第4章 45 光的折射Word下载.docx
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1.光的折射现象中,折射角是否与入射角成正比?
【提示】 不是折射角与入射角成正比,是入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.
2.在光发生折射时,光的传播方向一定要发生变化吗?
【提示】 不一定变化,当光垂直界面入射时光的传播方向不发生变化.
1.“同面内”:
“折射光线与入射光线、法线在同一平面内”,这句话大体上说明了三线的空间位置:
折射光线在入射光线与法线决定的平面内,即三线共面.
2.“线两旁”:
“折射光线与入射光线分别位于法线两侧”,这句话把折射光线的位置又作了进一步的确定,使得折射光线的“自由度”越来越小(i>0).
3.“正比律”:
“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”,即
=n,折射角r随入射角i的变化而变化,入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是定值,当入射光线的位置、方向确定下来时,折射光线的位置、方向就唯一确定了.
1.关于光的反射与折射,下列说法正确的是( )
A.光发生反射时,光的传播方向不一定改变
B.光发生反射时,光的传播方向可能偏转90°
C.光发生反射时,光的传播方向一定改变
D.光发生折射时,一定伴随着反射现象
E.光发生反射时,一定伴随着折射现象
【解析】 发生反射时,光的传播方向一定发生改变,且可以改变90°
,A错,B、C对;
发生折射时,一定伴随着反射现象,但有反射现象,不一定有折射现象,D对,E错.
【答案】 BCD
2.如图452所示,虚线表示两种介质的界面及其法线,实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线,以下说法正确的是( )
图452
A.bO可能是入射光线
B.aO可能是入射光线
C.cO可能是入射光线
D.Ob可能是反射光线
E.PQ可能是法线
【解析】 由于反射角等于入射角,入射光线与反射光线关于法线对称,所以aO、Ob应是入射光线或反射光线,PQ是法线.又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧,所以aO是入射光线,Ob是反射光线,Oc是折射光线.
【答案】 BDE
3.如图453所示,落山的太阳看上去正好在地平线上,但实际上太阳已处于地平线以下,观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况.造成这种现象的原因是什么?
图453
【解析】 太阳光线进入大气层发生折射,使传播方向改变,使人感觉太阳的位置比实际位置偏高.
【答案】 光的折射
利用光路图解决光的折射问题的方法
1.根据题意画出正确的光路图.首先要找到入射的界面,同时准确地作出法线,再根据折射定律和入射光线画出折射光线,找到入射角和折射角,要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角.
2.利用几何关系确定光路图中的边、角关系,与折射定律n=
中的各量准确对应.比如一定要确定哪个角在分子上、哪个角在分母上.
3.利用折射定律n=
、折射率与光速的关系n=
列方程,结合数学三角函数的关系进行运算.
折射率
1.折射率
(1)意义:
反映介质使光偏折的性质.
(2)定义:
光从真空射入某种介质时发生折射,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫这种介质的折射率.
(3)公式n=
.
(4)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跟光在这种介质中的传播速度v之比,即n=
(5)特点:
任何介质的折射率都大于1.
2.当一束白光斜射入某种介质时,由于各种色光的折射角不同,各种色光将分开,这种现象叫光的色散.各种色光中,红光的偏折角度最小,紫光的偏折角度最大.
3.同一种介质,对红光的折射率最小,对紫光的折射率最大.红光在介质中的传播速度最大,紫光在介质中的传播速度最小.
1.当光从空气垂直进入水中时,水的折射率为0.(×
2.光的折射率随入射角的增大而增大.(×
3.介质的折射率越大,光在这种介质中的传播速度越小.(√)
1.是否可以由折射率的定义式n=
得出介质的折射率与入射角i的正弦成正比,与折射角r的正弦成反比?
【提示】 不可以.折射率n由介质的性质和光的颜色决定,与入射角i和折射角r无关.
2.光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小?
【提示】 由v=
知,n越大,v越小.
1.关于正弦值
当光由真空射入某种介质中,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.
4.一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454所示,则下列说法正确的是( )
图454
A.此介质折射率为
B.此介质折射率为
C.光在介质中速度比在空气中小
D.光在介质中速度比在空气中大
E.当入射角增大时,折射角也增大,但折射率不变
【解析】 由折射定律n=
=
,A错误,B正确;
又由n=
知光在介质中速度比在空气中小,C正确,D错误.根据折射率的物理意义,E正确.
