浙江專(zhuān)版2018年高中物理第十三章光第1節(jié)光的反射和折射學(xué)案新人教版選修3_420180529236.doc

第1節(jié) 光的反射和折射目標(biāo)早知道浙江選考學(xué)習(xí)要求知識(shí)內(nèi)容考試要求1.光的反射和折射加試c2.全反射加試b3.光的干涉加試c4.光的衍射加試b5.光的偏振加試b6.光的顏色、色散加試b7.激光加試a反射及反射定律探新知基礎(chǔ)練1光的反射光從一種介質(zhì)射到它與另一種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光會(huì)返回到第一種介質(zhì)的現(xiàn)象。2反射定律反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角。 辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1反射角與入射角成正比。()2光的反射現(xiàn)象中有時(shí)光不遵循反射定律。()3在光的反射現(xiàn)象中，光路可逆。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1在光的反射現(xiàn)象中，要注意反射角與入射角是指光線與法線的夾角。2在光的反射現(xiàn)象中，光路可逆。試身手1如圖所示，在房間內(nèi)靠近墻角的天花板上有一面平面鏡，在房間地板上的B點(diǎn)放一點(diǎn)光源S，通過(guò)平面鏡的反射在豎直墻壁上出現(xiàn)一個(gè)光斑。若要使墻壁上光斑的面積增大一些，下面的方法中可行的是()A保持光源的位置不變，將平面鏡繞過(guò)平面鏡O點(diǎn)且垂直紙面的軸，沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度B將光源沿地面向左移動(dòng)一小段距離C將光源沿地面向右移動(dòng)一小段距離D將光源豎直向上移動(dòng)一小段距離解析：選B如圖所示，利用平面鏡成像的對(duì)稱(chēng)特點(diǎn)，找出光源S通過(guò)平面鏡所成的像S，作出過(guò)平面鏡邊緣的入射光線BE和反射光線EF，則OF表示光斑的大小。A項(xiàng)中，將平面鏡沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度，光源通過(guò)平面鏡所成的像的位置下移，F(xiàn)點(diǎn)上移，會(huì)使光斑變小，故A錯(cuò)；B項(xiàng)中，減小了入射角和反射角，從而使F點(diǎn)下移，光斑變大，故B對(duì)；同理分析可知C錯(cuò)；D項(xiàng)中，將光源豎直向上移動(dòng)一小段距離，則像點(diǎn)下移，使F點(diǎn)上移，會(huì)使光斑變小，D錯(cuò)。光的折射及折射定律探新知基礎(chǔ)練光的折射光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光進(jìn)入第2種介質(zhì)的現(xiàn)象入射角、折射角入射角：入射光線與法線的夾角折射角：折射光線與法線的夾角折射定律折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即：n12辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1光發(fā)生折射現(xiàn)象時(shí)一定伴隨著反射現(xiàn)象。()2在光的折射現(xiàn)象中遵循光路可逆原理。()3入射角與折射角成正比。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1光的方向(1)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一般要發(fā)生變化(斜射)，但并非一定變化，當(dāng)光垂直界面入射時(shí)，傳播方向就不發(fā)生變化。(2)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。2光的傳播速度光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播速度一定變化，當(dāng)光垂直界面入射時(shí)，光的傳播方向雖然不變，但也屬于折射，因?yàn)楣鈧鞑サ乃俣劝l(fā)生了變化。3入射角與折射角的大小關(guān)系光從真空(空氣)進(jìn)入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角大于折射角；反過(guò)來(lái)，光從某種介質(zhì)進(jìn)入真空(空氣)時(shí)，則入射角小于折射角。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光路的可逆性。