第四章 第一节 光的折射定律-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（粤教版）

第一节　光的折射定律 核心素养要求 核心素养呈现 1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题. 2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系. 3.会依据光的折射定律作出光路图. 一、光的折射定律 1．光的反射：如图所示光从第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种介质的现象． 2．光的折射和折射定律 (1)光的折射：如上图所示，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)入射角：入射光线与法线的夹角． (3)折射角：折射光线与法线的夹角． (4)折射定律：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i的正弦值与折射角γ的正弦值成正比，即＝n12，式中n12是比例常数，只与两种介质的性质有关． (5)光路可逆性：在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的． (1)如图所示，光在两种介质的界面发生反射和折射现象时，反射光线、折射光线和入射光线的传播速度是否相同？ 提示：光在不同介质中的传播速度不同．反射光线和入射光线是在同一介质中，故它们两个的传播速度相同；折射光线和入射光线不在同一介质中，故它们两个的传播速度不同． (2)在光的折射中如果逆着折射光线的方向射入，出射光线会沿什么方向？ 提示：出射光线会沿原入射光线的方向射出，可见在光的折射中光路是可逆的． 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． 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速度v之比，即n＝. 4．特点：任何介质的折射率都大于1．折射率越大，光在介质中的速率越小． (1)当光从空气垂直射入水中时，水的折射率为0.(×) (2)光的折射率随入射角增大而增大．(×) (3)介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小．(√) (4)折射率大的介质，密度不一定大．(√) 　对光的折射现象的理解 [思 考 探 究] (1)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． 提示：标注如图所示． (2)仔细观察一下，思考光的折射中入射光线、法线、折射光线有什么规律呢？ 提示：折射光线、入射光线、法线在同一平面内，折射光线与入射光线分居在法线两侧，折射光线与法线的夹角小于入射光线与法线的夹角． [思 维 深 化] 1．对定律的理解 (1)同面内：折射光线与入射光线、法线在同一平面内，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． (3)正比律：入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n，当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就唯一确定了． 2．光线偏折的方向 如果光线从折射率(n1)小的介质射向折射率(n2)大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)．如图所示．即光线的偏折情况与介质的性质有关． 3．折射光路是可逆的 如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射，定律中的公式就变为＝，式中i、γ分别为此时的入射角和折射角． 　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i＝45°时，求反射光线与折射光线间的夹角θ； (2)当入射角i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i′和折射角γ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)据反射定律知，反射角i′＝i① 由折射定律得n＝② 解得sin γ＝，γ＝30°. 据几何关系得i′＋θ＋γ＝180°③ 解得θ＝105°. (2)当θ＝90°时，有i′＋γ＝90°④ 联立①②④可得tan i＝，即i＝arctan. 答案：(1)105°　(2)arctan “三线、两角、一界面”巧解光路问题 (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． (4)注意光路的可逆性的利用． [针 对 训 练] 1．如图所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的