滬科物理選修3-4 第4章4.5《光的折射》

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歡迎進入物理課堂 4 5光的折射 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 4 5 課前自主學案 課標定位 課標定位 學習目標 1 通過實例和實驗探究掌握光的折射定律 2 理解折射率的定義及其與光速的關系 3 學會用插針法測定介質的折射率 重點難點 理解折射率的定義 會用光的折射處理問題 課前自主學案 一 探究光的折射定律1 反射和折射 光從第1種介質射到它與第2種介質的分界面時 一部分光會返回第1種介質 這個現象叫做 另一部分光會進入第2種介質 這個現象叫做 光的反射 光的折射 圖4 5 1 注意 在光的反射現象和光的折射現象中 光路都是可逆的 二 折射率1 定義 光從真空射入某種介質發(fā)生折射時 的正弦與 的正弦之比 叫做這種介質的絕對折射率 簡稱折射率 用符號n來表示 2 物理意義 對不同的介質來說 是不同的 它是一個反映介質的光學性質的物理量 折射率越大 光線從空氣射入這種介質時 的角度越大 入射角 折射角 折射率 偏折 注意 任何介質的折射率均大于1 空氣的折射率近似等于1 插針法 3 實驗步驟 1 把白紙鋪到木板上 玻璃磚平放到白紙上 用鉛筆描出玻璃磚的兩條平行邊aa 和bb 之后將玻璃磚移走 2 畫出法線NN 在AO與aa 的夾角為45 的地方畫出一條入射光線AO 3 在入射光線AO上的適當位置插上兩枚大頭針P1和P2 圖4 5 2 4 把玻璃磚放回原位 視線透過玻璃磚觀察 在與大頭針P1 P2的像成一條直線的玻璃磚另一側再插上兩枚大頭針P3和P4 使P3擋住P1 P2的像 P4擋住P3和P1 P2的像 5 移走大頭針和玻璃磚 將針孔P3 P4用直線連接起來 并延長 與bb 交于O 連接OO 得到折射光線OO 6 分別用量角器量出入射角 NOA和折射角 N OO 從三角表中查出它們的正弦值 把這些數據記錄在自己設計的表格中 7 用上述方法分別求出入射角分別為30 60 時的折射角 查出它們的正弦值 填入表格 8 得出不同入射角時的正弦比值 最后求出在幾次實驗中所測的平均值 即為玻璃的折射率 核心要點突破 一 對折射定律的理解1 注意光線偏折的方向 如果光線從折射率 n1 小的介質射向折射率 n2 大的介質 折射光線向法線偏折 入射角大于折射角 并且隨著入射角的增大 減小 折射角也會增大 減小 如果光線從折射率大的介質射向折射率小的介質 折射光線偏離法線 入射角小于折射角 并且隨著入射角的增大 減小 折射角也會增大 減小 三 視深問題如圖4 5 3所示 某水池實際深度為h 垂直于水面往下看 視深度是多少 設水的折射率為n 設S為水池底的一點光源 在由S發(fā)出的光線中選取一條垂直于水面MN的光線 由O點射出 另一條與SO成極小角度 從S射向水面的A點 由A點折射到空氣中 因入射角極小 故折射角也極小 之所以如此假設 是因為對能進入眼睛的由光點發(fā)出的發(fā)散光束來說極小 那么進入眼中的兩條折射光線的反向延長線交于S 點 該點即為我們看到的水池底部發(fā)光點S的像點 S 點到水面的距離為h 即為視深度 圖4 5 3 由圖中可以看出視深度變小了 由幾何關系有 分析光的折射時 一般需作出光路圖 以便于應用折射定律及光路圖中提供的幾何關系來解答 在實際應用中 常見的方法是 三角形邊角關系 近似法 即利用小角度時 tan sin 的近似關系求解 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 一束復色光由空氣射向玻璃 發(fā)生折射而分為a b兩束單色光 其傳播方向如圖4 5 4所示 設玻璃對a b的折射率分別為na和nb a b在玻璃中的傳播速度分別為va和vb 則 圖4 5 4 A na nbB navbD va vb解析 選AD 從題圖中得知 玻璃對a光的折射率大 a光在玻璃中的傳播速度小 四 測玻璃折射率的注意事項1 實驗時 盡可能將大頭針豎直插在紙上 且P1和P2之間 P2與O點之間 P3與P4之間 P3與O 點之間距離要大一些 2 入射角應適當大一些 不宜太大 也不宜太小 3 操作時 手不能觸摸玻璃磚的光潔面 更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線 