1、1光的折射第1课时光的折射核心素养明目标核心素养学习目标物理观念知道光的反射、折射现象及折射率的概念，能对简单现象进行解释。科学思维理解光的反射定律和折射定律，能够应用几何知识分析物理问题。科学探究经历光的折射定律的探究过程，体会科学探究的重要作用。科学态度与责任结合生活中的光学现象，培养学生的兴趣。知识点一折射定律1光的反射和光的折射(1)光的反射：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这种现象叫作光的反射。如图所示。(2)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。2折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处
2、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。(2)在光的折射现象中，光路是可逆的。光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化吗？提示：不一定，垂直射入时，不发生变化。1：思考辨析(正确的打，错误的打)(1)反射定律是确定反射光线位置的规律。()(2)一束光从空气进入水中时传播方向一定改变。()知识点二折射率1物理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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率。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
3、速度v之比，即n。4特点任何介质的折射率n都大于1。2：思考辨析(正确的打，错误的打)(1)当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0。()(2)折射率大的介质，密度不一定大。()3：填空一束光从真空进入某介质，方向如图所示，则该介质的折射率为_，若光在真空中的传播速度为c，则光在该介质中的传播速度为_。答案c 考点1光的折射定律甲乙(1)甲、乙两个图中，虚线代表什么？(2)观察筷子和鱼的现象，其原因是什么？提示：(1)出射光线的反向延长线。(2)光从水射入空气发生了折射。1光的折射(1)光的方向：光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化。(2)光的传播速度：由v知，光从一种介质进入
4、另一种介质时，传播速度一定发生变化。注意：当光垂直于界面入射时，光的传播方向不变，但这种情形也属于折射，光的传播速度仍要发生变化。(3)入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角。2.折射定律的应用解决光的折射问题的基本思路：(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、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角。(3)利用折射定律n、折射率与光速的关系n列方程，结合数学三角函数的关系进行运算。【典例1】如图所示，光线以入射角1，从空气射向折射率
5、为n的玻璃表面。(1)当入射角145时，反射光线与折射光线间的夹角为多大？(2)当入射角1为多少时，反射光线与折射光线垂直？(用反三角函数表示)思路点拨：本题主要考查反射角、入射角和折射角的概念，首先应弄清反射角、折射角和入射角的含义，然后根据光路图，利用几何知识解题。解析(1)由折射定律有n，解得sin 2，则230，由反射定律得1145，由几何关系可知反射光线与折射光线间的夹角为18012105。(2)当反射光线与折射光线垂直时，1290则ntan 1故1arctan。答案(1)105(2)arctan1(多选)如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生折射，由图可知()A光是从真空射入介
6、质的B光是由介质射入真空的C介质的折射率为D反射光线与折射光线的夹角为90BCD根据题图可知，入射角为30，折射角为60，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率n，只有B、C、D正确。 考点2折射率的理解与计算几种介质的折射率(589.3 nmt20 )介质折射率介质折射率金刚石2.42氯化钠1.54二硫化碳1.63酒精1.36玻璃1.51.8水1.33水晶1.55空气1.000 28分析上表，是不是密度大的物质折射率就大？举例说明。提示：不是。例如：水的密度比酒精的密度大，但水的折射率却比酒精的折射率小。1对折射率的理解(1)折射率n，1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射
7、角；而2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角。(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系。2折射率与光速的关系：n(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。(2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小。折射率的理解【典例2】(多选)关于折射率，下列说法中正确的是()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
8、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CD介质的折射率是表示介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角和折射角的正弦无关，故A、B错误；由于真空中光速是个定值，根据n可知，介质的折射率与介质中的光速成反比，故C正确；由vf知，当f一定时，v与成正比，由于n与v成反比，故折射率与波长成反比，故D正确。折射率的计算【典例3】边长为d的正方体透明介质置于真空中，其横截面ABCD如图所示。有两束平行光、分别从上表面的A点和AB的中点沿与水平方向成30角同时斜射入介质中，两种光在界面上折射后恰好相交于正方体底面的C点。已知真空中光速为c，求：(1)介质对光、的
