1、高考资源网（） 您身边的高考专家我们生活在五彩缤纷的世界里,生活在光的世界中。毛泽东在他的词菩萨蛮大柏地中写道:“赤橙黄绿青蓝紫,谁持彩练当空舞?”“彩练”是指雨后天空出现的彩虹,这是太阳光在通过空中的雨滴时,发生折射而色散的结果。大诗人李白在他的梦游天姥吟留别中写道:“海客谈瀛洲,烟涛微茫信难求。”意思是传说中的东海仙山实在难找,也有人认为这是指“海市蜃楼”,其实这是光发生全反射的结果。光现象与我们的生活密不可分,如图所示,插入水杯中的筷子“弯曲”了,雨后马路上积水表面的油膜呈现出五颜六色,家用宽带用光纤送入这一章我们将从光的反射、折射开始,学习光的干涉、衍射、激光的特性及应用等知识。让我们
2、一起打开光学的大门,在光学世界的殿堂中遨游吧!课时13.1光的反射和折射1.认识光的反射及折射现象,知道法线、入射角、反射角、折射角的含义。2.理解反射和折射定律,会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。3.理解折射率的概念,会测定玻璃的折射率。重点难点:折射定律的应用和折射率的测量,以及折射定律与光路可逆原理相结合的应用。教学建议:本节主要讲光的反射定律、折射定律和折射率的测定,教学中要充分重视。折射是在初中学习的知识上的进一步深化;折射率是一个全新的知识点,它对于后面理解全反射非常重要。在求解折射率时,切忌死套公式。在教科书的结构上,先介绍折射定律和折射率,再引入实验和例题,体现从基本
3、知识到实际应用的过程。导入新课:雨过天晴,顺着太阳看去,可以看到含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的“鹊桥”,俗称“彩虹”。你知道这“彩虹”是如何形成的吗?1.光的反射与反射定律(1)光的反射:光照射到两种介质的界面上,一部分返回原来介质的现象。(2)入射角与反射角:入射光线与法线的夹角叫入射角,反射光线与法线的夹角叫反射角。(3)反射定律:在光的反射现象中,反射光线、入射光线和法线在同一平面内,且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。2.光的折射与折射定律(1)光的折射:光照射到两种介质的界面上,除了一部分光返回原介质,还有一部分光会进入另一种介质的现象。(2)折射角:
4、折射光线与法线的夹角。(3)折射定律:在光的折射现象中,折射光线、入射光线、法线在同一平面内,且折射光线与入射光线分别位于法线两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比,其表达式是=n12。(4)光的折射与光的反射一样,光路是可逆的(填“可逆的”或“不可逆的”)。3.折射率(1)折射率:光由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绝对折射率,简称折射率。(2)设介质的折射率为n,光在真空中的传播速度为c,在介质中传播的速度为v,它们的关系是n=。(3)任何介质的折射率都(填“”“1,可知为一小于1的常数,选项B、D正确,选项A、C错误。【答案】BD【点评】本题一定要分
5、清是光从空气射入介质,还是从介质射入空气。4.(考查反射定律与折射定律)光从真空进入某种介质,入射角为40,则反射光线与折射光线间的夹角可能的范围是()。A.大于140B.大于100,小于140C.大于60,小于100D.大于10,小于60【解析】入射角为40,则反射角也为40,折射角应大于0,小于40,所以反射光线与折射光线间的夹角大于100,小于140。【答案】B【点评】要学会这种确定光线边界条件的方法。拓展一:对折射定律与折射率的理解1.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,下列说法中正确的是 ()。A.介质B的折射率最大B.介质C的折射
6、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【分析】本题考查的是如何利用光路图比较各种介质的折射率。应该注意到,题给的三种介质的界面是平行的。【解析】如果光线由真空射入介质中,根据折射率的定义n=可知,12。在光的折射现象中,光线与法线的夹角越小,则该介质折射率越大。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,如果入射角为60,则折射角为30。由此比较可知,介
7、质C的折射率最大,光在其中传播速度最小。【答案】BC【点拨】折射率的定义式n=只适用于光由真空(或空气)进入介质,这个折射率n是介质的绝对折射率;当光线由一种介质进入另一种介质时,折射定律依然成立,折射光线与法线夹角小的介质折射率大;根据折射率与光速的关系式n=计算出来的折射率n,也是介质的绝对折射率。拓展二:折射率与光速的关系2.在折射率为n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S。从S发出的光线SA以角度1入射到玻璃板上表面,经过玻璃板后从下表面射出,如图所示。若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等,则点光源S到玻璃板上表面的垂直距离l应是多少?【分
