新教材同步系列2024春高中物理第4章光及其應(yīng)用第1節(jié)光的折射定律學(xué)生用書粵教版選擇性必修第一冊

第一節(jié)光的折射定律1．理解光的折射定律．2．理解折射率的概念，知道折射率和光速的關(guān)系．3．能夠用光的折射定律解釋光的折射和光的色散現(xiàn)象．知識點一光的折射定律如圖所示，當(dāng)光線從空氣射入介質(zhì)時，發(fā)生折射，折射光線、入射光線和法線在________內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于________兩側(cè)；入射角i的________跟折射角γ的________成正比．用公式表示為：________＝n.知識點二折射率1．定義：光從________射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，________的正弦值與________的正弦值之比n，叫作這種介質(zhì)的折射率．2．公式：n＝sini3．意義：折射率與介質(zhì)的________有關(guān)，與入射角大小無關(guān)，是一個反映介質(zhì)________的物理量．4．折射率與光速的關(guān)系：不同介質(zhì)的折射率不同，是由光在不同介質(zhì)中的________不同引起的，即n＝cv，式中c為光在________中的傳播速度．由于c________v，故n________11．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)．(1)入射角變化，折射角也隨之變化，但入射角一定大于折射角． ()(2)光的折射率隨入射角的增大而增大． ()(3)介質(zhì)的折射率越大，光在這種介質(zhì)中的傳播速度越?。?()(4)介質(zhì)的折射率越大，介質(zhì)的密度也越大． ()2．插入水中的筷子，水里部分從水面斜著看起來是()A．向上曲折B．向下曲折C．沒有變化D．與水對光線的反射有關(guān)，難以確定3．關(guān)于折射率，下列說法正確的是()A．某種介質(zhì)的折射率等于光在介質(zhì)中的傳播速度v和光在真空中的傳播速度c的比值B．折射角和入射角的大小決定著折射率的大小C．任何介質(zhì)的折射率都小于1D．任何介質(zhì)的折射率都大于1有經(jīng)驗的漁民叉魚時，不是正對著看到的魚去叉，而是對著所看到魚的下方叉，如圖所示．你知道這是為什么嗎？光的折射定律和折射率1．入射角與折射角的大小關(guān)系(1)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，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．(2)當(dāng)光從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì)時，入射角大于折射角；當(dāng)光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時，入射角小于折射角．2．折射光路是可逆的在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的，即讓光線逆著原折射光線射到界面上，光線會逆著原來的入射光線發(fā)生折射．3．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，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．常數(shù)越大，光線的偏折角度就越大，因此折射率n是反映了介質(zhì)對光線偏折能力大小的物理量．(3)折射率與光速的關(guān)系：光在介質(zhì)中的傳播速度v跟介質(zhì)的折射率n有關(guān)，即n＝cv，由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何其他介質(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．【典例1】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與入射光線平行．此玻璃的折射率為()A．2B．1.5C．3D．2[聽課記錄]折射問題的四點注意(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖．(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角的確定．(3)利用反射定律、折射定律求解．(4)注意光路可逆性、對稱性的應(yīng)用．[跟進訓(xùn)練]訓(xùn)練角度1求介質(zhì)的折射率1．利用半圓柱形玻璃，可減小激光光束的發(fā)散程度．在如圖所示的光路中，A為激光的出射點，O為半圓柱形玻璃橫截面的圓心，AO過半圓頂點．若某條從A點發(fā)出的與AO成α角的光線，以入射角i入射到半圓弧上，出射光線平行于AO，則此玻璃的折射率為()A．sinisinαC．sinαsini訓(xùn)練角度2折射率與傳播速度2．一束光由空氣射入某介質(zhì)時，入射光線與反射光線間的夾角為90°，折射光線與反射光線間的夾角為105°，則該介質(zhì)的折射率及光在該介質(zhì)中的傳播速度為()A．2，2c BC．3，3c D折射定律的應(yīng)用1．同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大．2．由n＝cv3．