9、折射率；(2)光、到达C点的时间差。思路点拨：解此题的关键是正确的画出光路图，灵活选取公式。解析(1)由题可知，光线、在真空中入射角均为60，作出光线、在介质中的光路图如图所示。根据几何关系可知，光线在介质中的折射角145，光线在介质中的折射角的正弦值为sin 2故n1，n2。(2)由介质中光速v可得，光线、在介质中的速度分别为v1，v2光线，、在介质中的传播距离分别为：l1d，l2d，则有t解得t。答案(1)(2)(1)折射率是反映介质的光学性质的物理量，在关系式n中，入射角相同的情况下，比较折射角的大小就可以比较折射率的大小。(2)v是光在介质中的传播速度与折射率、光速的关系。2(角度1)
10、(多选)关于折射率，下列说法正确的是()A某种介质的折射率等于光在介质中的传播速度v与光在真空中的传播速度c的比值B折射角和入射角的大小决定着折射率的大小C两种介质相比较，折射率小的介质折光能力较差D任何介质的折射率都大于1CD某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在介质中的传播速度v的比值，A错误；折射率与折射角和入射角的大小无关，B错误；折射率小的介质折光能力较差，C正确；某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在介质中的传播速度v的比值，由于光在真空中的传播速度最大，因此任何介质的折射率都大于1，D正确。3(角度2)(多选)如图所示，一单色光由介质射入介质，在界面MN上发生
11、偏折。下列说法正确的是()A该光在介质中传播的速度大B该光在介质中传播的速度大C该光在介质中和介质中传播的速度之比为1D该光在介质中和介质中传播的速度之比为1BD由题图知该光在介质中的折射角较大，则介质的折射率大于介质的折射率，根据折射率与光速的关系可知光在介质中传播的速度大；介质相对介质的折射率为n，则该光在介质中和介质中传播的速度之比为1。选项B、D正确。1一束光线从空气射向玻璃，入射角为。下列四幅光路图正确的是()ABCDA一束光线从空气射向玻璃，发生折射，入射角为，折射角小于入射角；光线在分界面上还会发生反射，故选项A正确。2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
12、角B折射率跟折射角的正弦值成反比C折射率大的介质，光在其中的传播速度小D折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍C光从折射率大的介质射向折射率小的介质时，折射角大于入射角，选项A错误；折射率的大小是由介质本身决定的，与折射角的正弦值无关，选项B错误；根据v可知，折射率大的介质，光在其中的传播速度小，选项C正确；根据n可知，折射角增大为原来的2倍，入射角不一定也增大为原来的2倍，选项D错误。3某单色光由某种介质射向空气，当入射角为30时，折射光线与反射光线刚好垂直，则该介质对该种色光的折射率为()A2 B C1.5 DD当入射角i30时，折射光线与反射光线恰好垂直，则折射角r903060
13、，该介质对该种色光的折射率n，故A、B、C错误，D正确。4.(新情境题，以军事工事为背景，考查折射定律的应用)为了从军事工事内部观察外面的目标，工事壁上开有一长方形孔，设工事壁厚d20 cm，孔的宽度L20 cm，孔内嵌入折射率n的玻璃砖，如图所示。试问：(1)嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？(2)要想使外界180范围内的景物全被观察到，则应嵌入折射率最小为多大的玻璃砖？解析工事内部的人从玻璃砖左侧能最大范围观察右边的目标，光路如图所示。tan ，可得30(1)由折射定律有得60则视野的张角最大为2120。(2)要使视野的张角为180，则光线从空气射入玻璃砖时最大入
14、射角为90由折射定律有nmin，解得nmin2应嵌入折射率最小为2的玻璃砖。答案(1)120(2)2回归本节知识，自我完成以下问题：1光在两种介质的表面会发生哪些现象？提示：反射和折射。2光的折射定律的内容是什么？提示：折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居在法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。3折射率的物理意义是什么？提示：描述介质对光线偏折能力的大小。4如何计算折射率？提示：n。对光折射的研究古希腊科学典籍中关于光折射的实验记载寥寥无几，最早的应该是公元2世纪托勒密所做的光的折射实验。他在一个圆盘上装两把能绕盘心旋转的尺子，将圆盘的一半浸入水中，让光由空气射入
15、水中，就得到它在水中的折射光线，转动两把尺子，使它们分别与入射光线和折射光线重合。然后取出圆盘，按尺子的位置刻下入射角和折射角。托勒密测出的一系列数据是非常精确的，他大致假定了光的入射角和折射角之间有一直接的比例关系。托勒密依靠经验发现了折射的规律，但却没有由此得出精确的折射定律。1609年，伽利略制成了望远镜，并利用它进行了很多科学观测。这些新的发现激励开普勒对光折射现象进行了深入地研究，并于1611年出版了折射光学一书。开普勒的研究表明，对于两种给定的媒质，小于30的入射角同相应的折射角成近似固定的比，对于玻璃或水晶，这个比约为32。他还指出：这个比对于大的入射角不成立。开普勒试图通过实验发现精确的折射定律，他的方法虽然是正确的，却没有得到其中有规律性的联系。但是，开普勒的研究为后来斯涅耳得出折射定律起到了一定的启示作用。问题1光的折射现象指的是什么现象？提示：光从一种介质射入另一种介质中时，传播方向发生改变的现象。2光的折射遵循什么规律？提示：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即n。