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第四章·光第01節(jié)光的折射目目標(biāo)導(dǎo)航學(xué)問要點(diǎn)難易度1.光的折射定律:真空sinθ1sinθ2=cv2.折射率(真空)n3.插針法測(cè)定玻璃的折射率4.視角深度為實(shí)際深度的15.光從真空進(jìn)入介質(zhì),頻率不變,波長變小,速度變小★★★
★★★★★★★★知識(shí)知識(shí)精講學(xué)問點(diǎn)01折射定律和折射率1.光的折射(1)折射現(xiàn)象:如圖所示,當(dāng)光線入射到兩種介質(zhì)的分界面上時(shí),一部分光被反射回原來介質(zhì),叫光的反射。另一部分光進(jìn)入第2種介質(zhì),并轉(zhuǎn)變了原來的傳播方向,這種現(xiàn)象叫做光的折射現(xiàn)象。AO稱為入射光線,OB稱為反射光線,OC稱為折射光線。與法線的夾角分別稱入射角,反射角,折射角。(2)折射定律:折射光線跟入射光線與法線在同一平面內(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eq\f(sinθ1,sinθ2)=n12,式中n12是比例常數(shù)。即介質(zhì)不變的狀況下,入射角增大,折射角也增大,但正弦比值不變。2.光路可逆性在光的反射和折射現(xiàn)象中,光路都是可逆的。假如讓光線逆著出射光線射到界面上,光線就會(huì)逆著原來的入射光線出射。比如:從BO入射,則放射光線為OA;從CO入射,則折射光線為OA。3.折射率(1)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.定義式:n=eq\f(sinθ1,sinθ2).折射率是相對(duì)于真空的,所以真空n=1(2)意義:反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量.折射率越大,光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折越大.(3)把折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì),折射率較大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)。光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對(duì)的。光從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì),折射角小于入射角。4.折射率打算式:n=eq\f(c,v)即某種介質(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。任何介質(zhì)的折射率都大于1.空氣近似等于1.5.折射定律的另外表達(dá)式:光從真空中進(jìn)入某種介質(zhì)時(shí)θ1是入射角,θ2是折射角,c是光在真空中的速度,v是光在這種介質(zhì)中的速度,則:n=sin更一般地,假如光從一種介質(zhì)傳播到另外一種介質(zhì),則:sin由于n1=cv1=sinθsinθ1n2=cv2=sinθsinθ2,所以又有:n1即:折射率和波速,角度正弦成反比。n越大,v越小,θ角度越小。6.光的折射與波長的關(guān)系:如圖光的色散中,不同頻率(波長)的光在玻璃中折射率不同。光從真空進(jìn)入介質(zhì)中,頻率不變(等于波源),波長變短,波速變小,且不同顏色的光速度變化程度不一樣。顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率ν低―→高同一介質(zhì)中的折射率小―→大同一介質(zhì)中速度大―→小波長大―→小臨界角大―→小通過棱鏡的偏折角小―→大對(duì)比:機(jī)械波的波速由介質(zhì)打算,與波長無關(guān)【例1】有一塊玻璃磚,上、下兩面光滑且平行,有一束光線從空氣射入玻璃磚,下面給出的四個(gè)光路圖正確的是()A. B. C. D.【例2】一束光由空氣射入某介質(zhì),當(dāng)入射光線和界面的夾角為30°時(shí),折射光線恰好與反射光線垂直,則光在該介質(zhì)中的傳播速度是()A.eq\f(c,2)B.eq\f(c,3) C.eq\f(\r(3)c,2)D.eq\f(\r(3)c,3)學(xué)問點(diǎn)02插針法測(cè)定玻璃的折射率1.試驗(yàn)原理:如圖所示,當(dāng)光線AO以肯定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí),通過插針法找出跟入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線O’B,從而求出折射光線OO’和折射角θ2,再依據(jù)n=eq\f(sinθ1,sinθ2)或n=eq\f(PN,QN′)算出玻璃的折射率。2.試驗(yàn)步驟(1)將白紙用圖釘釘在木板上。(2)在白紙上畫出aa’作為界面,過aa’上的一點(diǎn)O畫出法線NN’,并畫AO作為入射光線,如上圖。(3)把長方形玻璃磚放在白紙上,使它的長邊跟aa’對(duì)齊,畫出玻璃磚的另一邊bb’。(4)在線段AO上插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀看P1、P2的像,調(diào)整視線方向直至P2的像攔住P1的像。