高中物理 13.1 光的反射和折射 新人教選修34

.........一、光的折射現(xiàn)象的規(guī)律.1．光的方向：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).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．光的傳播速度：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播速度一定發(fā)生變化，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：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，折射角與入射角的大小關(guān)系不要一概而論，要視兩種介質(zhì)的折射率大小而定.當(dāng)光從真空斜射入介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角，當(dāng)光從介質(zhì)斜射入真空時(shí)，入射角小于折射角..

(1)應(yīng)用折射定律和反射定律解題的關(guān)鍵是確定入射角和折射角.畫出正確的光路圖是解題的必要前提.(2)入射角、折射角、反射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)來確定，注意法線與界面的區(qū)別..【典例1】(2020·東城區(qū)高二檢測)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)長方體.某單色光沿與P的上表面成θ角的方向斜射向P，其折射光線正好垂直通過兩棱鏡的界面.已知材料的折射率nP＜nQ，則下列說法正確的是().A．一定沒有光線從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θD．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θ.

【解題指導(dǎo)】解答本題時(shí)可按以下思路分析：.【標(biāo)準(zhǔn)解答】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:因?yàn)閚P＜nQ，β=γ，所以α＜i，所以D對..【變式訓(xùn)練】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，以下說法正確的是()A．bO不可能是入射光線B．a(chǎn)O可能是入射光線C．cO可能是入射光線D．Ob可能是反射光線.【解析】選A、B、D.由于入射角等于反射角，入射光線、反射光線關(guān)于法線對稱，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..二、對折射率的理解.1．關(guān)于正弦值：當(dāng)光由真空射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但正弦值的比值是一個(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)，但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說明常數(shù)反映了該介質(zhì)的光學(xué)特性.3．折射率與光速的關(guān)系：介質(zhì)的折射率n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..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..

(1)折射率的定義式n=中的θ1為真空中的光線與法線的夾角，不一定是入射角，θ2也不一定是折射角，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光線的可逆性.(2)介質(zhì)的折射率由介質(zhì)的性質(zhì)和光的頻率共同決定，與入射角和折射角無關(guān)..【典例2】（2020·新課標(biāo)全國卷）一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示，底面AOB鍍銀（圖中粗線），O表示半圓截面的圓心，一束光線在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)的入射角為30°，∠MOA=60°，∠NOB=30°.求：(1)光線在M點(diǎn)的折射角；(2)透明物體的折射率..

【解題提示】解答本題時(shí)可先作出光路圖，根據(jù)幾何關(guān)系確定在M點(diǎn)的折射光線和N點(diǎn)的入射光線，從而確定入射角和折射角..【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)如圖，透明物體內(nèi)部的光路為折線MPN，Q、M點(diǎn)相對于底面EF對稱，Q、P、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=α，∠PNF=β，根據(jù)題意有α=30°①由幾何關(guān)系得，∠PNO=∠PQO=r，于是β+r=60°②α+r=β③由①②③式得r=15°.(2)根據(jù)折射率公式有答案：(1)15°(2).【規(guī)律方法】光在界面發(fā)生折射時(shí)(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系,作出比較完整的光路圖.(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系,確定各角之間的聯(lián)系.根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量：折射角、折射率等..【變式訓(xùn)練】如圖所示，兩束單色光a、b分別照射到玻璃三棱鏡AC面上，穿過三棱鏡后互相平行，則()A．a(chǎn)光的折射率大B．b光的折射率大C．a(chǎn)光在三棱鏡中的速度大D．b光在三棱鏡中的速度大.【解析】選B、C.根據(jù)題意可知b光通過三棱鏡后，傳播方向偏離原來方向大，所以b光折射率大，故A錯(cuò)，B對；根據(jù)v=，折射率大的，在介質(zhì)中的速度小，故C對，D錯(cuò)..三、視深的判斷與計(jì)算1．視深是人眼看透明物質(zhì)內(nèi)部某物體時(shí)像點(diǎn)離界面的距離.一般都是沿著界面的法線方向去觀察，在計(jì)算時(shí)，由于入射角很小，折射角也很小，故有2．當(dāng)沿豎直方向看水中的物體時(shí)，“視深”是實(shí)際深度的，n是水的折射率..

