第1节 第1课时 光的折射（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019 江苏北京版）

第四章 光 光的折射 第 1 节 光的折射 (赋能课—精细培优科学思维) 第1课时 课标要求 学习目标 通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。 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，会进行相关计算。 1 课前预知教材/落实主干基础 2 课堂精析重难/深度发掘知能 3 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 课前预知教材/落实主干基础 一、折射定律 1．光的反射：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的________时，一部分光会______到第1种介质的现象。 2．光的折射：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的________时，一部分光会进入第2种介质的现象。 分界面 返回 分界面 3 ．光的折射定律：折射光线与入射光线、法线 处在_________内，折射光线与入射光线分别位于法 线的_____；入射角的正弦与折射角的正弦成_____， 即_____________。 4．光的反射与折射的共性：在光的反射和折射现象中光路是_____的。 同一平面 两侧 正比 可逆 在两种介质的分界面上可能同时发生光的反射和光的折射。 二、折射率 1．定义：光从______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。 2．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＝_____。 3．意义：折射率是衡量材料光学性能的重要指标。 4．特点：任何介质的折射率都______1。 真空 大于 不同颜色的光在同一种介质中的传播速度不同，折射率也不同。 1．将一根筷子斜插入装有水的茶缸中，可以看到水中的筷子向上弯了。如何解释观察到的现象？ 提示：水中的筷子发生了光的折射现象。 微情境·大道理 2．几种介质的折射率(λ＝589.3 nm　t＝20 ℃) 介质 折射率 介质 折射率 金刚石 2.42 氯化钠 1.54 二硫化碳 1.63 酒精 1.36 玻璃 1.5～1.8 水 1.33 水晶 1.55 空气 1.000 28 试根据表中数据判断下列说法的正误： (1)介质的折射率都大于1。 ( ) (2)折射率大的介质密度一定大。 ( ) (3)玻璃的折射率一定大于水晶的折射率。 ( ) (4)光在水中的传播速度大于光在酒精中的传播速度。 ( ) √ × × √ 课堂精析重难/深度发掘知能 有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去 叉，而是对着所看到鱼的下方叉，如图所示。你知 道这是为什么吗？ 提示：人看到的鱼是由于折射而成的像，其位置在鱼的实际位置上方，如图所示。 强化点(一) 折射定律的理解和应用 任务驱动 1．光的方向 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化(斜射)，并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化。 2．光的传播速度 光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，光传播的速度也发生变化。 要点释解明 3．入射角与折射角的大小关系 (1)光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定。 (2)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。 [典例]　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，OC 为反射光线。 /方法技巧/ 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。 1．如图所示，一束光线斜射入容器中，在容器底部形成一个光斑，向容器中逐渐注水过程中，图中容器底部光斑(　 ) A．向左移动　　　 B．向右移动 C．原位置不变 D．无法确定 解析：当向容器中加水时，光从空气斜射入水中，由光的折射定律可知，折射光会靠近法线，因此光传播到容器底部时会向左移动。故选A。 题点全练清 √ √ 当同一束单色光从空气斜射入某种介质时，无论入射角如何改变，入射角的正弦值和折射角的正弦值的比值总保持不变。但是，如图所示，当该束光由空气以同一入射角斜射入不同的介质时，折射角却不同，入射角的正弦值和折射角的正弦值的比值也发生了变化，这说明什么？ 任务驱动　 强化点(二) 折射率的理解和计算 提示：这说明在光的折射现象中，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值与入射角和折射角的大小无关，与介质的种类有关。 要点释解明 [典例]　(2022·江苏高考)如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求： (1)水的折射率n； (2)两条折射光线之间的距离d。 [答案]　(1)tan θ　(2)Dtan θ 题点全练清 √ (1)求激光在水中传播的速度大小v； (2)激光在水中的折射角大小β； (3)光从O到P所需的时间t。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1．(2024·江苏南通期中)下列各图中，O点是半圆形玻璃砖的圆心。