再在另一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4,使P3攔住P1、P2的像,P4攔住P3及P1、P2的像,登記P3、P4的位置。(5)移去大頭針和玻璃磚,過P3、P4所在處作線段O’B與bb′交于O’,線段O’B即折射光線方向。(6)連接OO′,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O′ON′,用量角器量出角度,計(jì)算正弦值。(7)用上述方法分別求出入射角分別為30°、45°、60°時(shí)的折射角,將它們的正弦值,記錄表格。(8)算出不同入射角時(shí)的比值eq\f(sinθ1,sinθ2),最終求平均值,即為玻璃磚的折射率。3.試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法轉(zhuǎn)變不同的入射角θ1,測(cè)出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2圖象,由n=eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖象應(yīng)為直線,如圖所示,其斜率為折射率?!纠?】(多選)某同學(xué)做“測(cè)定玻璃折射率”試驗(yàn)時(shí),用他測(cè)得的多組入射角θ1與折射角θ2,作出sinθ1-sinθ2圖像如圖所示,下列推斷中正確的是()A.他做試驗(yàn)時(shí),光線是由空氣射入玻璃的B.玻璃的折射率約為0.67C.玻璃的折射率約為1.5D.光在玻璃中傳播速度是真空中的1.5倍學(xué)問點(diǎn)03視角深度如圖所示,從池底的A點(diǎn)畫兩條光線AB和AO,AB沿豎直方向,AO與豎直方向偏離一個(gè)角度θ1。AO經(jīng)水面折射偏離了原來的方向,與豎直方向的偏角為θ2。折射光線的反向延長線與AB相交于C,BC大小即為視覺深度。水的折射率n=1.33。在直角三角形OBA中:OB=ABtanθ1在直角三角形OBC中:OB=BCtanθ2所以,ABtanθ1=BCtanθ2θ很小時(shí),sinθ≈tanθ所以,ABsinθ1=BCsinθ2即:視角深度是實(shí)際深度乘以折射率的倒數(shù),約為實(shí)際深度的?!纠?】如圖所示,一小孩站在寬6m的河邊,在他正對(duì)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,可同時(shí)看到樹頂和石頭兩者的像,并發(fā)覺兩個(gè)像重合,若小孩的眼睛離河面高為1.5m,河水的折射率為eq\f(4,3),試估算河水深度。鞏鞏固練習(xí)1.(多選)關(guān)于光的反射與折射,以下說法正確的是()A.光發(fā)生反射時(shí),光的傳播方向肯定轉(zhuǎn)變B.光發(fā)生反射時(shí),光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90°C.光發(fā)生折射時(shí),肯定伴隨著反射現(xiàn)象D.光發(fā)生折射時(shí),光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90°2.如圖所示,水面上方一只小鳥正沿水平路線從左向右飛行,水中肯定深度處有一條靜止的魚,點(diǎn)O是魚正上方與小鳥飛行軌跡的交點(diǎn)。則小鳥從左向右水平飛行時(shí)()(A)飛到O點(diǎn)時(shí)鳥看到的魚比實(shí)際位置深(B)飛到O點(diǎn)時(shí)魚看到的鳥比實(shí)際高度低(C)飛向O點(diǎn)過程中鳥看到魚遠(yuǎn)離水面下沉(D)飛離O點(diǎn)過程中魚看到鳥離水面高度不變3.如圖所示,玻璃三棱鏡ABC的頂角A為30°,一束光線垂直于AB射入棱鏡,從AC射出進(jìn)入空氣,測(cè)得出射光線與入射光線的夾角為30°,則棱鏡的折射率為()A.eq\f(1,2) B.eq\f(\r(2),2) C.eq\r(3) D.eq\f(\r(3),3)4.在光學(xué)中,折射率是這樣定義的,讓光線從真空(或空氣)射入某介質(zhì)發(fā)生折射,假如入射角是i,折射角是r,則該介質(zhì)的折射率為,下圖為某光線通過等腰三角形三棱鏡(頂角為2)的光路圖,則該三棱鏡的折射率為______。5.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()A.n=sini,v=c·sini B.n=tani,v=c·taniC.n=tani,v=eq\f(c,tani) D.n=cosi,v=eq\f(c,cosi)6.光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中,折射光線與反射光線恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108m/s)(1)畫出折射光路圖。(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度。(3)當(dāng)入射角變?yōu)?5°時(shí),折射角的正弦值是多大?(4)當(dāng)入射角增大或減小時(shí),玻璃的折射率是否變化?7.人站在距槽邊D為L=1.2m處,剛好能看到槽底B的位置,人眼距地面的高度為H=1.6m。槽中注滿某透亮?????液體時(shí),人剛好能看到槽中心O點(diǎn)處。求液體的折射率及光在液體中的傳播速度。8.如圖,某次模擬“叉魚
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