1、第四章光1光的折射目标体系构建明确目标梳理脉络【学习目标】1理解光的折射定律，能解释生活中的折射现象。2理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系，并能计算相关问题。3会用插针法测量玻璃的折射率，具备相关的实验能力。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理落实新知知识点 1光的折射和折射定律1折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向_改变_的现象。2折射定律(1)内容：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。(2)表达式： n12。3光路的特点在光的折射现象中，光路是_可逆_的。知识点 2折射率1定义光从_真空_
2、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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率。2物理意义是一个与介质有关的常数，反映介质_光学性质_的物理量。3用光速表示的折射率n，某种介质的折射率，等于光在_真空_中传播的速度c与光在这种_介质_中的传播速度v之比。4特点任何介质的折射率都_大于1_。知识点 3测量玻璃的折射率1实验器材白纸，图钉，_大头针_，直尺，铅笔，_量角器_，平木板，长方形玻璃砖。2实验原理如图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移。用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线_OD_，确定出O点，画出_折射光线OO_，量出入射角1和折射角2，据n_计算出玻璃的折射率
3、。思考辨析判一判(1)入射光线与反射光线在不同介质中。()(2)入射光线与反射光线关于法线对称。()(3)光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。()(4)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。()(5)介质的密度越大，其折射率一定也越大。()(6)光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角。()选一选如图所示，国家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上点缀了无数白色亮点，他们被称为镀点，北京奥运会举行时正值盛夏，镀点能改变光线方向，将光线挡在场馆外，镀点对外界阳光的主要作用是(A)A反射太阳光线，遵循光的反射定律B反射太阳光线，不遵循光的反射定律C折射太阳光线，遵循光的折射定律
4、D折射太阳光线，不遵循光的折射定律解析：“挡在场馆外”一定是反射，只要是反射就一定遵循光的反射定律。想一想有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉，如图所示。你知道这是为什么吗？解析：从鱼身上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得鱼变浅了，眼睛看到的是鱼的虚像，在鱼的上方，所以叉鱼时要瞄准像的下方，如图所示。课内互动探究细研深究破疑解难探究光的折射情境导入_如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。造成这种现象的原
5、因是什么？提示：光的折射要点提炼_1光的方向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)。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，传播速度一定发生变化，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一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定。当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角，当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角。特别提醒(1)应用折射定律和反射定律解题的关键是确定入射角和折射角。画出正确的光
6、路图是解题的必要前提。(2)入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定，注意法线与界面的区别。典例剖析_典例1如图所示，一小孩站在宽 6 m的河边 ，在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树，树的正下方河底有一块石头， 小孩向河面看去，可同时看到树顶和石头两者的像，并发现两个像重合，若小孩的眼睛离河面高为1.5 m，河水的折射率为，试估算河水深度。思路引导：根据题意，正确作出光路图，明确入射角、反射角、折射角间的关系是解答此题的关键。解析：树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示由图得n由几何关系得1.5tani3tani6解得tanisiniP点至树岸边的距离为3tani4sinr把代入得
7、h5.3 m答案：5.3 m对点训练_1(2020浙江省嘉兴一中，湖州中学高二下学期期中)一束光线从空气射向折射率为的玻璃内，入射角为45，下面光路图中正确的是(C)解析：光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，所以A错误；由反射定律得反射角为45，根据折射定律n得230，故B、D错误，C正确。探究对折射率的理解情境导入_不同介质折射率不同，而它们的密度也往往不同，那么介质的折射率与其密度有什么关系？是不是介质的密度越大，其折射率就越大？提示：介质的折射率与介质的密度没有必然的联系，密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小。要点提炼_1关于正弦值当光由真空射入某种介质
8、时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数。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，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性。3折射率与光速的关系介质的折射率n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。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(1)折射率的定义式n中的1为真空中光线与法线的夹角，不一定是入射角，2也不一定是折射角，产生这种现象的原因是光路的可逆性
9、。(2)介质的折射率由介质的性质和光的频率共同决定，与入射角和折射角无关。典例剖析_典例2 (多选)有一束单色光从介质A射入介质B，再由介质B射入介质C，如图所示。根据图中所给的情况判断，下列说法正确的是(BC)A介质B的折射率最大B介质C的折射率最大C光在介质B中的速度最大D光在介质C中的速度最大思路引导：(1)根据入射角与折射角的大小，判定介质折射率的大小；(2)根据n判定光线在各介质中的速度大小；(3)明确光路的可逆性。解析：光线由介质A进入介质B时，根据光路图可知，A的折射率大于B的折射率；光由介质B进入介质C时，根据光路图可知，B的折射率小于C的折射率。所以介质B的折射率最小，光在其
