都大于1.
2.思考判断
(1)一束光从空气进入水中时,传播方向一定发生变化.(×
(2)入射光线、反射光线与法线必共面.(√)
(3)光的反射现象中,光路是可逆的,光的折射现象中,光路不是可逆的.(×
折射率大的介质,其密度一定大吗?
【提示】 折射率反映介质对光的一种性质,与密度没有直接关系,密度大,折射率未必大,例如水和酒精相比.
光的折射现象的规律
【问题导思】
1.光折射的实质是什么?
2.光折射时频率改变吗?
3.光折射时速度改变吗?
1.光的方向
光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化(斜射),并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化.
2.光的传播速度
光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射,光传播的速度发生变化.
3.入射角与折射角的大小关系
光从一种介质进入另一种介质时,折射角与入射角的大小关系不要一概而论,要视两种介质的折射率大小而定.当光从真空斜射入介质时,入射角大于折射角;
当光从介质斜射入真空时,入射角小于折射角.
1.应用折射定律和反射定律解题的关键是确定入射角、反射角和折射角.画出正确的光路图是解题的必要前提.
2.入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定,注意法线与界面的区别.
光在某种介质中的传播速度是1.73×
108m/s,要使光由这种介质射入空气时折射光线与反射光线成90°
夹角,求入射角.
【审题指导】 解答本题时可按以下思路分析:
(1)正确作出光路图.
(2)明确入射角、反射角和折射角间的关系.
【解析】 依题意作光路图如图所示,则折射角θ2=90°
-θ1,其中θ1为入射角.这种介质的折射率n===,由折射定律知n=,即nsinθ1=cosθ1,所以tanθ1==,故入射角θ1=30°
.
【答案】 30°
1.假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比( )
A.将提前
B.将延后
C.在某些地区将提前,在另一些地区将延后
D.不变
【解析】 假如地球周围没有大气层,太阳光将沿直线传播,如图所示.在地球上B点的人们将在太阳到达A′点时看到日出;
而地球表面有大气层,由于空气的折射率大于1,并且离地球表面越近,大气层越密,折射率越大,太阳光将沿如图所示AB曲线射入在B处的人眼中,使在B处的人看到了日出.但B处的人认为光是沿直线传播的,则认为太阳位于地平线上的A′点,而此时太阳还在地平线下,日出的时间提前了,所以无大气层时日出的时间将延后,故正确答案为B.
【答案】 B
对折射率的理解
1.折射率与入射角的大小有关吗?
2.折射率与光速的关系如何?
3.折射率与哪些因素有关?
1.关于正弦值
当光由真空中射入某种介质中,入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的,但正弦值之比是一个常数.
2.关于常数n
入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数,但不同介质具有不同的常数,说明常数反映着该介质的光学特性.
3.光传播速度
介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关,即n=,由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v,所以任何介质的折射率n都大于1.因此,光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角;
而光由介质斜射入真空时,入射角均小于折射角.
4.决定因素
介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量,它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定,不随入射角、折射角的变化而变化.
折射率的定义式n=中的θ1为真空中的光线与法线的夹角,不一定为入射角;
而θ2为介质中的光线与法线的夹角,也不一定为折射角.
一半圆柱形透明物体横截面如图13-1-1所示,底面AOB镀银,O表示半圆截面的圆心,一束光线在横截面内从M点入射,经过AB面反射后从N点射出,已知光线在M点的入射角为30°
,∠MOA=60°
,∠NOB=30°
求:
图13-1-1
(1)光线在M点的折射角;
(2)透明物体的折射率.
【审题指导】 解答本题时可先作出光路图,根据几何关系确定在M点的折射光线和N点的入射光线,从而确定它们的折射角和入射角.
【解析】
(1)如图,透明物体内部的光路为折线MPN,Q、M点相对于底面EF对称,Q、P、N三点共线.
设在M点处,光的入射角为i,折射角为r,∠OMQ=α,∠PNF=β,根据题意有
α=30°
①
由几何关系得∠PNO=∠PQO=r,于是
β+r=60°
②
α+r=β③
由①②③式得r=15°
(2)根据折射率公式有
n===.
【答案】
(1)15°
(2)
光的折射问题的分析方法
1.根据入射角、折射角及反射角之间的关系,作出比较完整的光路图.
2.充分利用光路图中的几何关系,确定各角之间的联系.根据折射定律求解相关的物理量:
折射角、折射率等.
图13-1-2
2.(2013·
烟台检测)一束光从某种介质射入空气中时,入射角θ1=30°
,折射角θ2=60°
,折射光路如图13-1-2所示,则下列说法正确的是( )
A.此介质折射率为
B.此介质折射率为
C.相对于空气此介质是光密介质
D.光在介质中的速度比在空气中大
【解析】 由入射角、折射角及折射定律的含义知n==,则此介质比空气的折射率大,故相对于空气为光密介质,又由n=知D错误.
【答案】 BC
实验:
测定玻璃的折射率
1.如何确定在玻璃中的折射光线?
2.在本实验中是否入射角越大越好?
1.实验原理
用插针法确定光路,找出与入射光线相应的出射光线,就能在玻璃砖中画出对应的折射光线,从而可以测出一组对应的入射角和折射角,根据折射定律便可求出玻璃的折射率.
2.实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3~4枚)、量角器、直尺、铅笔.
3.操作步骤
(1)把白纸用图钉钉在木板上.
(2)沿玻璃砖的一个面画一条线aa′作为界面,过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线,过O点画一条入射光线AO,使入射角θ1适当大些.如图13-1-3所示.
图13-1-3
(3)在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2,在白纸上放上被测玻璃砖,使玻璃砖的一个面与aa′重合.
(4)沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb′.
(5)在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3,用眼睛观察调整视线,同时移动大头针P3的位置,使P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像,把此时大头针P3插好.
(6)在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4,使P4能挡住P3本身,同时也能挡住P1、P2的像.
(7)记下P3、P4的位置,移去玻璃砖,拔去大头针,过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点,连接OO′,OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线,折射角为θ2.
(8)用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小.
(9)改变入射角θ1,重复上面的步骤再做三、四次,量出相应的入射角和折射角.
(10)算出不同入射角时的值,求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率.
图13-1-4
用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2挡住.接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使从另一侧隔着棱镜观察时,大头针P4、P3和P1、P2的像恰好在一条直线上.画出大头针位置和三棱镜轮廓,如图13-1-4所示.
(1)在本题的图上画出所需的光路.
(2)为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是________,在图上标出它们.
(3)计算折射率的公式是n=________.
【解析】
(1)如图所示,画出通过P1、P2的入射光线交AC面于O,画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O′,则光线OO′就为入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线.
(2)在所画的图上,标明入射角θ1和折射角θ2,并画出虚线部分.用量角器测量出θ1和θ2或用刻度尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度.
(3)因为n=,sinθ1=,sinθ2=,
则n=÷
=·
【答案】
(1)如解析中图所示
(2)入射角θ1 折射角θ2(或EF和OE、GH和OG)如解析中图所示
(3)n=(或n=·
图13-1-5
3.(2013·
苏州中学
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