(1)一般都是沿著界面的法線方向去觀察，作圖時(shí)要畫開一定的角度，方便看圖.(2)構(gòu)建幾何圖形，尋找邊角關(guān)系.(3)利用折射定律把折射角、入射角與幾何圖形的各邊聯(lián)系起來..【典例3】(2020·煙臺(tái)高二檢測)一小孩站在寬6m的河邊，在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3m的樹，樹的正下方河底有一塊石頭，小孩向河面看去，同時(shí)看到樹頂和石頭兩者的像且重合.若小孩的眼睛離河面高為1.5m，如圖所示，河水的折射率為，試估算河水深度..

【解題指導(dǎo)】.【標(biāo)準(zhǔn)解答】光路如圖所示，得n=由幾何關(guān)系得1.5tanα+3tanα=6,解得tanα=，sinα=,P點(diǎn)至樹所在岸邊的距離為3tanα=4m,sinβ=由以上幾式解得h=5.3m.答案：5.3m.【變式訓(xùn)練】如圖所示是北京奧運(yùn)會(huì)期間安置在游泳池底部的照相機(jī)拍攝的一張照片，照相機(jī)的鏡頭豎直向上.照片中，水立方運(yùn)動(dòng)館的景象呈現(xiàn)在半徑r=11cm的圓形范圍內(nèi)，水面上的運(yùn)動(dòng)員手到腳的長度l=10cm，若已知水的折射率為n=，請根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際身高估算該游泳池的水深h.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).【解析】設(shè)照片圓形區(qū)域的實(shí)際半徑為R,運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際長度為L.折射定律nsinα=sin90°.幾何關(guān)系：取L=2.2m,解得h=2.1m(1.6～2.6m都算對).答案：2.1m.