一束光线由空气射入玻璃砖，再由玻璃砖射入空气，光路图可能正确的是(　 ) √ A级——基础达标 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 解析：光由空气射入半圆形玻璃砖时，折射角小于入射角，光由玻璃砖垂直射出时传播方向不变，故A错误，B正确； 光由空气垂直射入玻璃砖时传播方向不变，光从玻璃砖斜射入空气时入射角小于折射角，故C、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 2．(2024·南京高二调研)一束复色光由空气射向玻 璃， 发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如 图所示。设玻璃对a、b光的折射率分别为na和nb，a、 b光在玻璃中的传播速度分别为va和vb，则(　 ) A．na＝nb B．na<nb C．va>vb D．va<vb √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3．(2024·常州高二检测)如图，光沿AO从空气射入介质中，以O点为圆心、R为半径画圆，与折射光线的交点为B，过B点向介质与空气的交界面作垂线，交点为N，BN与AO的延长线的交点为M。以O点为圆心，OM(设为r)为半径画另一圆。根据以上数据，该介质的折射率n＝(　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5．(2023·江苏高考)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是(　 ) √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 A．鱼看到的翠鸟比实际位置要高 B．鱼的实际深度比翠鸟观察到的要浅 C．翠鸟以与水面成37°的方向俯冲做直线运动即可捕获鱼 D．鱼距离翠鸟的实际水平距离为2 m 解析：因为光线从空气射向水面时，折射角小于入射角，所以鱼看到的翠鸟比实际位置要高，根据光路可逆可知，鱼的实际深度比翠鸟观察到的要深，故A正确，B错误； 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 翠鸟看到与水面成37°的方向有一条鱼，而鱼 的实际位置比翠鸟观察到的要深，所以翠鸟以与水 面成37°的方向俯冲做直线运动会到达鱼的上方， 无法捕获鱼，故C错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 B级——综合应用 10．日常生活中，我们发现这样一个有趣的现象，当你把筷子插进装有水的玻璃杯中时，会发现筷子好像被折断了一样，但是你从杯子中拿出来筷子又是完好无损的。现将一根粗细均匀的直棒竖直插入装有水的圆柱形玻璃杯中，杯壁厚度忽略不计，从水平方向观察，下列四幅图中符合实际的是(　 ) 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：如图为直棒竖直插入盛水玻璃杯内的俯视 图，A处为直棒，ABP表示由直棒出发折射穿过玻璃 杯壁B射向观察者P处的一条光线。ON为过B点沿半 径方向的直线，即在B处和空气的分界面的法线，上 述光线相当于在B处由水中射入空气中，图中的角i和角γ分别为此光线的入射角和折射角，根据光的折射规律可知， 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 应有γ＞i，所以观察者在P处看到的直棒A的像A′的位置不是在A的实际位置，而是由其实际位置偏离杯中心的方向向杯壁靠拢一些，据此可知，将直棒竖直插入玻璃杯中时，其侧视图应该是选项图中的A或C图才与实际情况相符。同时，玻璃杯此时相当于一个凸透镜，对直棒起到了放大的作用，因此，观察到的直棒比实际粗些，故选A。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 11．每年夏季，我国多地会出现日晕现象。 日晕是太阳光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。一束太阳光射到正六边形冰晶时的光路图如图所示，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是(　 ) A．a光的频率大于b光 B．a光的波长大于b光 C．在冰晶中，b光的传播速度比a光大 D．在真空中，a光的传播速度比b光大 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：根据题图可知，a光的偏折角小于b光的偏折角，根据折射定律可知，冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，则a光的频率小于b光，a光的波长大于b光，故A错误，B正确； 在真空中，a光的传播速度等于b光，故D错误； 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 ＝n12 (2)玻璃的折射率n＝＝，当入射角为45°时，n不变， 由n＝，得sin θ2＝＝＝。 [答案]　(1)见解析图　(2) 2．(2024·江苏南通期末)如图所示，为了从军事工程内部观察外面的目标，在工程的墙壁上开一长方形的孔，孔内嵌入折射率为的玻璃砖，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，则嵌入玻璃砖后工程内部人员观察到外界的视野最大张角为(　 ) A．37° B．53° C．74° D．106° 解析：光路图如图所示，由几何关系得sin θ2＝＝，则sin θ1＝nsin θ2＝0.8，所以θ1＝53°，则视野的最大张角为θ＝2θ1＝106°，故选D。 1．对折射率的理解 (1)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关。 (2)从公式n＝看，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于1。 (3)由于n>1，从公式n＝看，光从真空斜射向任何其他介质时，入射角都大于折射角。类推可知，当光从折射率小的介质斜射向折射率大的介质时，入射角大于折射角。 