滬科物理選修3-4 第4章4.5《光的折射》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 4 5光的折射 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 4 5 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 通過(guò)實(shí)例和實(shí)驗(yàn)探究掌握光的折射定律 2 理解折射率的定義及其與光速的關(guān)系 3 學(xué)會(huì)用插針?lè)y(cè)定介質(zhì)的折射率 重點(diǎn)難點(diǎn) 理解折射率的定義 會(huì)用光的折射處理問(wèn)題 課前自主學(xué)案 一 探究光的折射定律1 反射和折射 光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時(shí) 一部分光會(huì)返回第1種介質(zhì) 這個(gè)現(xiàn)象叫做 另一部分光會(huì)進(jìn)入第2種介質(zhì) 這個(gè)現(xiàn)象叫做 光的反射 光的折射 圖4 5 1 注意 在光的反射現(xiàn)象和光的折射現(xiàn)象中 光路都是可逆的 二 折射率1 定義 光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí) 的正弦與 的正弦之比 叫做這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率 簡(jiǎn)稱折射率 用符號(hào)n來(lái)表示 2 物理意義 對(duì)不同的介質(zhì)來(lái)說(shuō) 是不同的 它是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量 折射率越大 光線從空氣射入這種介質(zhì)時(shí) 的角度越大 入射角 折射角 折射率 偏折 注意 任何介質(zhì)的折射率均大于1 空氣的折射率近似等于1 插針?lè)?3 實(shí)驗(yàn)步驟 1 把白紙鋪到木板上 玻璃磚平放到白紙上 用鉛筆描出玻璃磚的兩條平行邊aa 和bb 之后將玻璃磚移走 2 畫出法線NN 在AO與aa 的夾角為45 的地方畫出一條入射光線AO 3 在入射光線AO上的適當(dāng)位置插上兩枚大頭針P1和P2 圖4 5 2 4 把玻璃磚放回原位 視線透過(guò)玻璃磚觀察 在與大頭針P1 P2的像成一條直線的玻璃磚另一側(cè)再插上兩枚大頭針P3和P4 使P3擋住P1 P2的像 P4擋住P3和P1 P2的像 5 移走大頭針和玻璃磚 將針孔P3 P4用直線連接起來(lái) 并延長(zhǎng) 與bb 交于O 連接OO 得到折射光線OO 6 分別用量角器量出入射角 NOA和折射角 N OO 從三角表中查出它們的正弦值 把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中 7 用上述方法分別求出入射角分別為30 60 時(shí)的折射角 查出它們的正弦值 填入表格 8 得出不同入射角時(shí)的正弦比值 最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的平均值 即為玻璃的折射率 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)折射定律的理解1 注意光線偏折的方向 如果光線從折射率 n1 小的介質(zhì)射向折射率 n2 大的介質(zhì) 折射光線向法線偏折 入射角大于折射角 并且隨著入射角的增大 減小 折射角也會(huì)增大 減小 如果光線從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì) 折射光線偏離法線 入射角小于折射角 并且隨著入射角的增大 減小 折射角也會(huì)增大 減小 三 視深問(wèn)題如圖4 5 3所示 某水池實(shí)際深度為h 垂直于水面往下看 視深度是多少 設(shè)水的折射率為n 設(shè)S為水池底的一點(diǎn)光源 在由S發(fā)出的光線中選取一條垂直于水面MN的光線 由O點(diǎn)射出 另一條與SO成極小角度 從S射向水面的A點(diǎn) 由A點(diǎn)折射到空氣中 因入射角極小 故折射角也極小 之所以如此假設(shè) 是因?yàn)閷?duì)能進(jìn)入眼睛的由光點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束來(lái)說(shuō)極小 那么進(jìn)入眼中的兩條折射光線的反向延長(zhǎng)線交于S 點(diǎn) 該點(diǎn)即為我們看到的水池底部發(fā)光點(diǎn)S的像點(diǎn) S 點(diǎn)到水面的距離為h 即為視深度 圖4 5 3 由圖中可以看出視深度變小了 由幾何關(guān)系有 分析光的折射時(shí) 一般需作出光路圖 以便于應(yīng)用折射定律及光路圖中提供的幾何關(guān)系來(lái)解答 在實(shí)際應(yīng)用中 常見(jiàn)的方法是 三角形邊角關(guān)系 近似法 即利用小角度時(shí) tan sin 的近似關(guān)系求解 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 一束復(fù)色光由空氣射向玻璃 發(fā)生折射而分為a b兩束單色光 其傳播方向如圖4 5 4所示 設(shè)玻璃對(duì)a b的折射率分別為na和nb a b在玻璃中的傳播速度分別為va和vb 則 圖4 5 4 A na nbB navbD va vb解析 選AD 從題圖中得知 玻璃對(duì)a光的折射率大 a光在玻璃中的傳播速度小 四 測(cè)玻璃折射率的注意事項(xiàng)1 實(shí)驗(yàn)時(shí) 盡可能將大頭針豎直插在紙上 且P1和P2之間 P2與O點(diǎn)之間 P3與P4之間 P3與O 點(diǎn)之間距離要大一些 2 入射角應(yīng)適當(dāng)大一些 不宜太大 也不宜太小 3 操作時(shí) 手不能觸摸玻璃磚的光潔面 更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線 4 實(shí)驗(yàn)中玻璃磚與白紙的位置不能改變 5 玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的 宜在5cm以上 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 在 測(cè)定玻璃磚的折射率 的實(shí)驗(yàn)中 對(duì)一塊兩面平行的玻璃磚用 插針?lè)?