第4章 1.光的折射-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册人教版（教师用书）

1　光的折射 [学业要求与核心素养] 物理观念 科学思维 1．理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题。 2．理解折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行有关计算。 测定玻璃的折射率。 一、折射定律 阅读教材，并回答： 1．初中我们已初步学过光的折射，请问教材图4.1­2中哪个是入射角？哪个是折射角？ 答案　θ1是入射角，θ2是折射角。 2．初中定性分析了折射角与入射角的大小关系，人类对入射角和折射角的数据分析出什么结论？ 答案　入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比是一个常数。 [概念·规律] 1．光的折射现象 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__进入__第2种介质的现象，称为光的折射现象。 2．折射定律(如图所示) 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__。即＝n12(式中n12是比例常数)。 3．在光的折射现象中，光路是__可逆__的。 二、折射率 阅读教材，并回答： 1．折射定律中得出＝n12，n12是一个常数，请问光从空气射入玻璃和水的n12相等吗？ 答　不相等。 2．因为空气对光的传播影响很小，可以将空气看成真空，这样n12可以记为n，n反映了什么？ 答　n反映了介质对光的折射本领。n越大光线从空气或真空斜射入这种介质时偏折的角度越大。 3．有人说，当光从水射入空气发生折射时，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比即为水的折射率。这种说法正确吗？ 答　不对 [概念·规律] 1．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，即n＝　　。 2．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速度v之比，即n＝　　。 3．对折射率n的理解 由于c>v，故任何介质的折射率n都__大于__(选填“大于”“小于”或“等于”)1。 探究点一　折射定律 1．光的方向 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向不一定变化，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。 　光线由空气进入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气中。下面四幅光路图中，O点是半圆形玻璃砖的圆心，可能正确的是(　　) [解析]　当光由空气沿半径方向射入半圆形玻璃砖时，传播方向不发生改变，但由玻璃射向空气时折射角应大于入射角，反射角和入射角相等，反射光线沿半径方向射出，所以A这种情况不可能发生，B是可能的，故A错误，B正确；光由空气射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角， 故C错误；光由空气垂直射入半圆形玻璃砖时，传播方向不发生改变，故D错误。 [答案]　B 核心素养·思维升华 解决光的折射问题的方法 (1)根据题意准确、规范地画出光路图，确定好界面和法线。 (2)在光路图中找出入射角、反射角和折射角，利用几何关系确定光路图中的边、角关系，与折射定律n＝中的各量准确对应。结合数学的三角函数的知识进行运算，必要时可利用光路可逆原理辅助解题。 1．一束光线从空气射向折射率为的玻璃内，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是(　　) 解析　光由空气射向玻璃，一部分反射回空气，反射角等于入射角；一部分折射进入玻璃，因玻璃是光密介质，则折射角小于入射角，故B正确；故选B。 答案　B 探究点二　折射率 1．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．折射率的计算 (1)n＝，θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角。 (2)n＝(c为光在真空中的传播速度，v为光在其他介质中的传播速度)。 　如图，一艘帆船静止在湖面上，距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到帆船的竖直桅杆顶端，此时桅杆距P点的水平位移为7 m，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°＝0.8)。已知水的折射率为。 (1)求桅杆顶端高出水面的距离； (2)若旱季时，湖面水位降低了0.8 m，为使激光仍能照射到桅杆顶端(出射方向保持不变)，求此时桅杆距P点的水平位移。 [解析]　(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离