浙江专版2019年高中物理第十三章光第1节光的反射和折射讲义含解析新人教版选修3 .doc

光的反射和折射反射及反射定律探新知基础练1光的反射光从一种介质射到它与另一种介质的分界面时，一部分光会返回到第一种介质的现象。2反射定律反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。 辨是非(对的划“”，错的划“”)1反射角与入射角成正比。()2光的反射现象中有时光不遵循反射定律。()3在光的反射现象中，光路可逆。()释疑难对点练1在光的反射现象中，要注意反射角与入射角是指光线与法线的夹角。2在光的反射现象中，光路可逆。试身手1如图所示，在房间内靠近墙角的天花板上有一面平面镜，在房间地板上的B点放一点光源S，通过平面镜的反射在竖直墙壁上出现一个光斑。若要使墙壁上光斑的面积增大一些，下面的方法中可行的是()A保持光源的位置不变，将平面镜绕过平面镜O点且垂直纸面的轴，沿顺时针方向转动一个小角度B将光源沿地面向左移动一小段距离C将光源沿地面向右移动一小段距离D将光源竖直向上移动一小段距离解析：选B如图所示，利用平面镜成像的对称特点，找出光源S通过平面镜所成的像S，作出过平面镜边缘的入射光线BE和反射光线EF，则OF表示光斑的大小。A项中，将平面镜沿顺时针方向转动一个小角度，光源通过平面镜所成的像的位置下移，F点上移，会使光斑变小，故A错；B项中，减小了入射角和反射角，从而使F点下移，光斑变大，故B对；同理分析可知C错；D项中，将光源竖直向上移动一小段距离，则像点下移，使F点上移，会使光斑变小，D错。光的折射及折射定律探新知基础练光的折射光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象入射角、折射角入射角：入射光线与法线的夹角折射角：折射光线与法线的夹角折射定律折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即：n12辨是非(对的划“”，错的划“”)1光发生折射现象时一定伴随着反射现象。()2在光的折射现象中遵循光路可逆原理。()3入射角与折射角成正比。()释疑难对点练1光的方向(1)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化(斜射)，但并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化。(2)在光的折射现象中，光路是可逆的。2光的传播速度光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，因为光传播的速度发生了变化。3入射角与折射角的大小关系光从真空(空气)进入某种介质发生折射时，入射角大于折射角；反过来，光从某种介质进入真空(空气)时，则入射角小于折射角。产生这种现象的原因是光路的可逆性。试身手2(多选)关于光的折射，下列说法正确的是()A折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内B入射光线、法线与折射光线不一定在一个平面内C入射角总大于折射角D光线从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角解析：选AD由折射定律可知：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，A对，B错；光由一种介质进入另一种介质发生折射时，折射角与入射角的大小由两种介质的光学性质决定，例如，光从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角，由光路的可逆性知，光从玻璃斜射向空气时入射角小于折射角，故C错，D对。折射率探新知基础练1折射率意义反映介质的光学性质的物理量。2.定义光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫这种介质的折射率。即n12。3折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n。4特点任何介质的折射率都大于1。辨是非(对的划“”，错的划“”)1根据n， n与sin 1成正比，与sin 2成反比。()2光从空气射入水中，光的传播速度一定增大。()3光密介质和光疏介质是相对而言的，同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。()释疑难对点练1入射角、折射角的正弦值当光由真空中射入某种介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数。2关于常数n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数n，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了介质的光学特性。折射率可由入射角与折射角的正弦值之比来描述其大小，但与入射角及折射角的正弦值无关，仅与介质及入射光有关。3折射率与光速的关系介质的折射率跟光在其中的传播速度v有关，即n，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1，因此，光从真空斜射入任何介质中时，入射角均大于折射角。而光由介质斜射入真空中时，入射角均小于折射角。4决定因素介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。特别提醒不论光从真空射入介质，还是从介质射入真空，折射率的定义式n中，1都为真空中的光线与法线的夹角，而2为介质中的光线与法线的夹角，产生这种现象的原因是光路的可逆性。试身手3.如图所示，有一玻璃三棱镜ABC，顶角A为30，一束光线a垂直于AB射入棱镜，由AC射出进入空气，测得出射光线与入射光线间夹角为30，则棱镜的折射率为()A.B2C. D.解析：选C由题意及几何关系可知，光线从棱镜射向空气中时，入射角为130，折射角为260，则棱镜的折射率n。故C正确。测定玻璃的折射率探新知基础练1实验原理用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测出入射角1和折射角2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n。2实验器材两面平行的玻璃砖，方木板，白纸，图钉(若干)，大头针四枚，直尺，量角器，铅笔。辨是非(对的划“”，错的划“”)1测定玻璃折射率时可以利用三棱镜等其它形状的玻璃，不一定用平行玻璃砖。()2测定玻璃折射率时， 入射角取得越大越好。()3玻璃砖的折射面要画准，可用玻璃砖界面代替直尺画界线。()释疑难对点练1实验步骤(1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。(2)在白纸上画出一条直线aa作为界面(线)，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线。