4 實驗中玻璃磚與白紙的位置不能改變 5 玻璃磚應選用寬度較大的 宜在5cm以上 即時應用 即時突破 小試牛刀 3 在 測定玻璃磚的折射率 的實驗中 對一塊兩面平行的玻璃磚用 插針法 找出入射光線對應的折射光線 現在有甲 乙 丙 丁四位同學分別做出如圖4 5 5所示的四組插針結果 1 從圖中看肯定把針插錯的同學是 2 從圖中看 測量結果準確度較高的同學是 圖4 5 5 解析 1 光線經過平行玻璃磚 先偏向法線 后偏離法線 射出后傳播方向不變 發(fā)生側移 由此知插錯的是乙同學 2 入射角較大 同側大頭釘距離越大時 測量誤差越小 所以丁圖準確度較高 答案 1 乙 2 丁 課堂互動講練 精講精析 介質的折射率僅與介質本身及光的顏色有關 與入射角或折射角的大小無直接關系 故A B均錯 介質折射率取決于介質和光的顏色 無光照射時 介質仍為原介質 折射率不會等于零 任何介質的折射率均大于1 故C錯 光由一種介質進入另一種介質中時 對于不同顏色的光 入射角相同時 折射角不同 故D正確 答案 D 方法總結 解題時應把握以下兩點 1 對于同一色光 介質的折射率由介質本身決定 與其他因素無關 2 對于不同的色光 介質的折射率不同 變式訓練1一束光從空氣射入某種透明液體 入射角40 在界面上光的一部分被反射 另一部分被折射 則反射光線與折射光線的夾角是 A 小于40 B 在40 與50 之間C 大于140 D 在100 與140 之間解析 選D 因為入射角40 反射角也為40 根據折射定律折射角小于40 所以反射光線與折射光線的夾角在100 與140 之間 一個圓柱形筒 直徑12cm 高16cm 人眼在筒側上方某處觀察 所見筒側的深度為9cm 當筒中裝滿液體時 則恰能看到筒側的最低點 求 1 此液體的折射率 2 光在此液體中的傳播速度 精講精析 題中的 恰能看到 表明人眼看到的是筒側最低點發(fā)出的光線經界面折射后進入人眼的邊界光線 由此可作出符合題意的光路圖 如圖4 5 6所示 在作圖或分析計算時還可以由光路的可逆性 認為 由人眼發(fā)出的光線 折射后恰好到達筒側最低點 圖4 5 6 方法總結 審清題意 規(guī)范 準確地畫出光路圖是解決幾何光學問題的前提和關鍵 從規(guī)范的光路圖上找準入射角和其對應的折射角 培養(yǎng)靈敏的幾何意識 找準幾何關系是正確解題的關鍵 必要時可應用光路的可逆性輔助做題 變式訓練2如圖4 5 7所示 一束單色光射入一玻璃球體 入射角為60 已知光線在玻璃球內經一次反射后 再次折射回到空氣中時與入射光線平行 此玻璃的折射率為 圖4 5 7 圖4 5 8 圖4 5 9 答案 23 1cm 方法總結 處理這種光的折射問題的一般思路為 1 根據題意畫出正確的光路圖 2 利用幾何關系確定光路圖中的邊 角關系 要注意入射角 折射角均是與法線的夾角 3 利用折射定律 折射率等公式列式求解 圖4 5 10 解析 設入射光線與1 4球體的交點為C 連接OC OC即為入射點的法線 因此 圖中的角 為入射角 過C點作球體水平表面的垂線 垂足為B 依題意 答案 60 某同學用插針法測定玻璃磚的折射率 他的實驗方法和操作步驟正確無誤 但他處理實驗記錄時發(fā)現玻璃磚的兩個光學面aa 與bb 不平行 如圖4 5 11所示 則 圖4 5 11 A AO與O B兩條直線平行B AO與O B兩條直線不平行C 他測出的折射率偏大D 他測出的折射率不受影響 答案 BD 方法總結 利用插針法確定光的入射點和出射點 從而確定入射光線和折射光線 此方法適用于平行玻璃磚 棱鏡 圓柱形玻璃體等 變式訓練4 2011年哈爾濱高二檢測 用三棱鏡做測定玻璃折射率的實驗 先在白紙上放好三棱鏡 在棱鏡的一側插上兩枚大頭針P1和P2 然后在棱鏡的另一側觀察 接著在眼睛所在的一側插兩枚大頭針P3和P4 使P3擋住P1和P2的像 P4擋住P3和P1 P2的像 在紙上標出的大頭針位置和三棱鏡輪廓 如圖4 5 12所示 圖4 5 12 1 在圖中畫出所需的光路 2 為了測出玻璃棱鏡的折射率 需要測量的量是 在圖上標出它們 3 計算折射率的公式是n 解析 1 如圖 過P1 P2作直線交AB于O 過P3 P4作直線交AC于O 連接OO 就是光在棱鏡中的光路圖 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全