第1課 光的折射 -2023-2024學年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第1課光的折射學習目標學習目標課程標準學習目標通過試驗，理解光的折射定律。會測量材料的折射率。1．通過試驗，理解光的折射定律。2．理解折射率的意義，知道折射率與光速的關系。3．能運用折射定律解釋大自然的折射現(xiàn)象，分析解決一些簡潔的實際問題。4．知道光的色散現(xiàn)象。002預習導學（一）課前閱讀：“B超”可用于探測人體內(nèi)臟的病變狀況．如圖是超聲波從肝臟表面入射，經(jīng)折射與反射，最終從肝臟表面射出的示意圖．超聲波在進入肝臟發(fā)生折射時遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可表述為eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(v1,v2)(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分別是超聲波在肝外和肝內(nèi)的傳播速度)，超聲波在腫瘤表面發(fā)生反射時遵循的規(guī)律與光的反射規(guī)律相同．已知v2＝0.9v1，入射點與出射點之間的距離是d，入射角是i，腫瘤的反射面恰好與肝臟表面平行，則腫瘤離肝臟表面的深度h可以用i、d表示。（二）基礎梳理一、折射定律1.內(nèi)容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的；入射角的正弦與折射角的正弦成比.2.表達式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12(n12為比例常數(shù)).【概念連接】法線、入射光線、折射光線、入射角、折射角【拓展補充】光路可逆【即學即練】如圖所示，一束激光照射在橫截面為正方形的透亮?????玻璃柱上，光線與橫截面平行，則透過玻璃柱的光線可能是圖中的()A．① B．②C．③ D．④【微點撥】留意偏折的方向二、折射率1．折射率(1)定義式：光從斜射入某介質(zhì)中n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).(2)計算公式：n＝eq\f(c,v)，由于vc，所以任何介質(zhì)的折射率都1.2.對折射率的理解(1)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本事，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小v＝eq\f(c,n).(2)同一種光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長，但頻率.3.在光的折射現(xiàn)象中，光路是的.假如讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光線就會原來的入射光線發(fā)生折射.【概念連接】入射角、折射角、界面、法線【拓展補充】色散【即學即練】1．某同學通過試驗測定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測量時間線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑。該同學測得多組入射角i和折射角r，作出sini-sinr圖像如圖乙所示。則()A．光由A經(jīng)O到B，n＝1.5B．光由B經(jīng)O到A，n＝1.5C．光由A經(jīng)O到B，n＝0.67D．光由B經(jīng)O到A，n＝0.672．如圖所示，在坐標系的第一象限內(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＝eq\f(R,2)，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＝eq\r(3)R，求該玻璃的折射率．【微點撥】關鍵是畫出光路圖三、測量玻璃的折射率1．試驗原理如圖所示，當光線AO以肯定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過法找出跟入射光線AO對應的出射光線O′B，從而畫出OO′，求出θ2，再依據(jù)n＝或n＝計算出玻璃的折射率。2．試驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆等。3．試驗步驟(1)用把白紙固定在木板上。(2)在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O點的法線MM′。(3)畫出線段AO作為，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針。(4)在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′，并畫出另一條長邊的對齊線bb′。(5)眼睛在bb′的一側透過玻璃磚觀看兩個大頭針并調(diào)整視線方向，使P1的像被P2的像攔住，然后在眼睛這一側插上大頭針P3，使P3攔住，再插上P4，使P4。(6)移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點O′，連接O、O′得線段OO′。(7)用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。(8)轉變，重復試驗，算出不同時的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。4．數(shù)據(jù)處理(1)計算法：算出不同入射角時的n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值eq\o(n,\s\up6(－))。