高中物理 第4章 光的折射與全反射 第1節(jié) 光的折射定律教案 魯科版選修34

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1、 第1節(jié) 光的折射定律 課堂互動(dòng) 三點(diǎn)剖析 一、光的折射定律 光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向改變的現(xiàn)象叫光的折射. 注意：當(dāng)光垂直于兩種介質(zhì)的界面入射時(shí),入射光線和折射光線都與界面垂直,折射光線與入射光線同向,這是一種特殊現(xiàn)象. 折射定律 折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi),折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè);入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.用公式表示為：=n 注意：上式是在光從空氣斜射向介質(zhì)的情況下推出的,i為入射角,r為折射角. 在折射現(xiàn)象中光路是可逆的. 【例1】 如果光線以大小相等的入射角,從真空射入不同介質(zhì),

2、若介質(zhì)的折射率越大,則（ ) A.折射角越大,說明折射光線偏離原來方向的程度越大 B.折射角越大,說明折射光線偏離原來方向的程度越小 C.折射角越小,說明折射光線偏離原來方向的程度越大 D.折射角越小,說明折射光線偏離原來方向的程度越小 解析：根據(jù)折射定律,=n,當(dāng)光以相等的入射角從真空向介質(zhì)入射時(shí)，sinθ1一定,n越大,sinθ2就越小,sinθ2越小說明光偏離原來的程度就越大,故B、C正確. 答案：BC 二、折射率的意義 定義式:n= 概念：光從真空中射入某種介質(zhì)時(shí),入射角i的正弦與折射角r的正弦之比n,叫做該種介質(zhì)的絕對折射率,簡稱折射率. 注

3、意：折射率的定義式為度量式,n沒有單位,且n＞1. 折射率與光速的關(guān)系 n= 注意：光在真空中的速度跟在空氣中的速度相差很小,通常情況下可以認(rèn)為光從空氣射入某種介質(zhì)時(shí)入射角的正弦與折射角的正弦之比是那種介質(zhì)的折射率. 光發(fā)生折射從一種介質(zhì)進(jìn)入另一介質(zhì)后，頻率保持不變，但光速和波長都要變化.真空中光速最大為3108 m/s. 【例2】 光線以30入射角從玻璃中射到玻璃與空氣的界面上,它的反射光線與折射光線的夾角為90,則這塊玻璃的折射率為（ ) A.0.866 B.1.732 C.1.414

4、 D.1.500 解析：作出光路圖如圖4-1-1所示,α為入射角,β為反射角,γ為折射角.由光的反射定律得α=β=30,由幾何知識(shí)得β+γ=90. 圖4-1-1 光從AO入射后從OC折射,根據(jù)光路可逆原理,如果光從CO入射一定從OA折射,這時(shí)空氣中的入射角為γ,玻璃中的折射角為α,所以有n==1.732. 答案： B 三、測量介質(zhì)的折射率 實(shí)驗(yàn)原理 確定光路，找出跟入射光線相應(yīng)的折射光線，用量角器測入射角i和折射角r，根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n=. 注意事項(xiàng)： 1.實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角大一些，否則折射角太小，作圖和測量時(shí)將產(chǎn)生較大的誤差，當(dāng)然入射角也不可

5、太大. 2.選用寬度較大的玻璃磚. 3.測玻璃的折射率時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點(diǎn)之間，P3與O點(diǎn)之間，P3與P4之間距離要稍大一些. 【例3】 一塊玻璃磚有兩個(gè)相互平行的表面，其中一個(gè)表面是鍍銀的（光線不能通過此表面）.現(xiàn)要測定此玻璃的折射率.給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚（P1、P2、P3、P4）、帶有刻度的直角三角板、量角器. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個(gè)相互平行的表面與紙面垂直.在紙上畫出直線aa′和bb′，aa′表示鍍銀的玻璃表面，bb′表示另一表面，如圖4-1-2所示.然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2（位置如圖

6、）.用P1、P2的連線表示入射光線. 圖4-1-2 (1)為了測量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針P3、P4？ 試在題圖中標(biāo)出P3、P4的位置. (2)然后，移去玻璃磚與大頭針.試在題圖中通過作圖的方法標(biāo)出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2.簡要寫出作圖步驟. (3)寫出用θ1、θ2表示的折射率公式為. 解答：(1)在bb′一側(cè)觀察P1、P2（經(jīng)過bb′折射aa′反射 ，再經(jīng)bb′折射后）的像，在適當(dāng)?shù)奈恢貌迳螾3，使得P3與P1、P2的像在一條直線上，即讓P3擋住P1、P2的像；再插上P4，讓它擋住P3（或P1）的像和P3.P3、P4的位置如圖4-1-3. 圖4-1