(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一长边bb。(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线OB与bb交于O，直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。(6)连接OO，入射角1AON，折射角2OON，用量角器量出1和2，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在设计的表格中。(7)用上述方法测出入射角分别为30、45、60时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。(8)算出不同入射角下的正弦比值，最后求出在几次实验中比值的平均值，即为玻璃砖的折射率。2注意事项(1)实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。(2)不能用手触摸玻璃砖光洁面或把玻璃砖当尺子用。(3)大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差。(4)实验中入射角不宜过小，否则会使测量误差大，也不宜过大。(5)本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是三棱镜、半圆形玻璃砖等，则只是出射光和入射光不平行，同样能测出折射率。试身手4在测定玻璃砖折射率的实验中为了减小实验误差，以下说法错误的是()A玻璃砖的宽度宜大些B入射角应尽量小些C大头针应垂直地插在纸面上D大头针P1与P2及P3与P4之间的距离应适当大些解析：选B玻璃砖宽度大些，可减小测量误差；大头针垂直插在纸面上以及大头针P1与P2及P3与P4之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，A、C、D正确；入射角不能太大也不能太小，入射角较小时，测量误差较大，B错误。对折射定律的理解典例1如图所示，光线以入射角1从空气射向折射率n的玻璃表面。(1)当入射角145时，反射光线与折射光线的夹角为多大？(2)当入射角1为多大时，反射光线和折射光线垂直？解析(1)设折射角为2，由n，得sin 2，所以230。又反射角145，则反射光线与折射光线的夹角18012105。(2)当反射光线和折射光线垂直时，即1290，ntan 1，则入射角1arctan 。答案(1)105(2)arctan 解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注意以下几点：(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。折射定律的应用典例2一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银(圆中粗线)，O表示半圆截面的圆心。一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出。已知光线在M点的入射角为30，MOA60，NOB30，sin15。求：(1)光线在M点的折射角；(2)透明物体的折射率。解析(1)如图所示，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线。设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，OMQ，PNF。根据题意有30由几何关系得，PNOPQOr，则r60且r由式得r15。 (2)根据折射率公式有sin insin r由式得n。答案(1)15(2)遇到球形、半球形玻璃砖，或圆柱形玻璃砖时，均需过入射点做该点与球心的连线，此连线即为入射光线的法线，从而确定入射角和折射角。测定玻璃的折射率典例3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，调整视线使P1的像被P2挡住。接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓，如图所示。(1)在本题的图上画出所需的光路。(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，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)如图所示，画出通过P1、P2的入射光线交AC面于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O，则光线OO就为入射光线P1、P2在三棱镜中的折射光线。(2)在所画的图上，标明入射角1和折射角2，并画出虚线部分。用量角器测量出1和2或用刻度尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度。(3)n或因为sin 1，sin 2则n。答案(1)光路图见解析图(2)入射角1折射角2(或EF和OE、GH和OG)如解析中图所示(3)(或)课堂对点巩固1关于光的反射与折射现象，下列说法不正确的是()A光发生反射时，光的传播方向一定改变B光发生反射时，光的传播方向可能偏转90C光发生折射时，一定伴随着反射D光发生折射时，光的传播方向可能偏转90解析：选D由光的反射定律可知，反射角等于入射角，不管入射角多大，光发生反射时，光的传播方向都要改变，选项A正确；光发生反射时，当入射角等于45时，光的传播方向偏转90，选项B正确；光从一种介质射到与另一种介质的分界面时，一定有部分光发生反射，选项C正确；光发生折射时，光的传播方向偏转一定小于90，选项D错误。2(多选)如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是()AbO不可能是入射光线BaO可能是入射光线CcO可能是入射光线DOb可能是反射光线解析：选ABD由于入射角等于反射角，入射光线、反射光线关于法线对称，所以aO、Ob应是入射光线或反射光线，PQ是法线。又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线。故A、B、D正确。3.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，所以标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制作的。如图所示，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()A.B1.5C.D2解析：选C如图所示，为光线在玻璃球内的光路图。A、C为折射点，B为反射点，作OD平行于入射光线，故AODCOD60，所以OAB30，玻璃的折射率n，故C正确。4某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10 cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO的延长线于C点，过A点作法线NN的垂线AB交NN于B点，过C点作法线NN的垂线CD交NN于D点，如图所示。