4.1 光的折射定律（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版）

1　光的折射定律 学习目标 素养提炼 1.知道光的折射现象，掌握光的折射定律。 2．理解折射率的定义及其与光速的关系。 3．会用插针法测定玻璃的折射率。 4．学会用光的折射定律来处理相关问题。 物理观念：光的折射现象、折射率 科学思维：光的折射定律、折射率与光速的关系 科学探究：测定玻璃的折射率 科学态度与责任：折射定律在实际问题中的应用 一、光的折射定律 1．光的折射 光线从一种介质照射到两种介质的分界面时，一部分光进入另一种介质继续传播的现象。 2．光的折射定律 入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线的两侧；入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数。 [判断正误] (1)反射定律是确定反射光线位置的规律。(√) (2)不是所有的反射现象都遵循反射定律。(×) (3)发生漫反射时，反射角不等于入射角。(×) (4)一束光从空气进入水中时传播方向一定改变。(×) 二、介质的折射率 1．定义：在物理学中，把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦值与折射角r的正弦值的比，叫作这种介质的折射率。 2．公式：n＝。 3．理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率n，等于光在真空中的传播速度c(c＝3×108 m/s)与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝。 4．光在不同介质中的速度是不同的，这正是光发生折射的原因。光在真空中的传播速度c大于光在其他任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于1。 [思考] 是否可以由折射率的定义式n＝得出介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比？光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？ 提示：不可以，折射率n由介质的性质和光的颜色决定，与入射角θ1和折射角θ2无关。由v＝知，n越大，v越小。 要点一　对光的折射现象的理解 [情景探究]　如图所示，一块半圆形的玻璃砖放在带有角度刻度的圆盘上，使玻璃砖的圆心正好与圆盘刻度的圆心重合，将激光笔对准圆心照射，会观察到激光笔发出的一束光照射到玻璃砖表面后发生了反射和折射现象。请在图上标出法线、入射角、反射角和折射角。改变入射光线与法线的夹角，观察到折射光线与法线的夹角有什么关系？ 提示：如图所示，入射光线和反射光线同法线的夹角相等，折射光线与法线的夹角小于入射光线与法线的夹角。 1．现象：当光从一种介质斜射入另一种介质时，其传播方向发生了改变，即入射角θ1与折射角θ2不相等(θ1≠θ2)。 2．原理：机械波之所以会发生折射，是由于机械波由一种介质进入另一种介质时，其传播速度发生了改变，光发生折射的原因也是如此。 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。 4．对折射定律的理解 (1)“同面内”：“折射光线与入射光线、法线处在同一平面内”，这句话大体上说明了三线的空间位置：折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面。 (2)“线两旁”：“折射光线与入射光线分居在法线两侧”，这句话把折射光线的位置又做了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小。(i>0) (3)“正比例”：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即＝n，折射角r随入射角i的变化而变化，入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是定值，当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就确定了。 [典例1]　光线以入射角θ1从空气射入折射率n＝ 的透明介质表面，如图所示。 (1)当入射角θ1＝45°时，求反射光线与折射光线间的夹角θ； (2)当入射角θ1为何值时，反射光线与折射光线间的夹角θ＝90°。 [思路点拨]　(1)反射光线与折射光线间的夹角θ跟反射角θ′1和折射角θ2间存在着什么关系？ (2)折射光线与反射光线垂直时，折射角与入射角有什么关系？ [解析]　(1)根据反射定律知，反射角θ′1＝θ1① 由折射定律得n＝② 解得sin θ2＝，θ2＝30° 根据几何关系得θ′1＋θ＋θ2＝180°③ 解得θ＝105°。 (2)当θ＝90°时，有θ′1＋θ2＝90°④ 联立①②④可得tan θ1＝。，即θ1＝arctan [答案]　(1)105°　(2)arctan [规律总结] 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、折射角均以法线为标准。 (3)利用折射定律、折射率公式求解。 针对训练 1．(多选)光从某种玻璃中射向空气，入射角i从零开始增大到某一值的过程中，折射角r也随之增大，则下列说法正确的是(　　) A．比值不变 B．比值是一个大于1的常数 C．比值不变 D．比