高中物理第4章光的折射与全反射第1节光的折射定律教学案鲁科版选修34.docx
- 文档编号:533022
- 上传时间:2022-10-10
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:176.10KB
高中物理第4章光的折射与全反射第1节光的折射定律教学案鲁科版选修34.docx
《高中物理第4章光的折射与全反射第1节光的折射定律教学案鲁科版选修34.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理第4章光的折射与全反射第1节光的折射定律教学案鲁科版选修34.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中物理第4章光的折射与全反射第1节光的折射定律教学案鲁科版选修34
第1节光的折射定律
1.光的折射是指光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生改变的现象;光的折射和反射中光路是可逆的。
2.光的折射中,入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是一个常数,即n=
。
3.介质的折射率反映了光在介质中的偏折程度,折射率越大,光线偏离原方向的程度就越大。
4.某种介质的折射率n=
。
同一种介质中,红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光,红光的传播速度最大,折射率最小。
折射角与入射角的定量关系
[自读教材·抓基础]
1.光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生改变的现象。
2.斯涅耳定律(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
=n。
3.光路可逆原理
在光的反射现象和折射现象中,光路都是可逆的。
[跟随名师·解疑难]
对光的偏折方向的认识
即光线的偏折情况与介质的性质有关,如图411所示。
(1)如果光线从折射率小的介质射向折射率大的介质,折射光线向法线偏折,入射角大于折射角,并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小),如图甲所示。
(2)如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质,折射光线偏离法线,入射角小于折射角,并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小),如图乙所示。
图411
[特别提醒] 画光路图应注意的问题:
(1)光线实际是从哪个物体发出的;
(2)光是从光密介质射向光疏介质还是从光疏介质射向光密介质;
(3)必要的时候还需要借助光的可逆性原理;
(4)注意画图时一定要规范,光线与法线、光线的反向延长线等应用实线和虚线区分。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内,入射角为45°,则如图412的四个光路图中正确的是( )
图412
解析:
选C 光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射,所以A错误;由反射定律知反射角为45°,根据折射定律n=
得i>r,故B错误;画光线时必须带箭头,D不是光路图,D错误。
折射率的意义
[自读教材·抓基础]
1.定义
光从真空射入某种介质发生折射时,入射角i的正弦与折射角r的正弦之比,用n表示,则n=
。
2.物理意义
反映了光在介质中的偏折程度。
3.折射率与光速的关系
光在不同介质中的速度不同,且都小于光在真空中的传播速度;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=
。
[跟随名师·解疑难]
对折射率的理解
(1)关于正弦值:
当光由真空射入某种介质时,入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的,但入射角与折射角的正弦值的比值是一个常数。
(2)折射率大小不仅反映了介质的折射本领,也反映了光在介质中传播速度的大小。
不同介质具有不同的折射率,说明折射率反映了该介质的光学特征。
(3)介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关,即n=
。
由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度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)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。
[特别提醒]
(1)介质的折射率与介质的密度没有必然联系,密度大,折射率未必大,如水和酒精,水的密度较大,但水的折射率较小。
(2)介质的折射率由介质的性质和光的频率共同决定,与入射角和折射角无关。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于折射率,下列说法正确的是( )
A.光由真空射入介质时,根据
=n可知,介质的折射率与入射角的正弦成正比
B.光由真空射入介质时,根据
=n可知,介质的折射率与折射角的正弦成反比
C.根据n=
可知,介质的折射率与介质中的光速成反比,无光通过时,介质折射率为0
D.光由第一种介质进入第二种介质时,若入射角相同,不同色光的折射角不同
解析:
选D 介质的折射率仅与介质本身及光的颜色有关,与入射角或折射角的大小无关,无光照射时,介质仍为原介质,折射率不会等于零,任何介质的折射率均大于1,故A、B、C错;光由一种介质进入另一种介质中时,对于不同颜色的光,入射角相同时,折射角不同,故D正确。
测量介质的折射率
[自读教材·抓基础]
1.实验目的
(1)明确光通过玻璃时的入射角、折射角。
(2)掌握测定玻璃折射率的方法。
2.实验原理
如图413所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移。
用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,确定出O′点,画出折射光线OO′,量出入射角i和折射角r,据n=
计算出玻璃的折射率。