試身手2(多選)關(guān)于光的折射，下列說(shuō)法正確的是()A折射光線一定在法線和入射光線所確定的平面內(nèi)B入射光線、法線與折射光線不一定在一個(gè)平面內(nèi)C入射角總大于折射角D光線從空氣斜射入玻璃時(shí)，入射角大于折射角解析：選AD由折射定律可知：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，A對(duì)，B錯(cuò)；光由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，折射角與入射角的大小由兩種介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)決定，例如，光從空氣斜射入玻璃時(shí)，入射角大于折射角，由光路的可逆性知，光從玻璃斜射向空氣時(shí)入射角小于折射角，故C錯(cuò)，D對(duì)。折射率探新知基礎(chǔ)練1折射率意義反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量。2.定義光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫這種介質(zhì)的折射率。即n12。3折射率與光速的關(guān)系某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n。4特點(diǎn)任何介質(zhì)的折射率都大于1。辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1根據(jù)n， n與sin 1成正比，與sin 2成反比。()2光從空氣射入水中，光的傳播速度一定增大。()3光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的，同一種介質(zhì)，相對(duì)于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1入射角、折射角的正弦值當(dāng)光由真空中射入某種介質(zhì)中時(shí)，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但正弦值之比是一個(gè)常數(shù)。2關(guān)于常數(shù)n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個(gè)常數(shù)n，但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說(shuō)明常數(shù)反映了介質(zhì)的光學(xué)特性。折射率可由入射角與折射角的正弦值之比來(lái)描述其大小，但與入射角及折射角的正弦值無(wú)關(guān)，僅與介質(zhì)及入射光有關(guān)。3折射率與光速的關(guān)系介質(zhì)的折射率跟光在其中的傳播速度v有關(guān)，即n，由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何介質(zhì)中的傳播速度v，所以任何介質(zhì)的折射率n都大于1，因此，光從真空斜射入任何介質(zhì)中時(shí)，入射角均大于折射角。而光由介質(zhì)斜射入真空中時(shí)，入射角均小于折射角。4決定因素介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，它的大小只由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同決定，不隨入射角、折射角的變化而變化。特別提醒不論光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，折射率的定義式n中，1都為真空中的光線與法線的夾角，而2為介質(zhì)中的光線與法線的夾角，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光路的可逆性。試身手3.如圖所示，有一玻璃三棱鏡ABC，頂角A為30，一束光線a垂直于AB射入棱鏡，由AC射出進(jìn)入空氣，測(cè)得出射光線與入射光線間夾角為30，則棱鏡的折射率為()A.B2C. D.解析：選C由題意及幾何關(guān)系可知，光線從棱鏡射向空氣中時(shí)，入射角為130，折射角為260，則棱鏡的折射率n。故C正確。測(cè)定玻璃的折射率探新知基礎(chǔ)練1實(shí)驗(yàn)原理用插針?lè)ù_定光路，找出跟入射光線相對(duì)應(yīng)的折射光線，用量角器測(cè)出入射角1和折射角2，根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n。2實(shí)驗(yàn)器材兩面平行的玻璃磚，方木板，白紙，圖釘(若干)，大頭針?biāo)拿?，直尺，量角器，鉛筆。辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1測(cè)定玻璃折射率時(shí)可以利用三棱鏡等其它形狀的玻璃，不一定用平行玻璃磚。()2測(cè)定玻璃折射率時(shí)， 入射角取得越大越好。()3玻璃磚的折射面要畫(huà)準(zhǔn)，可用玻璃磚界面代替直尺畫(huà)界線。