(讲义)第4章 1 第1课时 光的折射-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

1.光的折射 第1课时　光的折射 1．知道光的反射、折射现象及折射率的概念，能对简单现象进行解释。 2．理解光的反射定律和折射定律，能够应用几何知识分析物理问题。 3．经历光的折射定律的探究过程，体会科学探究的重要作用。 4．结合生活中的光学现象，培养学生的兴趣。 　折射定律 1．光的反射 (1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象。如图所示。 (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 (1)折射现象：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。如图所示。 (2)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；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n12(式中n12是比例常数)。 (3)与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是可逆的。 提醒　折射现象和反射现象往往同时产生，由于反射的存在，折射光的能量小于入射光的能量，且折射光的能量随入射角的增大而逐渐减小。 如图甲所示，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。 问题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？ 提示：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。 问题2　上面的情境是什么现象？其原理是什么？ 提示：光的折射现象，折射定律。 1．光的折射 (1)光的方向：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)光的传播速度：由v＝知，光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化。 注意：当光垂直于界面入射时，光的传播方向不变，但这种情形也属于折射，光的传播速度仍要发生变化。 (3)入射角与折射角的大小关系：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。 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＝、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。 【典例1】　(对折射现象的理解)(2021·湖北卷)如图是两个并排而且深度相同的水池，一个装水，另一个未装水，在两池的中央各竖立着一只长度相同而且比池深略高的标杆。当阳光斜照时就会在池底形成杆的影子，下列说法正确的是(　　) A．装水的池中标杆影子较长 B．未装水的池中标杆影子较长 C．两池中标杆影子长度相同 D．装水的池中标杆没有影子 B　[未装水时，光沿直线传播从杆顶照射到池底的P点，而装水时，光沿直线传播从杆顶照射到水面时发生折射，由于折射角较小，故照射到池底的Q点，如图所示，可知未装水的池中标杆影子较长，故B正确。 ] 【典例2】　(折射定律的应用)光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直。 (1)画出折射光路图； (2)当入射角变为45°时，折射角的正弦值为多大？ [解析]　(1)光路图如图所示，其中AO为入射光线，OB为折射光线。 (2)n＝＝，当入射角为45°时，n不变，由n＝ 得sin θ2′＝＝＝。 [答案]　(1)见解析图　(2) 　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。 [跟进训练] 1．如图所示，一条光线由空气射到半圆柱体玻璃砖表面的圆心处，玻璃砖的半圆表面上(反射面)镀有银，则图示几个光路图中，能正确、完整地表示光线行进过程的是(　　) A　　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　　D D　[光线在圆心O处发生折射和反射，折射光线与半圆表面垂直，到达半圆表面后沿原路返回，返回至空气与玻璃的交界处时再次发生反射和折射，折射光线遵循光路可逆原理，故D正确。] 　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＝。 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n都大于1。 一束白光通过三棱镜后会分解为多种颜色的单色光，图中自上而下分别为红橙黄绿蓝靛紫，这就是大家非常熟悉的光的色散现象。 问题：结合光的色散现象，分析