用刻度尺量得OB8 cm，CD4 cm，由此可得出玻璃的折射率n_。解析：由题图可知sinAOB，sinDOC，OAOC10 cm，根据n知，n1.5。答案：1.5课堂小结课时跟踪检测十一一、单项选择题1若某一介质的折射率较大，那么()A光由空气射入该介质时折射角较大B光由空气射入该介质时折射角较小C光在该介质中的速度较大D光在该介质中的速度较小解析：选D由n可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率n和入射角1共同决定的，所以A、B均错；由n可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小，故C错，D对。2如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质()A折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越大B折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越小C折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越大D折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越小解析：选C根据折射率n，在入射角相同的情况下，折射率越大的介质，其折射角越小，该介质对光的偏折作用越大。C正确。3关于光的折射现象，下列说法中正确的是()A折射角一定小于入射角B折射率跟折射角的正弦值成反比C折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍D折射率大的介质，光在其中的传播速度小解析：选D光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，折射角大于入射角，选项A错误；折射率由介质材料决定，与折射角的大小无关，选项B错误；折射率n，折射角增大为原来的2倍，入射角并不增大为原来的2倍，选项C错误；折射率与光速的关系是n，则n大时v小，选项D正确。4光线由空气射向某介质，当入射角为i时，折射光线与反射光线正好垂直，那么这种介质的折射率和光在该介质中的速度分别为()Ansin i，vcsin i Bntan i，vctan iCntan i，v Dncos i，v解析：选C由于折射光线与反射光线正好垂直，所以折射角r90i，则ntan i，A、D项错误；又n，故v，B项错误，C项正确。5.如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与P的上表面成角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率nPnQ，则下列说法正确的是()A一定没有光线从Q的下表面射出B从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行C如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于D如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于解析：选D作出光路图，如图所示。由题意可知，光线垂直射入Q，根据折射定律，则有：nP，nQ；因为nPnQ，r，所以i，所以D对。二、多项选择题6如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形。单色光束从空气射到柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和折射光束2。已知玻璃柱的折射率为，入射角为45(相应的折射角为24)。现保持入射光束不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线顺时针转过15，如图中虚线所示，则()A光束1转过15B光束1转过30C光束2转过的角度小于15D光束2转过的角度大于15解析：选BC转动前，光束1(反射光)与入射光线间的夹角为A45290，光束2(折射光)的反向延长线与入射光线间的夹角为B452421；转动后，反射光线与入射光线的夹角A602120，根据折射定律，得r30，则折射光线的反向延长线与入射光线间的夹角为B603030，得AAA30，BBB9，故B、C项正确。7如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是()A光是从真空射向介质B介质的折射率约为1.73C光在介质中的传播速度约为1.73108 m/sD反射光线与折射光线成60角解析：选BC因为折射角大于入射角，所以光是从介质射向真空的，选项A错误；据折射率公式n，所以n1.73，选项B正确；再由折射率n，代入数据得v1.73108 m/s, 选项C正确；由几何关系易知，反射光线与折射光线成90角，选项D错误。三、非选择题8. 如图所示为某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的圆，圆心为O，将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合。在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2，再在另一侧先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4和P3与P2和P1的像恰在一条直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在本题的图中画出：(1)沿P1和P2连线方向的入射光线通过圆柱形玻璃后的传播方向；光线在玻璃内的传播方向；在光线的入射点作法线，标出入射角1和折射角2。(2)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算)。解析：(1)如图所示，过P1、P2作直线交圆周于O1点，过点O1作法线O1O；过P3、P4作直线为出射光线，交圆周于O2点；过O2O作直线为法线。连接O1O2为入射光线在玻璃内的折射光线。P1P2与O1O的夹角即为入射角1，O1O2与O1O的夹角即为折射角2。(2)量出图中标出的入射角1和折射角2，折射率n12。答案：(1)见解析图(2)n129如图所示，一等腰直角三棱镜放在真空中，斜边BCd，一束单色光以60的入射角从AB侧面的中点入射，折射后从侧面AC射出。已知三棱镜的折射率n，单色光在真空中的光速为c，求：(1)第一次折射时的折射角；(2)此单色光在三棱镜中的传播速度；(3)此单色光通过三棱镜的时间。解析：(1)单色光在AB面上发生折射，光路如图所示。根据折射定律得n，n由以上两式得45。(2)光在棱镜中的速度vc。(3)因45，故光在棱镜内传播的路径DE与BC平行，且DEBC，所以，t。答案：(1)45(2)c(3)