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1實(shí)驗(yàn)步驟(1)如圖所示，將白紙用圖釘釘在平木板上。(2)在白紙上畫(huà)出一條直線aa作為界面(線)，過(guò)aa上的一點(diǎn)O畫(huà)出界面的法線NN，并畫(huà)一條線段AO作為入射光線。(3)把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa對(duì)齊，畫(huà)出玻璃磚的另一長(zhǎng)邊bb。(4)在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向直到P2的像擋住P1的像。再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置。(5)移去大頭針和玻璃磚，過(guò)P3、P4所在處作直線OB與bb交于O，直線OB就代表了沿AO方向入射的光線通過(guò)玻璃磚后的傳播方向。(6)連接OO，入射角1AON，折射角2OON，用量角器量出1和2，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在設(shè)計(jì)的表格中。(7)用上述方法測(cè)出入射角分別為30、45、60時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中。(8)算出不同入射角下的正弦比值，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中比值的平均值，即為玻璃磚的折射率。2注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)中，玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng)。(2)不能用手觸摸玻璃磚光潔面或把玻璃磚當(dāng)尺子用。(3)大頭針應(yīng)豎直插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)適當(dāng)大些，以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差。(4)實(shí)驗(yàn)中入射角不宜過(guò)小，否則會(huì)使測(cè)量誤差大，也不宜過(guò)大。(5)本實(shí)驗(yàn)中如果采用的不是兩面平行的玻璃磚，而是三棱鏡、半圓形玻璃磚等，則只是出射光和入射光不平行，同樣能測(cè)出折射率。試身手4在測(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A玻璃磚的寬度宜大些B入射角應(yīng)盡量小些C大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上D大頭針P1與P2及P3與P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大些解析：選B玻璃磚寬度大些，可減小測(cè)量誤差；大頭針垂直插在紙面上以及大頭針P1與P2及P3與P4之間的距離適當(dāng)大些，可減小確定光路方向時(shí)的誤差，A、C、D正確；入射角不能太大也不能太小，入射角較小時(shí)，測(cè)量誤差較大，B錯(cuò)誤。對(duì)折射定律的理解典例1如圖所示，光線以入射角1從空氣射向折射率n的玻璃表面。(1)當(dāng)入射角145時(shí)，反射光線與折射光線的夾角為多大？(2)當(dāng)入射角1為多大時(shí)，反射光線和折射光線垂直？解析(1)設(shè)折射角為2，由n，得sin 2，所以230。又反射角145，則反射光線與折射光線的夾角18012105。(2)當(dāng)反射光線和折射光線垂直時(shí)，即1290，ntan 1，則入射角1arctan 。答案(1)105(2)arctan 解決此類(lèi)光路問(wèn)題，關(guān)鍵是辨清“三線、兩角、一界面”間的關(guān)系。注意以下幾點(diǎn)：(1)根據(jù)題意正確畫(huà)出光路圖。(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，注意入射角、反射角、折射角的確定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。折射定律的應(yīng)用典例2一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示，底面AOB鍍銀(圓中粗線)，O表示半圓截面的圓心。一束光線在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)入射，經(jīng)過(guò)AB面反射后從N點(diǎn)射出。已知光線在M點(diǎn)的入射角為30，MOA60，NOB30，sin15。求：(1)光線在M點(diǎn)的折射角；(2)透明物體的折射率。