沪科物理选修3-4《光的折射》

欢迎进入物理课堂 4 5光的折射 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 4 5 课前自主学案 课标定位 课标定位 学习目标 1 通过实例和实验探究掌握光的折射定律 2 理解折射率的定义及其与光速的关系 3 学会用插针法测定介质的折射率 重点难点 理解折射率的定义 会用光的折射处理问题 课前自主学案 一 探究光的折射定律1 反射和折射 光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时 一部分光会返回第1种介质 这个现象叫做 另一部分光会进入第2种介质 这个现象叫做 光的反射 光的折射 图4 5 1 注意 在光的反射现象和光的折射现象中 光路都是可逆的 二 折射率1 定义 光从真空射入某种介质发生折射时 的正弦与 的正弦之比 叫做这种介质的绝对折射率 简称折射率 用符号n来表示 2 物理意义 对不同的介质来说 是不同的 它是一个反映介质的光学性质的物理量 折射率越大 光线从空气射入这种介质时 的角度越大 入射角 折射角 折射率 偏折 注意 任何介质的折射率均大于1 空气的折射率近似等于1 插针法 3 实验步骤 1 把白纸铺到木板上 玻璃砖平放到白纸上 用铅笔描出玻璃砖的两条平行边aa 和bb 之后将玻璃砖移走 2 画出法线NN 在AO与aa 的夹角为45 的地方画出一条入射光线AO 3 在入射光线AO上的适当位置插上两枚大头针P1和P2 图4 5 2 4 把玻璃砖放回原位 视线透过玻璃砖观察 在与大头针P1 P2的像成一条直线的玻璃砖另一侧再插上两枚大头针P3和P4 使P3挡住P1 P2的像 P4挡住P3和P1 P2的像 5 移走大头针和玻璃砖 将针孔P3 P4用直线连接起来 并延长 与bb 交于O 连接OO 得到折射光线OO 6 分别用量角器量出入射角 NOA和折射角 N OO 从三角表中查出它们的正弦值 把这些数据记录在自己设计的表格中 7 用上述方法分别求出入射角分别为30 60 时的折射角 查出它们的正弦值 填入表格 8 得出不同入射角时的正弦比值 最后求出在几次实验中所测的平均值 即为玻璃的折射率 核心要点突破 一 对折射定律的理解1 注意光线偏折的方向 如果光线从折射率 n1 小的介质射向折射率 n2 大的介质 折射光线向法线偏折 入射角大于折射角 并且随着入射角的增大 减小 折射角也会增大 减小 如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质 折射光线偏离法线 入射角小于折射角 并且随着入射角的增大 减小 折射角也会增大 减小 三 视深问题如图4 5 3所示 某水池实际深度为h 垂直于水面往下看 视深度是多少 设水的折射率为n 设S为水池底的一点光源 在由S发出的光线中选取一条垂直于水面MN的光线 由O点射出 另一条与SO成极小角度 从S射向水面的A点 由A点折射到空气中 因入射角极小 故折射角也极小 之所以如此假设 是因为对能进入眼睛的由光点发出的发散光束来说极小 那么进入眼中的两条折射光线的反向延长线交于S 点 该点即为我们看到的水池底部发光点S的像点 S 点到水面的距离为h 即为视深度 图4 5 3 由图中可以看出视深度变小了 由几何关系有 分析光的折射时 一般需作出光路图 以便于应用折射定律及光路图中提供的几何关系来解答 在实际应用中 常见的方法是 三角形边角关系 近似法 即利用小角度时 tan sin 的近似关系求解 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 一束复色光由空气射向玻璃 发生折射而分为a b两束单色光 其传播方向如图4 5 4所示 设玻璃对a b的折射率分别为na和nb a b在玻璃中的传播速度分别为va和vb 则 图4 5 4 A na nbB navbD va vb解析 选AD 从题图中得知 玻璃对a光的折射率大 a光在玻璃中的传播速度小 四 测玻璃折射率的注意事项1 实验时 尽可能将大头针竖直插在纸上 且P1和P2之间 P2与O点之间 P3与P4之间 P3与O 点之间距离要大一些 2 入射角应适当大一些 不宜太大 也不宜太小 3 操作时 手不能触摸玻璃砖的光洁面 更不能把玻璃砖界面当尺子画界线 4 实验中玻璃砖与白纸的位置不能改变 5 玻璃砖应选用宽度较大的 宜在5cm以上 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 