(2)作sinθ1－sinθ2圖像：由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖像應是過原點的直線，如圖所示，其斜率為。(3)“單位圓”法如圖所示，sinθ1＝，sinθ2＝，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝?！靖拍钸B接】平行玻璃磚、半圓形玻璃磚、三棱鏡【拓展補充】插針法、單位圓法【即學即練】“測定玻璃的折射率”試驗中，在玻璃磚的一側豎直插兩個大頭針A、B，在另一側再豎直插兩個大頭針C、D.在插入第四個大頭針D時，要使它________________．下圖是在白紙上留下的試驗痕跡，其中直線a、a′是描在紙上的玻璃磚的兩個邊．依據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n＝________.(計算結果保留兩位有效數(shù)字)四、折射中的色散現(xiàn)象紅-----紫，頻率，真空中光速，同一介質(zhì)中的光速，折射率?！靖拍钸B接】真空中光速、介質(zhì)中的光速、折射率、頻率【拓展補充】色散【即學即練】兩束不同頻率的單色光a、b從空氣射入水中，發(fā)生了如圖所示的折射現(xiàn)象(α>β)。下列結論中正確的是()A．光束b的頻率比光束a低B．在水中的傳播速度，光束a比光束b小C．水對光束a的折射率比水對光束b的折射率小【微點撥】留意偏折程度的對比（三）預習作業(yè)1．推斷題：(1)光的傳播方向發(fā)生轉變的現(xiàn)象叫光的折射。()(2)折射率跟折射角的正弦成正比。()(3)若光從空氣中射入水中，它的傳播速度肯定減小。()2．如圖所示，直角邊AC長度為d的直角棱鏡ABC置于桌面上，D為斜邊BC的中點，桌面上的S點放射一條光線經(jīng)D點折射后，垂直于AB邊射出.已知SC＝CD，光線通過棱鏡的時間t＝eq\f(\r(3)d,2c)，c為真空中光速，不考慮反射光線.求：(1)棱鏡的折射率n；(2)入射光線與界面BC間的夾角.003探究提升環(huán)節(jié)一折射率思考：1．如圖，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.eq\r(2) B.1.5C.eq\r(3) D.22．如圖所示，一貯液池高為H，某人手持手電筒向池中照射時，光斑落在左邊池壁上a處，已知a與池底相距h，現(xiàn)保持手電筒照射方向不變，當池中注滿液體后光斑恰好落在出液口處，此時液面上的光斑與左邊池壁相距L.問：(1)液體的折射率；(2)若光在空氣中的速度為c，則光在液體中的速度為多大？環(huán)節(jié)二大自然的折射現(xiàn)象問題探究1：如圖，一艘帆船靜止在湖面上，帆船的豎直桅桿頂端高出水面3m.距水面4m的湖底P點發(fā)出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光束與豎直方向的夾角為53°(取sin53°＝0.8).已知水的折射率為eq\f(4,3).(1)求桅桿到P點的水平距離；(2)船向左行駛一段距離后停止，調(diào)整由P點發(fā)出的激光束方向，當其與豎直方向夾角為45°時，從水面射出后仍照射在桅桿頂端，求船行駛的距離.問題探究2：雨過天晴，人們常看到天空中消滅彩虹，它是由陽光照射到空中布滿的水珠上時消滅的現(xiàn)象．在說明這種現(xiàn)象時，需要分析光線射入水珠后的光路，一細束光線射入水珠，水珠可視為一個半徑為R＝10mm的球，球心O到入射光線的垂直距離為d＝8mm，水的折射率為n＝eq\f(4,3).(1)在圖中畫出該束光線射入水珠后，第一次從水珠中射出的光路圖；(2)求這束光線從射向水珠到第一次射出水珠，光線偏轉的角度．環(huán)節(jié)三測量玻璃的折射率問題探究3：在用插針法測定玻璃磚的折射率的試驗中，甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關系分別如圖7①、②和③所示，其中甲、丙兩同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚．他們的其他操作均正確，且均以aa′、bb′為界面畫光路圖．(1)甲同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．(2)乙同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．(3)丙同學測得的折射率與真實值相比________．環(huán)節(jié)四折射中的色散問題探究4：如圖所示，ACDB為圓柱型玻璃的橫截面，AB為其直徑.現(xiàn)有兩單色光組成的復合光沿EA方向射向玻璃，其折射光線分別沿AC、AD方向，光從A到C的時間為tAC，從A到D的時間為tAD.則()A.tAC＝tAD B.tAC＜tADC.tAC＞tAD D.無法確定004體系構建折射---折射定律---折射率---色散類別項目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結構玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形橫截面是圓對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不轉變傳播方向，但要發(fā)生側移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底邊偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應用測定玻璃的折射率全反射棱鏡，轉變光的傳播方向轉變光的傳播方向005記憶清單一、光的折射定律★學習聚焦：光路的可逆性在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。