第四章 1.光的折射定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

第四章　光及其应用 1．光的折射定律 【核心素养目标】 物理观念 认识光的反射及折射现象，知道法线、入射角、反射角、折射角、折射率的概念。 科学思维 理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题。理解折射率的物理意义，知道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 能应用光的反射定律和折射定律解释日常生活中的反射和折射现象。 一、光的折射定律 1．光的反射和光的折射 (1)光的反射：光从第1种介质射到第1种介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这种现象叫作光的反射。图中OB为反射光线。 (2)光的折射：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。图中OC为折射光线。 2．光的折射定律 (1)内容：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。 (2)在光的反射和折射现象中光路都是可逆的。 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。 1．判断正误 (1)一束光从空气进入水中时，传播方向一定发生变化。(×) (2)在光的反射现象和折射现象中，光路都是可逆的。(√) (3)光在发生折射时，折射角与入射角成正比。(×) (4)光在某种介质中的传播速度越大，则该介质的折射率越大。(×) (5)当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0。(×) 学生用书↓第98页 2.链接实景 图甲所示，我们从水面上会看到水中的筷子向上“弯折”，图乙为对应的光路。 请思考： (1)人的眼睛是如何判断物体的位置的？图乙中眼睛是如何看到筷子的？ (2)上面的情境是什么现象？其原理是什么？ 提示：(1)人的眼睛是逆着射入眼睛的光线方向，通过至少两条光线的交点判断物体的位置的。图乙中眼睛是逆着出射光线的反向延长线看到筷子的。 (2)光的折射现象，折射定律。 知识点一　光的折射和折射定律的理解及应用 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．光的折射定律的理解 (1)光的方向： ①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化。 ②当光垂直于界面(即沿着法线方向)入射时，光的传播方向不变。 (2)入射角与折射角的大小关系： ①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； ②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。 2．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、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角。 (3)利用折射定律n＝，结合数学三角函数的关系进行运算。 我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高1.6 m的人站在水平地面上，其正前方0.6 m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0 cm、深度为1.4 cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。 (1)若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？ 学生用书↓第99页 (2)若让掠射(掠射是指入射角接近于90°)进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？ 解析：(1)根据题意作出如下光路图 当孔在人身高一半时有tan θ ＝ ＝ ≈ ，sin θ ＝ 0.8， tan α ＝ ＝，sin α ＝ 由折射定律有n＝ ≈1.38。 (2)掠射是指入射角接近于90°。若让掠射进入孔洞的光能成功出射，则可画出如下光路图 根据几何关系有n′＝≈1.7。 答案：(1)1.38　(2)1.7 　　特别提醒 处理光的折射问题的“三个关键” (1)根据题意画出正确的光路图。 (2)确定入射角、折射角，利用几何知识确定光路