第四章 第1节 光的折射定律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第1节　光的折射定律 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道光的折射现象． 2．掌握光的折射定律． 3．知道折射率的定义和表达式、掌握折射率和传播速度的关系式． 1.物理观念：光的折射、折射定律，介质的折射率． 2．科学思维：画出光路图，确定折射角和入射角． 3．科学探究：通过实验得出光的折射定律． 1．光的反射与反射定律(复习) (1)光的反射：当光射到两种介质的界面时，一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象． (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内；反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角． 2．光的折射及折射定律 (1)光的折射：当光射到两种介质的界面时，一部分光进入第二种介质继续传播的现象. (2)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](对的画“√”，错的画“×”) (1)一束光从空气进入水中时，传播方向一定发生变化．(×) (2)对于不同的介质，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比一定相同．(×) 1．物理意义 反映介质光学性质的物理量． 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r的正弦值的比，叫作这种介质的折射率．用n表示折射率，有n＝． 3．折射率与光速的关系 某种介质的折射率n，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． 5．光密介质与光疏介质 两种介质比较，折射率较大的介质称为光密介质；折射率较小的介质称为光疏介质． [思考] 下图是一束光线通过玻璃砖时出现的现象． (1)光线为什么会发生偏折？ (2)光从空气射入玻璃砖时，入射角和折射角中的哪个角更大？光从玻璃砖射入空气时，入射角和折射角中的哪个角更大？ 提示　(1)因为光在两种不同的介质中传播会发生折射现象． (2)光从空气射入玻璃砖，入射角大于折射角；光从玻璃砖射入空气，折射角大于入射角． 探究点一　光的折射定律及应用 下图是光从一种介质进入另一种介质时出现的现象． 请问：光从一种介质进入另一种介质时，入射角一定大于折射角吗？ 提示　不一定，要看两种介质中哪一种介质的折射率较大． 利用光路图解决光的折射问题的方法 1．根据题意画出正确的光路图．首先要找到入射的界面，准确地作出法线，再根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，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． 2．利用几何关系确定光路图中的边、角关系，并与折射定律n＝中的各量准确对应． 3．利用折射定律n＝、折射率与光速的关系n＝列方程，结合数学三角函数的关系进行运算． 一个圆柱形储油桶的底面直径与高均为d.当桶内没有油时，从点A恰能看到桶底边缘的点B，如图甲所示．当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，如图乙所示，C、B两点相距. (1)试在图乙中画出光路的示意图． (2)求油的折射率． (3)求光在油中传播的速度．(计算结果保留3位有效数字) 解析　(1)画出的光路示意图如图所示． (2)底面直径与桶高相等，则图中折射角r＝45°，可得sin r＝，C、B两点相距，由几何关系得sin i＝＝，则油的折射率n＝＝≈1.58. (3)光在油中传播的速度 v＝＝ m/s≈1.90×108 m/s. 答案　(1)见解析　(2)1.58 (3)1.90×108 m/s [训练1]　光以入射角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的正切值为何值时，反射光线与折射光线间的夹角θ＝90°？ 解析　设折射角为θ2，反射角为θ3， 由光路图知θ＝180°－θ2－θ3① 由反射定律知：θ3＝θ1＝45°② 由折射定律知：＝n③ (1)当θ1＝45°时，由③得θ2＝30° 代入①得θ＝105°. (2)当θ＝90°时，由①得θ2＝90°－θ3＝90°－θ1，代入③得tan θ1＝. 答案　(1)105°　(2) 探究点二　介质的折射率 1．对常数n的理解 当光由真空中射入某种介质时，入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数．但不同介质具有不同的常数，说明常数n反映着该介质的光学特性． 2．光在介质中的传播速度 介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1. 注意：光在空气中和真空中的传播速度近似相等，因此也可以认为光从空气射入某种介质时，折射率n＝. 3．折射率的决定因素 介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身