8、析】本题要抓住光从光源S到玻璃板上表面A点的传播时间与在玻璃板内部的传播时间相等这个条件。待求的l与光程有关,传播时间与光程、光速有关,而介质中的光速又与折射率有关,这样就将已知量与未知量联系起来了。【解析】设SA距离为x1,光在玻璃中传播的距离为x2由几何关系可知l=x1cos 1,且x1=ct1光线从S到玻璃板上表面的传播时间t1=, 其中c表示空气中的光速。设光线在玻璃板中的折射角为2,则d=x2cos 2,光线在玻璃板中传播时x2=vt2,光线在玻璃板中的传播时间t2=由题可知t1=t2,并且n=联立解得:l=。【答案】【点拨】光在同种均匀介质中,沿直线匀速传播;根据折射率的定义及折射
9、率与光速的关系,找出光在两介质中传播的速度,再利用匀速直线运动的规律求解。拓展三:根据光路可逆性求介质折射率甲3.如图甲所示,有一圆筒形容器,高H=20 cm,筒底直径d=15 cm,人眼在筒旁某点向筒内壁观察,可看到内侧深h=11.25 cm处。如果将筒内注满水,观察者恰能看到筒壁的底部,求水的折射率。【分析】本题考查光路的可逆性和折射率的定义式。【解析】如图甲所示,筒中没注水时,由几何关系可得:sin 1=。乙筒内注满水时,其光路图如图乙所示,同理可得:sin 2=根据折射率的定义及光路的可逆性得:n=联立解得:n=1.33。【答案】1.33【点拨】 折射率的定义式n=只适用于光由真空(或
10、空气)进入介质。当光由介质进入真空(或空气)时,要注意应用光路的可逆性。正确画出光路图,灵活运用几何知识和光路的可逆性进行计算和判断,是求解此类问题的基础。解答几何光学的问题时,要灵活地应用平面几何的知识。一、物理百科关于大气层的折射率及光现象蒙气差地球大气层的密度不均匀,越接近地球表面密度越大,折射率也越大。光由真空进入空气中时,传播方向只有微小的变化,虽然如此,有时仍然不能不考虑空气的折射效应。图中表示傍晚阳光穿过地球大气层时被折射的情景。覆盖在地球表面的大气,越接近地表越稠密,折射率也越大。我们可以把地球表面上的大气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的。星光从一个气层进入下一个气层时,
11、要折向法线方向。结果,我们看到的这颗星星的位置,比它的实际位置要高一些。这种效应越是接近地平线就越明显。我们看到的靠近地平线的星星的位置,要比它的实际位置高37。这种效应叫作蒙气差,是天文观测中必须考虑的。二、备用试题1.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。造成这种现象的原因是()。A.光的反射B.光的折射C.光的直线传播D.小孔成像【解析】太阳光线进入大气层发生折射,传播方向改变,从而使人感觉太阳的位置比实际位置偏高。【答案】B2.关于折射率,下列说法正确的是()。A.根据=n可知,介质的折射率与入射角的正弦值成正
12、比B.根据=n可知,介质的折射率与入射角的正弦值成反比C.根据n=,介质的折射率与介质中的光速成反比D.以上说法都不正确【解析】介质的折射率由介质材料本身和入射光的频率决定,与其他因素无关。故D选项正确。【答案】D3.两束细平行光a和b相距为d,从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面,如图甲所示,若玻璃对a的折射率大于对b的折射率,当它们从玻璃砖的下表面射出后,有()。A.两束光仍平行,间距等于dB.两束光仍平行,间距大于dC.两束光仍平行,间距小于dD.两束光不再平行【解析】光路如图乙所示,由光路图可知dd,故C选项正确。【答案】C4.如图甲所示,半圆玻璃砖的半径R=10 cm,折射率
13、为n=,直径AB与屏幕垂直并接触于A点,激光a以入射角i=30射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现了两个光斑。求两个光斑之间的距离L。【解析】画出图乙所示光路图,设折射角为r根据折射定律n=,解得r=60由几何知识得,OPQ为直角三角形,所以两个光斑PQ之间的距离L=PA+AQ=Rtan 30+2Rsin 60解得L= cm23.1 cm。【答案】23.1 cm5.河中有条小鱼,某时刻小鱼的实际深度为H,一人从水面正上方往水中看,他感觉到的小鱼的深度为多大?(设水的折射率为n)【解析】如图所示,设小鱼在S处,从鱼反射出的光线SO垂直水面射出,光线SO1与SO间的夹角很小。因一般人的瞳孔的线度为2 mm3 mm,1、2为一组对应的折射角和入射角,可知1、2均很小。由数学知识知: sin 1tan 1=,sin 2tan 2=由折射定律得:n=,得h=即他感觉到的小鱼的深度为实际深度的,即变浅。【答案】- 9 - 版权所有高考资源网