10、中传播速度最大。由光路的可逆性可知，光由B进入A时，如果入射角为60，则折射角为45，而光由B进入C时，入射角为60，折射角为30，由此比较可知，介质C的折射率最大，光在其中传播速度最小。故选BC。对点训练_2(多选)关于折射率，下列说法中正确的是(CD)A根据 n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B根据 n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C根据n可知，介质的折射率与介质中的光速成反比D同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成反比解析：介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角、折射角无关。由于真空中光速是个定值，故n与v成反比正确，这也说
11、明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，由vf，当f一定时，v正比于。n与v成反比，故折射率与波长也成反比。探究实验：测量玻璃的折射率要点提炼_1实验步骤(1)如图所示，将白纸用图钉钉在绘图板上。(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、P
12、2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。2数据处理通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n中求多次不同入射角时n的值，然后取其平均值，即为玻璃的折射率。3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之间距离要稍大一些。(2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光
13、洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。4误差分析实验误差主要有两个：(1)入射光线和出射光线确定的不够精确，因此要求插大头针时两大头针间距应较大。(2)入射角、折射角测量的不精确，为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，否则光线会从玻璃砖的侧面射出，并且入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。典例剖析_典例3 (2020江苏省扬州中学高二下学期期中)如图1所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，
14、然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa和bb，O为直线AO与aa的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。(1)该同学接下来要完成的必要步骤有_BD_。A插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像B插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像C插上大头针P4，使P4仅挡住P3D插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(2)过P3、P4作直线交bb于O，过O作垂直于bb的直线NN，连接OO。测量图1中角和的大小。则玻璃砖的折射率n_。(3)如图2所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值_小于_准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。(4)另
15、一位同学准确地画好玻璃砖的界面aa和bb后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图3所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值_等于_准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。思路引导：(1)用挡像法确定P3、P4的位置；(2)应根据折射定律n，求解折射率；(3)将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽但仍平行，导致角偏大，由折射率公式分析误差；(4)通过作光路图，分析入射角和折射角是否变化，由折射定律分析折射率的误差。解析：(1)该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、
16、P2的像。故该同学接下来要完成的必要步骤有：BD。(2)根据折射定律得：玻璃砖的折射率为n；(3)将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致角偏大，由于n，故折射率的测量值将偏小。(4)如图所示，虚线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而实线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，该同学测得的折射率将不变。对点训练_3如图所示是利用插针法测定玻璃砖的折射率时得到的光路图。玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则：(1)出射光线与入射光线_不平行_。(选填“平行”或“不平行”)(2)以入射点O为圆心，以R为5 cm长度为半径画圆，
17、与入射线PO交于M点，与折射线OQ交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得MN1.68 cm，EF1.12 cm，则该玻璃砖的折射率n_1.5_。解析：(1)因为上下表面不平行，易知出射光线和入射光线不平行；(2)根据折射定律得n1.5。核心素养提升以题说法启智培优解决光的折射问题的常规思路和两类典型的问题1常规思路(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、折射率公式列式求解。2玻璃砖对光的折射问题常见的玻璃砖有半圆形玻璃砖和长方形玻璃砖。对于半圆形玻璃砖若光线从半圆面射入，且其方向指向圆心，则其光路
18、图如图甲所示，光线只发生一次偏折。对于两个折射面相互平行的长方形玻璃砖，其折射光路如图乙所示，光线经过两次折射后，出射光线与入射光线的方向平行，但发生了侧移。特别提醒画光路图时应注意的问题(1)光路是可逆的。(2)垂直界面入射的光线，折射光线与入射光线在同一直线上。(3)过半圆形玻璃砖圆心的光线在圆弧处不偏折。案例 (多选)如图所示，把用相同玻璃制成的厚度为d的正方体a和半径亦为d的半球体b，分别放在报纸上，且让半球的凸面向上。从正上方分别观察a、b中心处报纸上的字，下面的观察记录中正确的是(AD)Aa中的字比b中的字高Bb中的字比a中的字高C一样高Da中的字较没有玻璃时的高，b中的字和没有玻璃时的一样解析：如图所示，放在b中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置。而放在a中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高。