在 测定玻璃砖的折射率 的实验中 对一块两面平行的玻璃砖用 插针法 找出入射光线对应的折射光线 现在有甲 乙 丙 丁四位同学分别做出如图4 5 5所示的四组插针结果 1 从图中看肯定把针插错的同学是 2 从图中看 测量结果准确度较高的同学是 图4 5 5 解析 1 光线经过平行玻璃砖 先偏向法线 后偏离法线 射出后传播方向不变 发生侧移 由此知插错的是乙同学 2 入射角较大 同侧大头钉距离越大时 测量误差越小 所以丁图准确度较高 答案 1 乙 2 丁 课堂互动讲练 精讲精析 介质的折射率仅与介质本身及光的颜色有关 与入射角或折射角的大小无直接关系 故A B均错 介质折射率取决于介质和光的颜色 无光照射时 介质仍为原介质 折射率不会等于零 任何介质的折射率均大于1 故C错 光由一种介质进入另一种介质中时 对于不同颜色的光 入射角相同时 折射角不同 故D正确 答案 D 方法总结 解题时应把握以下两点 1 对于同一色光 介质的折射率由介质本身决定 与其他因素无关 2 对于不同的色光 介质的折射率不同 变式训练1一束光从空气射入某种透明液体 入射角40 在界面上光的一部分被反射 另一部分被折射 则反射光线与折射光线的夹角是 A 小于40 B 在40 与50 之间C 大于140 D 在100 与140 之间解析 选D 因为入射角40 反射角也为40 根据折射定律折射角小于40 所以反射光线与折射光线的夹角在100 与140 之间 一个圆柱形筒 直径12cm 高16cm 人眼在筒侧上方某处观察 所见筒侧的深度为9cm 当筒中装满液体时 则恰能看到筒侧的最低点 求 1 此液体的折射率 2 光在此液体中的传播速度 精讲精析 题中的 恰能看到 表明人眼看到的是筒侧最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线 由此可作出符合题意的光路图 如图4 5 6所示 在作图或分析计算时还可以由光路的可逆性 认为 由人眼发出的光线 折射后恰好到达筒侧最低点 图4 5 6 方法总结 审清题意 规范 准确地画出光路图是解决几何光学问题的前提和关键 从规范的光路图上找准入射角和其对应的折射角 培养灵敏的几何意识 找准几何关系是正确解题的关键 必要时可应用光路的可逆性辅助做题 变式训练2如图4 5 7所示 一束单色光射入一玻璃球体 入射角为60 已知光线在玻璃球内经一次反射后 再次折射回到空气中时与入射光线平行 此玻璃的折射率为 图4 5 7 图4 5 8 图4 5 9 答案 23 1cm 方法总结 处理这种光的折射问题的一般思路为 1 根据题意画出正确的光路图 2 利用几何关系确定光路图中的边 角关系 要注意入射角 折射角均是与法线的夹角 3 利用折射定律 折射率等公式列式求解 图4 5 10 解析 设入射光线与1 4球体的交点为C 连接OC OC即为入射点的法线 因此 图中的角 为入射角 过C点作球体水平表面的垂线 垂足为B 依题意 答案 60 某同学用插针法测定玻璃砖的折射率 他的实验方法和操作步骤正确无误 但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa 与bb 不平行 如图4 5 11所示 则 图4 5 11 A AO与O B两条直线平行B AO与O B两条直线不平行C 他测出的折射率偏大D 他测出的折射率不受影响 答案 BD 方法总结 利用插针法确定光的入射点和出射点 从而确定入射光线和折射光线 此方法适用于平行玻璃砖 棱镜 圆柱形玻璃体等 变式训练4 2011年哈尔滨高二检测 用三棱镜做测定玻璃折射率的实验 先在白纸上放好三棱镜 在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2 然后在棱镜的另一侧观察 接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4 使P3挡住P1和P2的像 P4挡住P3和P1 P2的像 在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓 如图4 5 12所示 图4 5 12 1 在图中画出所需的光路 2 为了测出玻璃棱镜的折射率 需要测量的量是 在图上标出它们 3 计算折射率的公式是n 解析 1 如图 过P1 P2作直线交AB于O 过P3 P4作直线交AC于O 连接OO 就是光在棱镜中的光路图 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全