解析(1)如圖所示，透明物體內(nèi)部的光路為折線MPN，Q、M點(diǎn)相對(duì)于底面EF對(duì)稱(chēng)，Q、P和N三點(diǎn)共線。設(shè)在M點(diǎn)處，光的入射角為i，折射角為r，OMQ，PNF。根據(jù)題意有30由幾何關(guān)系得，PNOPQOr，則r60且r由式得r15。 (2)根據(jù)折射率公式有sin insin r由式得n。答案(1)15(2)遇到球形、半球形玻璃磚，或圓柱形玻璃磚時(shí)，均需過(guò)入射點(diǎn)做該點(diǎn)與球心的連線，此連線即為入射光線的法線，從而確定入射角和折射角。測(cè)定玻璃的折射率典例3用三棱鏡做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2擋住。接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和三棱鏡輪廓，如圖所示。(1)在本題的圖上畫(huà)出所需的光路。(2)為了測(cè)出棱鏡玻璃的折射率，需要測(cè)量的量是_，在圖上標(biāo)出它們。(3)計(jì)算折射率的公式是n_。解析(1)如圖所示，畫(huà)出通過(guò)P1、P2的入射光線交AC面于O，畫(huà)出通過(guò)P3、P4的出射光線交AB面于O，則光線OO就為入射光線P1、P2在三棱鏡中的折射光線。(2)在所畫(huà)的圖上，標(biāo)明入射角1和折射角2，并畫(huà)出虛線部分。用量角器測(cè)量出1和2或用刻度尺測(cè)出線段EF、OE、GH、OG的長(zhǎng)度。(3)n或因?yàn)閟in 1，sin 2則n。答案(1)光路圖見(jiàn)解析圖(2)入射角1折射角2(或EF和OE、GH和OG)如解析中圖所示(3)(或)課堂對(duì)點(diǎn)鞏固1關(guān)于光的反射與折射現(xiàn)象，下列說(shuō)法不正確的是()A光發(fā)生反射時(shí)，光的傳播方向一定改變B光發(fā)生反射時(shí)，光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90C光發(fā)生折射時(shí)，一定伴隨著反射D光發(fā)生折射時(shí)，光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90解析：選D由光的反射定律可知，反射角等于入射角，不管入射角多大，光發(fā)生反射時(shí)，光的傳播方向都要改變，選項(xiàng)A正確；光發(fā)生反射時(shí)，當(dāng)入射角等于45時(shí)，光的傳播方向偏轉(zhuǎn)90，選項(xiàng)B正確；光從一種介質(zhì)射到與另一種介質(zhì)的分界面時(shí)，一定有部分光發(fā)生反射，選項(xiàng)C正確；光發(fā)生折射時(shí)，光的傳播方向偏轉(zhuǎn)一定小于90，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2(多選)如圖所示，虛線表示兩種介質(zhì)的界面及其法線，實(shí)線表示一條光線射向界面后發(fā)生反射和折射的光線，以下說(shuō)法正確的是()AbO不可能是入射光線BaO可能是入射光線CcO可能是入射光線DOb可能是反射光線解析：選ABD由于入射角等于反射角，入射光線、反射光線關(guān)于法線對(duì)稱(chēng)，所以aO、Ob應(yīng)是入射光線或反射光線，PQ是法線。又因?yàn)榉瓷涔饩€、折射光線都不與入射光線位于法線同側(cè)，所以aO是入射光線，Ob是反射光線，Oc是折射光線。故A、B、D正確。3.現(xiàn)在高速公路上的標(biāo)志牌都用“回歸反光膜”制成，夜間行車(chē)時(shí)，它能把車(chē)燈射出的光逆向返回，所以標(biāo)志牌上的字特別醒目。這種“回歸反光膜”是用球體反射元件制作的。如圖所示，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(nèi)經(jīng)一次反射后，再次折射回到空氣中時(shí)與入射光線平行。此玻璃的折射率為()A.B1.5C.D2解析：選C如圖所示，為光線在玻璃球內(nèi)的光路圖。A、C為折射點(diǎn)，B為反射點(diǎn)，作OD平行于入射光線，故AODCOD60，所以O(shè)AB30，玻璃的折射率n，故C正確。4某同學(xué)由于沒(méi)有量角器，他在完成了光路圖后，以O(shè)點(diǎn)為圓心，10 cm為半徑畫(huà)圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交線段OO的延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過(guò)A點(diǎn)作法線NN的垂線AB交NN于B點(diǎn)，過(guò)C點(diǎn)作法線NN的垂線CD交NN于D點(diǎn)，如圖所示。用刻度尺量得OB8 cm，CD4 cm，由此可得出玻璃的折射率n_。解析：由題圖可知sinAOB，sinDOC，OAOC10 cm，根據(jù)n知，n1.5。