第4章 第1节 光的折射定律（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第四章　光及其应用 第一节　光的折射定律 核心素养导学 物理观念 知道光的折射现象，理解光的折射定律和折射率的概念。 科学思维 学会根据光的折射画出光路图，应用光的折射定律分析解决问题。 科学探究 学会用实验探究折射角与入射角的关系。 一、光的折射定律 1．光的反射和折射：当光遇到不同介质的分界面时，一部分被反射回原来的介质中，发生光的反射，另一部分进入不同介质后偏向另一个方向传播，发生光的折射。 2.光的折射定律：折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角i的正弦值与折射角γ的正弦值成正比，用公式表示为＝n。 (1)光在均匀介质中沿直线传播。 (2)光发生折射的条件是光从一种介质进入另一种介质。　　 二、折射率 1．定义：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γ的正弦值之比n，叫作这种介质的折射率。 2．表达式：n＝。 3．物理意义：反映介质的光学性质的物理量。 4．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＝，由于真空中光速最大，故所有介质的折射率都大于1；且折射率越大，光在此介质中的传播速率越小。 1．将一根筷子斜插入装有水的茶缸中，可以看到水中的筷子向上弯了。如何解释观察到的现象？ 提示：筷子发生了光的折射现象。 2．几种介质的折射率(λ＝589.3 nm　t＝20 ℃) 介质 折射率 介质 折射率 钻石 2.419 氯化钠 1.54 二硫化碳 1.63 酒精 1.36 玻璃 1.5～1.9 水 1.333 水晶 1.55 空气 1.000 3 试根据表中数据判断下列说法的正误： (1)介质的折射率都大于1。(√) (2)折射率大的介质密度一定大。(×) (3)玻璃的折射率一定大于水晶的折射率。(×) (4)光在水中的传播速度大于光在酒精中的传播速度。(√) 新知学习(一)|光的折射和折射定律 [任务驱动] 有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉，如图所示。你知道这是为什么吗？ 提示：人看到的鱼是由于折射而成的像，其位置在鱼的实际位置上方，如图所示。 　　　　　 [重点释解] 1．光的方向 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化(斜射)，并非一定变化，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，光传播的速度也发生变化。 3．入射角与折射角的大小关系 (1)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。 (2)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。 [典例体验] [典例]　如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。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桅杆顶端，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)求桅杆到P点的水平距离； (2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。 [解析]　(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有＝tan 53°① ＝tan θ② 由折射定律有sin 53°＝nsin θ③ 设桅杆到P点的水平距离为x，则 x＝x1＋x2④ 联立①②③④式并代入题给数据得 x＝7 m。⑤ (2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′，由折射定律有 sin i′＝nsin 45°⑥ 设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′，到P点的水平距离为x2′，则 x1′＋x2′＝x′＋x⑦ ＝tan i′⑧ ＝tan 45°⑨ 联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得 x′＝(6－3)m≈5.5 m。⑩ [答案]　(1)7 m　(2)5.5 m /方法技巧/ 解决光的折射问题的基本思路 (1)根据题意正确画出光路图。 (2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定。 (3)利用反射定律、折射定律求解有关问题。 (4)注意光路可逆性的利用。 [针对训练] 1.在图中虚线表示两种介质的界面及法线，实线表示一条光线斜射向界面后发生反射与折射的光线，以下说法正确的是(　 ) A．