【答案】 BCE
5.如图455所示,从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是( )
图455
A.a侧是红光,b侧是紫光
B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D.在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小
E.在三棱镜中a、b两侧光的速率相同
【解析】 由题图可以看出,a侧光偏折得较厉害,三棱镜对a侧光的折射率较大.所以a侧光是紫光,波长较短,b侧光是红光,波长较长,因此A错,B、C正确;
又v=
,所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率,D正确,E错误.
6.利用半圆柱形玻璃,可减小激光光束的发散程度.在如图456所示的光路中,A为激光的出射点,O为半圆柱形玻璃横截面的圆心,AO过半圆顶点.若某条从A点发出的与AO成α角的光线,以入射角i入射到半圆弧上,出射光线平行于AO,求此玻璃的折射率.
图456
【解析】 根据光路图,由折射定律得n=
,
由几何关系得r=i-α
故n=
【答案】
折射问题的四点注意
1.根据题意画出正确的光路图;
2.利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入射角、折射角的确定;
3.利用反射定律、折射定律求解;
4.注意光路可逆性、对称性的应用.
测定材料的折射率
1.实验目的
测定玻璃的折射率.
2.实验原理
如图457所示,当光线AO以一定入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线的O′B,从而画出折射光线OO′,量出折射角θ2,再根据n=
算出玻璃的折射率.
图457
3.实验器材
一块长方体的玻璃砖,白纸,木板,大头针(4枚),量角器(或圆规、三角板),刻度尺,激光笔,铅笔等.
1.实验步骤
(1)如图458所示,将白纸用图钉钉在平木板上;
图458
(2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线),过aa′上的一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线;
(3)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一边bb′;
(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像.再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置;
(5)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′,直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向;
(6)连接OO′,入射角i=∠AON,折射角r=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在自己设计的表格中;
(7)用上述方法分别求出入射角分别为30°
、45°
、60°
时的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中.
2.数据处理
方法一:
平均值法
求出在几次实验中所测
的平均值,即为玻璃砖的折射率.
方法二:
图像法
在几次改变入射角、对应的入射角和折射角正弦值的基础上,以sini值为横坐标、以sinr值为纵坐标,建立直角坐标系,如图459所示.描数据点,过数据点连线得一条过原点的直线.
图459
求解图线斜率k,则k=
,故玻璃砖折射率n=
方法三:
作图法
在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与AO交于C点,与OE(或OE的延长线)交于D点,过C、D两点分别向N′N作垂线,交NN′于C′、D′,用直尺量出CC′和DD′的长,如图4510所示.
图4510
由于sini=
,sinr=
,而CO=DO,
所以折射率n1=
7.如图4511所示,关于“测定玻璃的折射率”的实验,回答以下问题.
图4511
(1)请证明图中的入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的.
(2)为减小实验误差,入射角大一些好还是小一些好?
【解析】
(1)如右图所示,证明:
n=
而r1=i2
所以i1=r2,所以入射光线平行于出射光线.
(2)大一些好.这样测量的误差会小些,可以减小实验误差.
【答案】 见解析
8.在“测定玻璃折射率”的实验中:
(1)操作步骤如下:
①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面,过aa′上的O点画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线.
②把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐.
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像.调整视线方向,直到P1的像被P2挡住.再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,记下P3、P4的位置.
④移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4作为折射光线,测量出入射角θ1与折射角θ2,填入表格中.
上述操作步骤中存在严重的缺漏,应做的补充是________________.
(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2,并作出了sinθ1sinθ2图像,如图4512所示.
图4512
则实验时,光线是由________射入________.玻璃的折射率为________.
【解析】
(1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′,步骤④中应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O,作出玻璃砖中的光线OO′.
(2)由图可看出入射角θ1小于折射角θ2,因此,光线应该是由玻璃射入空气;
则玻璃折射率n=
=1.5.
【答案】
(1)见解析
(2)玻璃 空气 1.5
实验时应注意的三点
1.实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间,P2与O点之间,P3与P4之间,P3与E之间距离要稍大一些.
2.入射角i应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大,也不宜太小.
3.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5cm以上.若宽度太小,则测量误差较大.
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