答案：1.5課堂小結(jié)課時(shí)跟蹤檢測(cè)十一一、單項(xiàng)選擇題1若某一介質(zhì)的折射率較大，那么()A光由空氣射入該介質(zhì)時(shí)折射角較大B光由空氣射入該介質(zhì)時(shí)折射角較小C光在該介質(zhì)中的速度較大D光在該介質(zhì)中的速度較小解析：選D由n可知，光由空氣射入介質(zhì)時(shí)的折射角是由折射率n和入射角1共同決定的，所以A、B均錯(cuò)；由n可知，介質(zhì)的折射率越大，光在該介質(zhì)中的速度越小，故C錯(cuò)，D對(duì)。2如果光以同一入射角從真空射入不同介質(zhì)，則折射率越大的介質(zhì)()A折射角越大，表示這種介質(zhì)對(duì)光線偏折作用越大B折射角越大，表示這種介質(zhì)對(duì)光線偏折作用越小C折射角越小，表示這種介質(zhì)對(duì)光線偏折作用越大D折射角越小，表示這種介質(zhì)對(duì)光線偏折作用越小解析：選C根據(jù)折射率n，在入射角相同的情況下，折射率越大的介質(zhì)，其折射角越小，該介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越大。C正確。3關(guān)于光的折射現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()A折射角一定小于入射角B折射率跟折射角的正弦值成反比C折射角增大為原來(lái)的2倍，入射角也增大為原來(lái)的2倍D折射率大的介質(zhì)，光在其中的傳播速度小解析：選D光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；折射率由介質(zhì)材料決定，與折射角的大小無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；折射率n，折射角增大為原來(lái)的2倍，入射角并不增大為原來(lái)的2倍，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；折射率與光速的關(guān)系是n，則n大時(shí)v小，選項(xiàng)D正確。4光線由空氣射向某介質(zhì)，當(dāng)入射角為i時(shí)，折射光線與反射光線正好垂直，那么這種介質(zhì)的折射率和光在該介質(zhì)中的速度分別為()Ansin i，vcsin i Bntan i，vctan iCntan i，v Dncos i，v解析：選C由于折射光線與反射光線正好垂直，所以折射角r90i，則ntan i，A、D項(xiàng)錯(cuò)誤；又n，故v，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。5.如圖所示，P、Q是兩種透明材料制成的兩塊直角梯形的棱鏡，疊合在一起組成一個(gè)長(zhǎng)方體。某單色光沿與P的上表面成角的方向斜射向P，其折射光線正好垂直通過(guò)兩棱鏡的界面。已知材料的折射率nPnQ，則下列說(shuō)法正確的是()A一定沒(méi)有光線從Q的下表面射出B從Q的下表面射出的光線一定與入射到P的上表面的光線平行C如果光線從Q的下表面射出，出射光線與下表面所夾的銳角一定大于D如果光線從Q的下表面射出，出射光線與下表面所夾的銳角一定小于解析：選D作出光路圖，如圖所示。由題意可知，光線垂直射入Q，根據(jù)折射定律，則有：nP，nQ；因?yàn)閚PnQ，r，所以i，所以D對(duì)。二、多項(xiàng)選擇題6如圖所示，一玻璃柱體的橫截面為半圓形。單色光束從空氣射到柱體的O點(diǎn)(半圓的圓心)，產(chǎn)生反射光束1和折射光束2。已知玻璃柱的折射率為，入射角為45(相應(yīng)的折射角為24)。現(xiàn)保持入射光束不變，將半圓柱繞通過(guò)O點(diǎn)垂直于紙面的軸線順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15，如圖中虛線所示，則()A光束1轉(zhuǎn)過(guò)15B光束1轉(zhuǎn)過(guò)30C光束2轉(zhuǎn)過(guò)的角度小于15D光束2轉(zhuǎn)過(guò)的角度大于15解析：選BC轉(zhuǎn)動(dòng)前，光束1(反射光)與入射光線間的夾角為A45290，光束2(折射光)的反向延長(zhǎng)線與入射光線間的夾角為B452421；轉(zhuǎn)動(dòng)后，反射光線與入射光線的夾角A602120，根據(jù)折射定律，得r30，則折射光線的反向延長(zhǎng)線與入射光線間的夾角為B603030，得AAA30，BBB9，故B、C項(xiàng)正確。7如圖所示，光在真空和介質(zhì)的界面MN上發(fā)生偏折，那么下列說(shuō)法正確的是()A光是從真空射向介質(zhì)B介質(zhì)的折射率約為1.73C光在介質(zhì)中的傳播速度約為1.73108 m/sD反射光線與折射光線成60角解析：選BC因?yàn)檎凵浣谴笥谌肷浣牵怨馐菑慕橘|(zhì)射向真空的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；據(jù)折