找出入射光線對(duì)應(yīng)的折射光線 現(xiàn)在有甲 乙 丙 丁四位同學(xué)分別做出如圖4 5 5所示的四組插針結(jié)果 1 從圖中看肯定把針插錯(cuò)的同學(xué)是 2 從圖中看 測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度較高的同學(xué)是 圖4 5 5 解析 1 光線經(jīng)過(guò)平行玻璃磚 先偏向法線 后偏離法線 射出后傳播方向不變 發(fā)生側(cè)移 由此知插錯(cuò)的是乙同學(xué) 2 入射角較大 同側(cè)大頭釘距離越大時(shí) 測(cè)量誤差越小 所以丁圖準(zhǔn)確度較高 答案 1 乙 2 丁 課堂互動(dòng)講練 精講精析 介質(zhì)的折射率僅與介質(zhì)本身及光的顏色有關(guān) 與入射角或折射角的大小無(wú)直接關(guān)系 故A B均錯(cuò) 介質(zhì)折射率取決于介質(zhì)和光的顏色 無(wú)光照射時(shí) 介質(zhì)仍為原介質(zhì) 折射率不會(huì)等于零 任何介質(zhì)的折射率均大于1 故C錯(cuò) 光由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中時(shí) 對(duì)于不同顏色的光 入射角相同時(shí) 折射角不同 故D正確 答案 D 方法總結(jié) 解題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn) 1 對(duì)于同一色光 介質(zhì)的折射率由介質(zhì)本身決定 與其他因素?zé)o關(guān) 2 對(duì)于不同的色光 介質(zhì)的折射率不同 變式訓(xùn)練1一束光從空氣射入某種透明液體 入射角40 在界面上光的一部分被反射 另一部分被折射 則反射光線與折射光線的夾角是 A 小于40 B 在40 與50 之間C 大于140 D 在100 與140 之間解析 選D 因?yàn)槿肷浣?0 反射角也為40 根據(jù)折射定律折射角小于40 所以反射光線與折射光線的夾角在100 與140 之間 一個(gè)圓柱形筒 直徑12cm 高16cm 人眼在筒側(cè)上方某處觀察 所見(jiàn)筒側(cè)的深度為9cm 當(dāng)筒中裝滿液體時(shí) 則恰能看到筒側(cè)的最低點(diǎn) 求 1 此液體的折射率 2 光在此液體中的傳播速度 精講精析 題中的 恰能看到 表明人眼看到的是筒側(cè)最低點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)界面折射后進(jìn)入人眼的邊界光線 由此可作出符合題意的光路圖 如圖4 5 6所示 在作圖或分析計(jì)算時(shí)還可以由光路的可逆性 認(rèn)為 由人眼發(fā)出的光線 折射后恰好到達(dá)筒側(cè)最低點(diǎn) 圖4 5 6 方法總結(jié) 審清題意 規(guī)范 準(zhǔn)確地畫出光路圖是解決幾何光學(xué)問(wèn)題的前提和關(guān)鍵 從規(guī)范的光路圖上找準(zhǔn)入射角和其對(duì)應(yīng)的折射角 培養(yǎng)靈敏的幾何意識(shí) 找準(zhǔn)幾何關(guān)系是正確解題的關(guān)鍵 必要時(shí)可應(yīng)用光路的可逆性輔助做題 變式訓(xùn)練2如圖4 5 7所示 一束單色光射入一玻璃球體 入射角為60 已知光線在玻璃球內(nèi)經(jīng)一次反射后 再次折射回到空氣中時(shí)與入射光線平行 此玻璃的折射率為 圖4 5 7 圖4 5 8 圖4 5 9 答案 23 1cm 方法總結(jié) 處理這種光的折射問(wèn)題的一般思路為 1 根據(jù)題意畫出正確的光路圖 2 利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊 角關(guān)系 要注意入射角 折射角均是與法線的夾角 3 利用折射定律 折射率等公式列式求解 圖4 5 10 解析 設(shè)入射光線與1 4球體的交點(diǎn)為C 連接OC OC即為入射點(diǎn)的法線 因此 圖中的角 為入射角 過(guò)C點(diǎn)作球體水平表面的垂線 垂足為B 依題意 答案 60 某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定玻璃磚的折射率 他的實(shí)驗(yàn)方法和操作步驟正確無(wú)誤 但他處理實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面aa 與bb 不平行 如圖4 5 11所示 則 圖4 5 11 A AO與O B兩條直線平行B AO與O B兩條直線不平行C 他測(cè)出的折射率偏大D 他測(cè)出的折射率不受影響 答案 BD 方法總結(jié) 利用插針?lè)ù_定光的入射點(diǎn)和出射點(diǎn) 從而確定入射光線和折射光線 此方法適用于平行玻璃磚 棱鏡 圓柱形玻璃體等 變式訓(xùn)練4 2011年哈爾濱高二檢測(cè) 用三棱鏡做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn) 先在白紙上放好三棱鏡 在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2 然后在棱鏡的另一側(cè)觀察 接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4 使P3擋住P1和P2的像 P4擋住P3和P1 P2的像 在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓 如圖4 5 12所示 圖4 5 12 1 在圖中畫出所需的光路 2 為了測(cè)出玻璃棱鏡的折射率 需要測(cè)量的量是 在圖上標(biāo)出它們 3 計(jì)算折射率的公式是n 解析 1 如圖 過(guò)P1 P2作直線交AB于O 過(guò)P3 P4作直線交AC于O 連接OO 就是光在棱鏡中的光路圖 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全