4.1 光的折射定律（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第一节　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：折射、折射定律、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：应用“插针法”测量玻璃的折射率. 一、光的折射定律 1．内容：当光线从空气射入介质时，发生折射，折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧；入射角i 的正弦值跟折射角γ的正弦值成正比． 2．公式：＝n. [判断] (1)一束光从空气进入水中时，传播方向一定发生变化．(×) (2)折射率大的介质，密度不一定大．(√) (3)光的反射现象中，光路是可逆的，光的折射现象中，光路不是可逆的．(×) 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，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 任何介质的折射率都大于1，折射率越大，光在此介质中的传播速率越小． [思考] 如图是一束光线通过玻璃砖出现的情况． (1)光线为什么会发生弯折？ (2)光线从空气射入玻璃砖，入射角和折射角哪个角更大？光线从玻璃砖射入空气怎样？ 提示　(1)因为发生了折射现象． (2)光线从空气射入玻璃砖．入射角大于折射角，光线从玻璃砖射入空气，折射角大于入射角． 探究点一　光的折射定律及应用 如图所示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，同时准确地作出法线．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，与折射定律n＝中的各量准确对应．比如一定要确定出哪个角在分子上，哪个角在分母上． (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，求： (1)试在图乙中画出光路的示意图； (2)油的折射率； (3)光在油中传播的速度． [思路点拨]　(1)“恰好看到”表明人眼看到的是C点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线． (2)v＝. 解析　(1)画出的光路示意图如图所示． (2)由题意和(1)中的光路图可得sin γ＝，sin i＝， 由折射定律得油的折射率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θ1＝45°时，求反射光线与折射光线间的夹角θ； (2)当入射角θ1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)满足tan θ1＝ 即可 探究点二　对折射率的理解 1．关于正弦值 当光由真空中射人某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数． 2．关于常数n 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，说明常数反映着该介质的光学特性． 3．光传播速度 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率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1，因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时， 入射角均小于折射角． 4．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及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化． 如图所示，一束平行光以θ1＝30°的入射角从玻璃射向空气中，折射角为θ2＝45°，求： (1)玻璃的折射率； (2)光在玻璃中的传播速度． 解析　(1)光从玻璃射向空气时，入射角为30°，折射角为45°；若光从空气射向玻璃时，入射角为45°，根据光路的可逆性知，折射角一定为30°，由折射定律得玻璃的折射率为n＝＝. (2)由折射率与光速的关系n＝得光在玻璃中的传播速度v＝＝ m/s≈2.12×108 m/s. 答案　(1)　(2)2.12×108 m/s [训练2]　一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90°，折射光线与反射光线间的夹角为105°，则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为(　　) A.，c　　　　　　 B.， C.，c D.， D　[由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45°，折射角为r＝180°－45°－105°＝30°，则折射率n＝＝，所以光在该介质中的速率v＝＝＝c，故D选项正确．] 1．(光的反射和折射)(多选)如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是(　　) A．bO不可能是入射光线 B．aO可能是入射光线 C．cO可能是入射光线 D．Ob可能是反射光线 ABD　[由于入射角等于反射角，入射光线、反射光线关于法线对称．所以aO、Ob应是入射光线或反射光线，PQ是法线．又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线．] 2．(折射率)(多选)关于折射率，下列说法正确的是(　　) A．根据n＝可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B．根据n＝可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C．介质的折射率由介质本身决定，与入射角、折射角均无关 D．根据n＝可知，介质的折射率与介质中的光速成反比 CD　[介质的折射率是一个表示介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B错误，选项C正确；由于真空中光速是一个定值，故n与v成反比，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，故D选项正确．] 3．(大气的折射现象)设大气层为均匀介质，当太阳光照射地球表面时，如图所示．则有大气层与没有大气层时相比，太阳光覆盖地球的面积(　　) A．前者较小　　　　　　 B．前者较大 C．一样大 D．无法判断 B　[当太阳光照到存在大气层的地球表面时，光在大气层发生折射，光线偏向地球，故选B.] 4.(折射定律的应用)人造树脂是常用的眼镜镜片材料．如图所示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的P点．已知光线的入射角为30°，OA＝5 cm，AB＝20 cm，BP＝12 cm，求该人造树脂材料的折射率n. 解析　设折射角为γ，由折射定律知：＝n 由几何关系知：sin γ＝ 且OP＝ 代入数据得n＝≈1.5. 答案　1.5 学科网（北京）股份有限公司 $$