图413
3.实验器材
白纸,图钉,大头针,直尺,铅笔,量角器,平木板和长方形玻璃砖。
4.实验步骤及调整安装
(1)将白纸用图钉按在绘图板上。
(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。
[跟随名师·解疑难]
1.注意事项
(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O′点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。
(3)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
(4)在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
(5)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。
2.数据处理
方法一:
此实验是通过测入射角i和折射角r,然后查数学用表,找出入射角和折射角的正弦值,再代入n=
中求玻璃的折射率。
方法二:
根据折射定律可得n=
,
因此有sinr=
sini。
在多次改变入射角,测量相对应的入射角和折射角,以sini值为横坐标、以sinr值为纵坐标,建立直角坐标系,如图414所示。
描数据点,过数据点连线得一条过原点的直线。
求解图线斜率,设斜率为k,则k=
,
故玻璃砖折射率n=
。
图414
方法三:
在找到入射光线AO和折射光线OO′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OO′(或OO′的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN′作垂线,交NN′于C′、D′,用直尺量出CC′和DD′的长,如图415所示。
由于sini=
,sinr=
,
图415
而
=
,所以折射率:
n1=
=
。
重复以上实验,求得各次折射率的值,然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
测定玻璃砖折射率的实验如图416所示,把玻璃砖放在白纸上之前应在纸上先画好图上的三条直线,它们分别是________、________、________,最后按正确的要求插上大头针P3、P4,由P3、P4的位置决定了光线________的方位,从而确定了折射光线________的方向。
图416
答案:
aa′ NN′ AO O′B OO′
对折射现象的解释
[自读教材·抓基础]
1.光从水中射入空气时,折射角大于入射角,所以水中的物体看起来都比实际的要浅。
2.一束白光射入三棱镜时会发生色散现象,这是因为不同颜色的光在同一介质中的传播速度不同,折射率不同,其中红光的传播速度最大,折射率最小,经三棱镜后偏折程度最小,紫光的传播速度最小,折射率最大,经三棱镜后偏折最明显。
[跟随名师·解疑难]
1.光的色散现象说明白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成的。
2.我们把射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角,如图417所示。
实验表明,白光色散时,红光的偏向角最小,紫光的偏向角最大。
这说明玻璃对不同色光的折射率是不同的,紫光的最大,红光的最小。
图417
3.由于介质中的光速v=
,故在同种介质中折射率大的光速小,各种色光在介质中的光速依次为v红>v橙>…>v紫,即红光的速度最大,紫光的速度最小。
4.白光经过三棱镜后,在光屏上呈现七色光带;若从棱镜的顶角向底边看,由红到紫依次排列,紫光最靠近底边,光的色散实质上是光的折射现象。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
如图418所示,一细束a光和一细束b光平行射到同一个三棱镜上,经折射后交于光屏上的同一个点M,若用n1和n2分别表示三棱镜对a光和b光的折射率,用v1和v2分别表示a光和b光在三棱镜中的光速,下列说法中正确的是( )
图418
A.n1>n2,v1<v2 B.n1<n2,v1<v2
C.n1<n2,v1>v2D.n1>n2,v1>v2
解析:
选A 由图可知,经三棱镜折射后,a光偏折比b光明显,故n1>n2,由v=
得,v1<v2,故A正确。
折射率的计算
[典题例析]
1.一个储油桶的底面直径与高均为d。
当桶内没有油时,从点A恰能看到桶底边缘的点B,如图419甲所示。
当桶内油的深度等于桶高的一半时,仍沿AB方向看去,恰好看到桶底上的点C,如图乙所示,C、B两点相距
,求:
图419
(1)试在图乙中画出光路的示意图。
(2)油的折射率。
(3)光在油中传播的速度。
[思路点拨]
(1)“恰好看到”表明人眼看到的是C点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线。
(2)v=
。
解析:
(1)画出的光路示意图如图所示。
(2)由题意和
(1)中的光路图可得sinr=
,sini=
,由折射定律得油的折射率n=
=
≈1.58。
(3)光在油中传播的速度v=
=
m/s=1.90×108m/s。
答案:
(1)见解析
(2)1.58 (3)1.90×108m/s
[探规寻律]
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。
比如一定要确定出哪个角在分子上,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。
[跟踪演练]
如图4110所示,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°。
已知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射到空气中时与入射光线平行,求此玻璃的折射率。
图4110
解析:
如图所示为光线在玻璃球内的光路图,A、C为折射点,B为反射点,画OD平行于入射光线,故∠AOD=∠COD=60°,所以∠OAB=30°,玻璃的折射率n=
=
。
答案:
折射中的色散问题
[典题例析]
2.(福建高考)一束由红、紫两
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中物理 折射 全反射 定律 教学 案鲁科版 选修 34