4.1光的折射 学案(含答案)-2021年高中物理人教版(新教材)选择性必修第一册
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1、第第 1 1 节节 光的折射光的折射 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.理解光的反射定律和折射定律,并能用来解 释和计算有关问题。 2.理解折射率的物理意义,知道折射率与光速 的关系。 3.会依据光的反射定律和折射定律作出光路 图。 4.会熟练计算介质的折射率。 1.核心素养 (1)运用平面几何知识对物理问题 进行分析。 (2)利用光路的对称性和可逆性分 析问题。 2.关键能力 应用数学知识处理光学问题。 一、光的反射定律和折射定律 1.光的反射及反射定律 (1)光的反射:光从第 1 种介质射到该介质与第 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。如图所示。 (2)反射
2、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.光的折射及折射定律 (1)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,一部分光会进 入第 2 种介质的现象。如上图所示。 (2)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sin 1 sin 2n12。 (3)与光的反射现象一样,在光的折射现象中,光路也是可逆的。 【判一判】 (1)光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一定发生变化。() (2)在光的反射和折射现象中光路是可逆的。()
3、(3)光从空气射入水中时,入射角发生变化,折射角和反射角都发生变化。() (4)光由一种介质进入另一种介质时,增大入射角,折射角一定增大,入射角与 折射角成正比。 () 二、折射率 1.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, 叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率,用符号 n 表示,即 nsin 1 sin 2。 2.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 nc v。 3.物理意义:它是反映介质的光学性质的物理量。 【做一做】 (2020 湖北十堰期末)光线以 30 入射角从玻璃中射到玻璃
4、与空气的界面上, 它的 反射光线与折射光线的夹角为 90 ,则这块玻璃的折射率应为( ) A.0.866 B.1.732 C.1.414 D.1.500 答案 B 解析 由于反射光线与折射光线夹角为 90 ,由图可知,折射角为 r60 因此折射率 nsin60 sin30 31.732。 探究 1 折射定律的理解和应用 1.光的传播方向 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。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
5、生变化。 3.入射角与折射角的大小关系 (1)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。 (2)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时,入射角大于折射角,当光 从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时,入射角小于折射角。 4.光路可逆性 光由介质射入空气或真空时,折射角 2大于入射角 1。根据光路可逆,可认为 光由空气或真空以入射角 2入射,对应的折射角为 1。 5.解决光的折射问题的思路 (1)根据题意准确、规范地画出光路图,确定好界面和法线。 (2)在光路图中找出入射角、 反射角和折射角, 利用几何关系确定光路图中的边、 角关系,
6、与折射定律 nsin 1 sin 2中的各量准确对应。结合数学的三角函数的知识进 行运算,必要时可利用光路可逆原理辅助解题。 【例 1】 (多选)(2020 江苏淮安高二期中)一束光从空气射向折射率为 3的某种 介质,若反射光线与折射光线垂直,已知真空中的光速为 c,则下列说法正确的 是( ) A.光的入射角为 30 B.介质中的光速为 3c C.光的入射角为 60 D.介质中的光速为 c 3 答案 CD 解析 根据题意,作出光路图,如图所示 根据折射率的公式 nsin i sin r sin i sin(90 i)tan i 所以 i60 介质中的光速为 vc n c 3 【例 2】 (20
7、21 大连市一三中学高二月考)光线以 60 的入射角从空气射入玻 璃中,折射光线与反射光线恰好垂直(真空中的光速 c3.0108m/s)。 (1)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度; (2)当入射角变为 45 时,折射角变为多大? (3)当入射角增大或减小时折射率是否发生变化?请说明理由。 答案 (1) 3 3108 m/s (2)arcsin 6 6 (3)折射率不变 理由见解析 解析 (1)根据题意画出光路图,如图所示。 由反射定律知 13 又 3290 所以 290 130 可得折射率为 nsin 1 sin 2 sin 60 sin 30 3 光在玻璃中的传播的速度为 vc n 3
8、108 3 m/s 3108 m/s (2)根据 nsin 1 sin 2 代入数据可得 2arcsin 6 6 (3)介质的折射率取决于介质的光学性质和光的频率,与光的入射角和折射角无 关,所以当入射角增大或减小时,折射率不变。 【针对训练 1】 (2020 江苏江宁高二期末)如图所示,光在真空和介质的界面 MN 上发生偏折,那么下列说法正确的是( ) A.光是从真空射向介质 B.介质的折射率约为 1.73 C.光在介质中的传播速度约为 3.0108 m/s D.反射光线与折射光线成 60 答案 B 解析 由图可知光的入射角为 i30 ,折射角为 r60 ,所以光线从介质射向真 空,选项 A
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