同一頻率的色光在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不變，光速改變v=【典例2】如圖所示，有一截面是直角三角形的棱鏡ABC，∠A＝30°，它對紅光的折射率為n1，對紫光的折射率為n2，在距AC邊d處有一與AC平行的光屏，現(xiàn)有由以上兩種色光組成的很細的光束垂直AB邊射入棱鏡．(1)紅光和紫光在棱鏡中的傳播速度之比為多少？(2)若兩種色光都能從AC面射出，求在光屏MN上兩光點的距離．[聽課記錄]復(fù)色光通過三棱鏡發(fā)生折射的規(guī)律如圖所示，復(fù)色光經(jīng)過棱鏡折射后分散開來，是因為復(fù)色光中包含多種顏色的光，同一種介質(zhì)對不同色光的折射率不同．(1)折射率越大，偏折角也越大，經(jīng)棱鏡折射后，越靠近棱鏡的底部．(2)折射率大的，在介質(zhì)中傳播速度小，復(fù)色光經(jīng)三棱鏡折射后，靠近頂端的色光的傳播速度大，靠近棱鏡底端的色光的傳播速度小．[跟進訓(xùn)練]3．一束紅光和一束紫光以適當(dāng)?shù)慕嵌壬湎虿ＡТu，玻璃磚為半圓形，如圖所示，紅光與紫光出射光線都由圓心O點沿OC方向射出，則()A．AO是紅光，它穿過玻璃磚所用的時間最少B．AO是紫光，它穿過玻璃磚所用的時間最長C．AO是紅光，它穿過玻璃磚所用的時間最長D．AO是紫光，它穿過玻璃磚所用的時間最少1．(多選)井口大小和深度相同的兩口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，兩井底部各有一只青蛙，則()A．枯井中的青蛙覺得井口大些B．水井中的青蛙覺得井口大些C．晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星D．晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星2．如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光．如果光束b是藍光，則光束a可能是()A．紅光 B．黃光C．綠光 D．紫光3．如圖所示，玻璃棱鏡的截面為等腰三角形，頂角a為30°.一束光線垂直于ab面射入棱鏡，又從ac面射出．出射光線與入射光線之間的夾角為30°.則此棱鏡材料的折射率是()A．3 B．3C．33 D．4．如圖所示，在坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)有一橫截面為四分之一圓周的柱狀玻璃體OPQ，OP＝OQ＝R，一束單色光垂直O(jiān)P面射入玻璃體，在OP面上的入射點為A，OA＝R2，此單色光通過玻璃體后沿BD方向射出，且與x軸交于D點，OD＝3R回顧本節(jié)內(nèi)容，自主完成以下問題：1．折射率是指入射光從哪種介質(zhì)入射？2．折射率與什么有關(guān)？3．同一介質(zhì)對哪種色光折射率最??？第四章光及其應(yīng)用第一節(jié)光的折射定律[必備知識·自主預(yù)習(xí)儲備]知識梳理知識點一同一平面法線正弦值正弦值sin知識點二1.真空入射角i折射角γ3．自身性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)4．傳播速度真空＞＞基礎(chǔ)自測1．答案：(1)×(2)×(3)√(4)×2．A[插入水中的筷子，水下的筷子反射的光線從水中進入空氣中時發(fā)生折射，折射光線遠離法線，折射角大于入射角，人逆著折射光線看到比實際位置高一些的筷子的虛像，所以從水面斜著看起來是向上曲折，A正確．]3．D[某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c與光在介質(zhì)中的傳播速度v的比值，A錯誤；折射率與折射角和入射角的大小無關(guān)，B錯誤；任何介質(zhì)的折射率都大于1，C錯誤，D正確．][關(guān)鍵能力·情境探究達成]情境探究提示：從魚身上反射的光線由水中進入空氣時，在水面上發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進入人眼，人眼從逆著折射光線的方向看去，就會覺得魚變淺了，眼睛看到的是魚的虛像，在魚的上方，所以叉魚時要瞄準(zhǔn)像的下方，如圖所示．典例1C[作出光線在玻璃球體內(nèi)的光路圖如圖所示：A、C是折射點，B是反射點，OD平行于入射光線，由幾何知識得，∠AOD＝∠COD＝60°，則∠OAB＝30°，即折射角r＝30°，入射角i＝60°，由折射定律有n＝sinisinr＝3，故C正確，A、B、跟進訓(xùn)練1．B[根據(jù)光路圖，由折射定律得n＝sinir＝i－α，故n＝sinisini-α2．D[由反射定律和題意可知，反射角和入射角均為45°，如圖所示．折射角為r＝180°－45°－105°＝30°，則折射率n＝sin45°sin30°＝2，所以光在該介質(zhì)中的速度v＝cn＝c2典例2解析：(1)v紅＝cn1，v紫所以v紅v紫(2)畫出兩種色光通過棱鏡的光路圖，如圖所示，由圖得sinr1sin30°＝n1由數(shù)學(xué)運算得tanr1＝n14-n12x＝d(tanr2－tanr1)＝dn2答案:(1)n跟進訓(xùn)練3．A[由題圖看出兩光束的折射角相同，因紅光的折射率較小，由折射定律n＝sinisinr，故紅光的入射角應(yīng)大于紫光的入射角，故AO為紅光；由v＝cn[學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測]1．AD[作出光路圖(如圖所示)可知，枯井中的青蛙覺得井口大些，A正確；而晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星，D正確．]2．D[a、b兩束單色光穿過平行玻璃磚后，a單色光的側(cè)移量更大，所以玻璃磚對a單色光比b單色光的折射率更大，a單色光比b單色