7、-3 (2)①過P1、P2作直線與bb′交于O； ②過P3、P4作直線與bb′交于O′； ③利用刻度尺找到OO′的中點(diǎn)M； ④過O點(diǎn)作bb′的垂線CD，過M點(diǎn)作bb′的垂線與aa′相交于N，如圖所示，連接ON； ⑤∠P1OD=θ1,∠CON=θ2. (3) 各個(gè)擊破 類題演練1 如圖4-1-4所示,一束光線從空氣射入介質(zhì),在界面上發(fā)生了反射和折射,入射點(diǎn)是O點(diǎn),則入射光線是__________;反射光線是__________;折射光線是__________. 圖4-1-4 解析：由光的反射定律和折射定律判斷可知,CO為入射光線，OB為反射光線，OA為折射光線. 答案

8、:CO OB OA 變式提升1 如圖4-1-5所示，光線以入射角θ1從空氣射向折射率n=的玻璃表面. （1）當(dāng)入射角θ1=45時(shí)，反射光線與折射光線間的夾角θ為多少？ （2）當(dāng)入射角θ1為多少時(shí)，反射光線和折射光線垂直？ 圖4-1-5 解析：設(shè)折射角為θ2, 由n=,sinθ2=，所以θ2=30，又θ′1=45，則反射光線與折射光線的夾角θ=180-θ′1-θ2=105. (2)當(dāng)反射光線和折射光線垂直時(shí)，θ′1+θ2=90,n==tanθ1 則入射角θ1=arctan. 答案：（1）105 (2)arctan 類題演練2 某種介質(zhì)的折射率是1.5,光在這種介

9、質(zhì)中的傳播速度為多大? 解析：根據(jù)折射率與光速的關(guān)系式n=得 v=m/s=2.0108 m/s. 答案：2.0108 m/s 變式提升2 如圖4-1-6所示，激光液面控制儀的原理是：固定的一束激光AO以入射角i照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光電管將光訊號(hào)轉(zhuǎn)變成電訊號(hào)，電訊號(hào)輸入控制系統(tǒng)用以控制液面高度，如果發(fā)現(xiàn)點(diǎn)B在屏上向右移動(dòng)了Δs的距離到B′，由此可知液面__________（填“升高”或“降低”）. 圖4-1-6 解析：由光的反射定律及作圖法判斷可知，入射角不會(huì)隨液面的升降而變化，作圖可知液面此時(shí)降低. 答案：降低 類題演練3 一細(xì)激光束AO，射

10、到長方形玻璃磚上的O點(diǎn)，其反射光線為OB、折射光線為OC，如圖4-1-7所示.如果量出O點(diǎn)到玻璃底面的距離為H，C到玻璃磚左側(cè)底部的點(diǎn)O′的距離為L1，反射光線與CO′延長線的交點(diǎn)B到O′的距離為L2，試求出玻璃的折射率. 圖4-1-7 解析：這是測定玻璃折射率的一種簡易方法.由幾何知識(shí)求出入射角的正弦和折射角的正弦，據(jù)折射定律就可以求出折射率. 根據(jù)折射定律n=，由圖可知sini′=,sinr=，據(jù)反射定律sini′=sini，所以n=. 答案：n= 變式提升3 測定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)如圖4-1-8所示，在把玻璃磚放在白紙上之前應(yīng)在紙上先畫好三條直線，它們分別是______

11、_____、___________、___________，最后按正確的要求插上大頭針P3、P4，由P3、P4的位置決定了光線___________的方向，從而確定了折射光線___________的方向. 圖4-1-8 解析：首先畫出直線aa′代表玻璃磚的一個(gè)側(cè)面，再畫MM′表示法線，畫AO表示入射光線，根據(jù)光沿直線傳播的經(jīng)驗(yàn)，利用大頭針P3P4確定出射光線，也就確定了出射光線的出射點(diǎn)O′,畫出OO′直線為折射光線. 答案：aa′ MM′ AO O′B OO′ 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375