【變式備選】(2020·西城區(qū)高二檢測)某位同學(xué)用下面的方法測量某種液體的折射率.如圖所示，他在一個(gè)燒杯中裝滿了某種透明液體，緊貼著杯口豎直插入一根直尺AB，眼睛從容器邊緣的P處斜向下看去，觀察到A經(jīng)液面反射所成的虛像A′恰好與B經(jīng)液體折射形成的虛像重合.他讀出直尺露出液面的長度AC、沒入液體中的長度BC，量出燒杯的直徑d.由此求出這種透明液體的折射率為()..【解析】選D.作光路圖如圖所示..【典例】(2020·福建高考)某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行.正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖所示..(1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n=_____(用圖中的θ1、θ2表示)；(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減少誤差，應(yīng)選用寬度_____(填“大”或“小”)的玻璃磚來測量.【解題指導(dǎo)】注意角θ1、θ2與入射角、折射角的關(guān)系..【標(biāo)準(zhǔn)解答】由實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)可知應(yīng)選用寬度大的玻璃磚來測量，減小實(shí)驗(yàn)誤差.答案：(1)(2)大.一、選擇題1．假設(shè)地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時(shí)刻與實(shí)際存在大氣層的情況相比()A．將提前B．將延后C．不變D．在某些地區(qū)將提前，在某些地區(qū)將延后【解析】選B.如果不存在大氣層，只有當(dāng)太陽上升到觀察者的“地平線”時(shí)才能被觀察到..2．(2020·福州高二檢測)某研究性學(xué)習(xí)小組在探究光的折射過程中，研究折射角與入射角之間的關(guān)系，當(dāng)光由空氣斜射入玻璃中時(shí)，測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：.由此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以初步得到的結(jié)論是()A．在誤差允許范圍內(nèi)，入射角與折射角之比總是定值B．在誤差允許范圍內(nèi)，入射角正弦與折射角正弦之比總是定值C．在誤差允許范圍內(nèi)，入射角與折射角之差總是定值D．在誤差允許范圍內(nèi)，入射角正弦與折射角正弦之差總是定值【解析】選B.由表中數(shù)據(jù)可得在誤差允許范圍內(nèi)，入射角正弦與折射角正弦之比總是定值.故B對..3.(2020·寧波高二檢測)現(xiàn)在高速公路上的標(biāo)志牌都用“回歸反光膜”制成.夜間行車時(shí)，它能把車燈射出的光逆向返回，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成的，反光膜內(nèi)均勻分布著一層直徑為10μm的細(xì)玻璃珠，所用玻璃的折射率為為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃珠折射——反射——折射后恰好和入射光線平行，如圖所示，那么第一次入射的入射角應(yīng)是().A.15°B.30°C.45°D.60°.【解析】選D.作光路圖如圖所示，設(shè)入射角為θ，折射角為α，則θ=2α，所以，θ=60°.故選項(xiàng)D正確..4．關(guān)于光的折射現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A．光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象B．人在岸上觀察水中的魚比實(shí)際位置淺C．若光從空氣射入某種液體中，它的速率一定減小D．觀察者看見太陽剛從地平線升起時(shí)，其實(shí)太陽位于地平線以下【解析】選B、C、D.根據(jù)折射概念和規(guī)律可知A錯(cuò)，B、C、D對..5．(2020·臨沂高二檢測)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)對光線偏折作用越大B．折射角越大，表示這種介質(zhì)對光線偏折作用越小C．折射角越小，表示這種介質(zhì)對光線偏折作用越大D．折射角越小，表示這種介質(zhì)對光線偏折作用越小【解析】選C.根據(jù)折射率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)對光的偏折作用越大..6.(2020·安徽高考)實(shí)驗(yàn)表明，可見光通過三棱鏡時(shí)各色光的折射率n隨著波長λ的變化符合科西經(jīng)驗(yàn)公式：其中A、B、C是正的常量.太陽光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖所示.則（）.A.屏上c處是紫光B.屏上d處是紅光C.屏上b處是紫光D.屏上a處是紅光【解析】選D．太陽光中紅光波長最長，紫光波長最短，則紫光折射率最大,紅光折射率最小,所以紫光偏折程度最大,對應(yīng)屏上d處，紅光偏折程度最小,對應(yīng)屏上a處..7．有一塊材料均勻、厚度一定的透明玻璃平板，一束單色光由空氣中照射到玻璃板上，第一次沿垂直于板面方向入射，第二次沿與板面成某一傾角方向入射，則()A．第一次入射時(shí)光的方向未發(fā)生偏折，說明此時(shí)光在玻璃中的傳播速度與在空氣中相同B．一、二兩次光在玻璃中傳播時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間相同C．一、二兩次光在玻璃中傳播的速度不同D．一、二兩次光在玻璃中傳播的速度相同【解析】選D.光在同種介質(zhì)中傳播速度相同，故A、C錯(cuò),D對；兩次光在玻璃中通過的路程不同，則時(shí)間不同，故B錯(cuò)..二、非選擇題8．（2020·天津高考）某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率.開始玻璃磚的位置如圖中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像.如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失.此時(shí)只須測量出_______，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率.請用你的測量量表示出折射率n=__________..【解析】若半圓形玻璃磚轉(zhuǎn)過θ角時(shí)在半圓形玻璃磚直徑一側(cè)恰好看不到P1、P2的像，那么此時(shí)恰好發(fā)生了全反射.則過P1、P2的光線在玻璃磚內(nèi)的入射角為θ，在空氣中折射角為90°，根據(jù)折射定律得n=只要測出θ，就可求出玻璃磚的折射率.答案：玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度θ.9.（2020·江蘇高考）一束光從空氣射向折射率為的某種介質(zhì)，若反射光線與折射光線垂直，則入射角為_____.真空中的光速為c，則光在該介質(zhì)中的傳播速度為_______.【解析】設(shè)入射角為i,折射角為90°-i,根據(jù)n=可以得到i=60°,再根據(jù)n=可得答案：60°.10．空中有一只小鳥,距水面3m,其正下方距水面4m深處的水中有一條魚.已知水的折射率為4/3,則鳥看水中的魚離它_____m,魚看天上的鳥離它_____m..【解析】首先作出鳥看魚的光路圖,如圖所示.由于是在豎直方向上看,所以入射角很小,即圖中的i和r均很小,故有tani≈sini,tanr≈sinr.由圖可得:h1tanr=h′tani..h′=h1tanr/tani=h1sinr/sini=則鳥看水中的魚離它:H1=3m+3m=6m.同理可得魚看鳥時(shí),h″=nh2=3×m=4m,則H2=4m+4m=8m.答案：68.

【方法技巧】有關(guān)視深問題的探究如圖所示,一物點(diǎn)S位于折射率為n的介質(zhì)中H深處,由于一般人的瞳孔線度為2～3mm,因此i和r角都很小,則sini≈tani=,sinr≈tanr=,由折射定律知.如果從折射率為n的介質(zhì)中觀察正上方距液面高為H的物體，同理可得h=nH(h為視高).利用視深、視高公式,不僅可以簡捷地測定介質(zhì)折射率,而且還可以方便地分析和解決與視深、視高有關(guān)的問題..Thankyou!..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:02PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:02PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