假如讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射。二、折射率★學習聚焦：對折射率的理解(1)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本事，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小，即v＝eq\f(c,n)。(2)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關，還與光的頻率有關。同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。(3)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同。三、實例★學習聚焦：平行玻璃磚、三棱鏡、半圓形玻璃磚00601強化訓練1、如圖所示，一束單色光從空氣入射到棱鏡的AB面上，經(jīng)AB和AC兩個面折射后從AC面進入空氣。當出射角i′和入射角i相等時，出射光線相對于入射光線偏轉的角度為θ。已知棱鏡頂角為α，則計算棱鏡對該色光的折射率表達式為()A.eq\f(sin\f(α＋θ,2),sin\f(α,2)) B.eq\f(sin\f(α＋θ,2),sin\f(θ,2))C.eq\f(sinθ,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ－\f(α,2)))) D.eq\f(sinα,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α－\f(θ,2))))2、(多選)如圖所示，一束由兩種單色光混合的復色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面鏡的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有關這三束光的推斷正確的是()A．光束Ⅰ仍為復色光，光束Ⅱ、Ⅲ為單色光B．光束Ⅱ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅲ小C．增大α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ會遠離光束ⅠD．轉變α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ肯定與光束Ⅰ平行3、某同學測量玻璃磚的折射率，預備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚。如圖所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點射向玻璃磚表面，在直尺上觀看到A、B兩個光點，讀出OA間的距離為20.00cm，AB間的距離為6.00cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1＝10.00cm，玻璃磚厚度d2＝4.00cm。則玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中傳播速度v＝________m/s(光在真空中傳播速度c＝3.0×108m/s，結果保留兩位有效數(shù)字)。4、如圖甲所示，在測量玻璃折射率的試驗中，兩位同學先在白紙上放好截面是正三角形ABC的三棱鏡，并確定AB和AC界面的位置。然后在棱鏡的左側畫出一條直線，并在線上豎直插上兩枚大頭針P1和P2，再從棱鏡的右側觀看P1和P2的像。(1)此后正確的操作步驟是________。A．插上大頭針P3，使P3攔住P2的像B．插上大頭針P3，使P3攔住P1、P2的像C．插上大頭針P4，使P4攔住P3的像D．插上大頭針P4，使P4攔住P1、P2的像和P3(2)正確完成上述操作后，在紙上標出大頭針P3、P4的位置(圖中已標出)。為測量該種玻璃的折射率，兩位同學分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路和若干條幫助線，如圖乙、丙所示。能夠僅通過測量ED、FG的長度便可正確計算出折射率的是圖________(選填“乙”或“丙”)，所測玻璃折射率的表達式n＝________(用代表線段長度的字母ED、FG表示)。5、通過動手做試驗可讓同學們提高對物理試驗的理解和應用力量。如圖所示，一個同學用廣口瓶和刻度尺測定水的折射率，請?zhí)顚懴率鲈囼灢襟E中的空白。(1)用刻度尺測出廣口瓶瓶口內(nèi)徑d。(2)在瓶內(nèi)裝滿水。(3)將刻度尺沿瓶口邊緣豎直插入水中。(4)沿廣口瓶邊緣向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即圖中A點)，同時看到水面上B點刻度的像B′恰與A點的像重合。如圖，若水面恰與直尺的C點相平，則________和________分別等于入射角和折射角。(5)讀出________和________的長度。(6)由題中所給條件和前面步驟得到的數(shù)據(jù)，可以計算水的折射率n＝________。6、虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來說明。兩束平行白光照射到透亮?????玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如圖所示。M、N、P、Q點的顏色分別為()A．紫、紅、紅、紫 B．紅、紫、紅、紫C．紅、紫、紫、紅 D．紫、紅、紫、紅7、我國古代著作《墨經(jīng)》中記載了小孔成倒像的試驗，生疏到光沿直線傳播。身高1.6m的人站在水平地面上，其正前方0.6m處的豎直木板墻上有一個圓柱形孔洞，直徑為1.0cm、深度為1.4cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此時，由于孔洞深度過大，使得成像不完