2．折射率的计算方法 (1)n＝，这种方法是用光的折射现象来计算。 (2)n＝，这种方法是用光速来计算。 [解析]　(1)设折射角为γ，根据几何关系可得 γ＝90°－θ 根据折射定律可得n＝ 联立可得n＝tan θ。 (2)如图所示 根据几何关系可得d＝·sin θ＝Dtan θ。 /方法技巧/ 折射率的定义式n＝中的θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，不一定为折射角，产生这种现象的原因是光路的可逆性。 1.如图所示，ABC为直角三棱镜横截面，∠A＝30°，∠B＝90°，一束单色光从AB边上的D点平行于AC射入，折射光线刚好过C点，已知BD＝AD，则三棱镜的折射率为(　 ) A．　 B．C． D． 解析：设BC长为d，则AB＝d，BD＝d，由几何关系知，光束在D点的入射角i＝60°，设折射角为r，则有sin r＝＝，则折射率n＝＝，故选A。 2．(2024·北京丰台区月考)如图所示，激光笔发出一束激光射向水面O点，经折射后在水槽底部形成一光斑P。已知水深H＝2.4 m，入射角α＝53°，水的折射率n＝，真空中光速c＝3.0×108 m/s，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。 解析：(1)由n＝，可得激光在水中传播的速度大小v＝＝2.25×108 m/s。 (2)由折射定律可得n＝ 解得sin β＝0.6 则激光在水中的折射角大小β＝37°。 (3)光从O到P所需的时间t＝＝×10－8 s。 答案：(1)2.25×108 m/s　(2)37°　(3)×10－8 s 解析：根据折射定律n＝，a、b两束单色光的入射角相同，a光的折射角小于b光的折射角，则a光的折射率大于b光的折射率，选项A、B错误； 根据v＝，由于a光的折射率大于b光的折射率，则有va<vb，选项C错误，D正确。 A． B． C． D． 解析：由题图结合几何知识可知，折射率n＝＝＝，故选B。 4．(2024·盐城高二调研)如图所示，等腰三棱镜ABC的顶角∠A＝30°，一束单色光与AB成30°角射入三棱镜，恰能垂直AC射出，则三棱镜的折射率为(　 ) A．　　　　　　　 B． C． D．2 解析：恰能垂直AC射出，则在AB界面的折射角为r＝∠A＝30°，在AB界面的入射角为i＝90°－30°＝60°，三棱镜的折射率n＝＝，故选B。 解析：由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，根据折射定律n＝，折射角小于入射角，画出光路图如图所示，则从高到低θ下逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向。故选A。 6.如图所示，半圆形玻璃砖的圆心为O，半径为R，O、P两点间的距离为R。一束单色光从P点以45°角射入玻璃砖，出射光线和入射光线平行，则玻璃砖的折射率为(　 ) A． B．2 C． D．3 解析：单色光从P点以45°角射入玻璃砖，出射光线和入射光线平行，则有折射光线在P点的折射角等于在Q点射出时的入射角，故Q点在圆心O点正下方，则光线在玻璃砖中的光路图如图所示，由折射定律可得n＝，由几何关系可知sin α＝＝，联立解得n＝，A正确，B、C、D错误。 7．某同学在观看太空水球光学实验后，找到一块横截面为环形的玻璃砖模拟光的传播，如图所示，玻璃砖的内径为R、外径为2R。一束单色光在截面上的A点以i＝45°的入射角射入玻璃砖，经一次折射后，恰好与玻璃砖内壁相切，则玻璃砖对该单色光的折射率为(　 ) A．0.5　　　 B．　　 　 C．　　　 D．2 解析：根据题意，作出光路图如图所示，令折射角为θ，根据几何关系有sin θ＝＝，则玻璃砖对该单色光的折射率为n＝，解得n＝，故选B。 8．翠鸟的食物以鱼类为主，翠鸟入水之后是凭借触觉来抓捕猎物的，因此在入水之前，翠鸟事先看清楚鱼的位置，在时机成熟时会张开翅膀，以俯冲的姿势，快速地冲入水中将猎物捕获。若开始时翠鸟停在距离水面1.5 m高的苇秆上，看到与水面成37°的方向有一条鱼，鱼的实际位置在水面下方40 cm处。已知水对光线的折射率为，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，则下列说法正确的是(　 ) 根据n＝，解得sin r＝0.6，鱼距离翠鸟的实际水平距离为x＝＋0.4tan 37°＝2.3 m，故D错误。 9．(2024·太仓高二检测)如图，半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面)，入射角为45°，出射光线射在桌面上B点处。测得AB之间的距离为。真空中光速为c，求： (1)玻璃体的折射率； (2)光线通过半球形玻璃体所用时间。 解析：(1)作出光路图，如图所示。 设玻璃体的折射率为n，由折射定律有n＝ 式中，入射角i＝45°，r为折射角，△OAB为直角三角形，因此sin r＝ 代入数据得sin r＝ 由折射定律n＝＝。 (2)光在玻璃体中的速度为v＝＝c 可得光线通过半球形玻璃体所用时间为t＝＝。 答案：(1)　(2) 根据v＝知，在冰晶中，b光的传播速度比a光小，故C错误。 12．(2023·全国乙卷)如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC，AB＝AC＝l，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离。 解析：由题意可知作出光路图如图所示 光线垂直于BC方向射入，根据几何关系可知入射角为45°；由于棱镜折射率为， 根据n＝ 有sin r＝， 所以折射角为30°，∠BMO＝60°，因为∠B＝45°，所以光在BC面的入射角为 θ＝90°－(180°－60°－45°)＝15° 根据反射定律可知∠MOA＝2θ＝30° 根据几何关系可知∠BAO＝30°，即△MAO为等腰三角形，则＝ 又因为△BOM∽△COA，故有＝ 由题意知AB＝AC＝l 联立可得BM＝AC＝l 所以M到A点的距离为x＝MA＝l－BM＝l。 答案：l $$