专题：折射、全反射习题课 导学案-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

在风平浪静的海面上空或是在炎热干燥的沙漠上空，常常浮现充满传奇色彩的“海市蜃楼”(如图4-3-2所示).这些都是因为光的折射和全反射而形成的自然现象. 高中物理学教评一体化学习设计 编者：秦海霞 审核: 高二物理组 日期： 专题：折射、全反射习题课 【课标要求】 理解光的折射定律，知道光的全反射及其产生的条件 【学习目标】 会用折射定律和全反射解决实际问题 【情景设计】 在圆柱形玻璃杯中装大半杯清水，将-根筷子坚直插入杯子的左侧，筷子的下半部分在水中，上半部分在空气中，如图 4-1-2(a)所示。将筷子从杯子的左侧逐步移动到右侧的过程中，从杯子的正前方观察筷子在水中的像与在空气中的实物之间的位置关系。 【问题体验1】 请画出情节设计中的光路图试着解释现象 【问题体验2】 把一块厚玻璃板压在书上，透过玻璃板看书上的字与原来的感觉有什么不同?试试看并说明原因 【归纳总结1】视深 【问题体验3】 水池中平静的水面下有一个点光源向各个方向发光，在池边可看到水面上有一个圆形亮斑。若亮斑的中心位置不变，面积逐渐减小，分析判断该点光源在水下的运动方向。 【达标检测3】 临界角与光的颜色有关。某小区喷水池底部装有不同颜色的 LED 灯(可视为点光源)，可在水面形成不同颜色的光斑(图4-19)。若水池底部水平，水面平静，红光与紫光在水面形成的光斑面积哪个更大? 【问题体验4】 在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么?这个圆锥的顶角是多大? 【达标检测4】 用下面的方法可以测量液体的折射率:取一个半径为r的软木寒，在它的圆心处插上一个大头针，让软木塞浮在液面上(图4-4)调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为h。这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。利用测得的数据r和h即可求出液体的折射率， (1)写出用r和h求折射率的计算式。 (2)用这种方法实际做一下，求出水的折射率。 【问题体验5】海市蜃楼和沙漠蜃景 夏天的傍晚，在平静无风的海面上有时会看到山峰、船舶、楼台等出现在远方的空中，这就是海市蜃楼现象，如图所示。请解释该现象，并比较海市楼与沙景的差异。 （1）海面上的蜃景 夏季时，靠近海面的空气温度比上空的空气温度低，低层空气的密度(折射率)比高层的大，可以粗略地把海面上方的空气看成是由许多折射率不同的空气层所组成的 当远处楼阁发出的光线射向空中时，由于经折射率不同的水平空气层的折射，光线越来越偏离法线，最后进入折射率更小的较高空气层时，就可能发生全反射，使楼发出的光线向下偏折，光线反射回地面，射入眼睛就会看到远方“悬在空中”的景物，如左图所示。 （2）沙漠里的唇景 在炎热的夏季，沙漠贴近地面的空气由于太阳的照射，温度升得很高，而较高层的空气仍然比较冷，此时，沙漠上方由低到高空气密度将依次变大，折射率也依次变大。 如果沙漠远方有一棵大树，树顶部射向地面的光线，穿过不同折射率的空气层，不断向远离法线的方向偏折，入射角逐渐变大，最后进入折射率更小的较低空气层时，也可能发生全反射，使光线向上弯曲，光线进入人眼，就会看到远处物体的倒景，如图4-3-23(b)所示。 B1.一東光斜射入界面相互平行、折射率递增的多层介质膜中，光的轨迹将如何?若斜射入界面相互平行、折射率递减的多层介质膜中光的轨迹又将如何?请画出光路图， 【达标检测5】诗句“大漠孤烟直，长河落日圆”给我们展现了一幅美丽的画卷。当诗人看到落日接近地平线之时，太阳的实际位置已经位于地平线下方了。分析这种现象的原因是什么? 【问题体验6】钻石的打磨与全反射 打磨成多面体的钻石能闪闪发光，是射到钻石背面的光全部被反射回来的缘故。为了使钻石能发生全反射，需要将其表面打磨成特定的角度，使射到钻石背面的光的入射角大于其临界角 24.4°。在图4-30 中，图(a)是打合适的一种式样，而图(b)(c)分别是打磨得太深、太浅的情况，这样光会从其侧面或者底面射出，使钻石失去光泽 【达标检测6】 4.打磨如图4-3-9 所示的某宝石剖面时，必须将 OP边、OO 边与轴线的夹角θ切磨在θ1<0<θ2的范围内，才能使从 MN 边垂直入射的光线在OP边和OO边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到 OP边并反射到 OO边后射向 MN边的情况).请根据θ角度的各个范围，分析对应出射光线的各种可能 【问题体验7】霓虹 美妙的彩虹，常引发人们产生美好的联想，被比喻为“天空的微笑”“相会的彩桥”等。通常能看见的彩虹是红色在外、紫色在内，这被称为“虹”。有时还能看见一组相对“虹”而言颜色较淡的彩色圆弧，红色在内、紫色在外，这被称为“霓”。 根据图 4-28，与同学讨论交流: (1)什么情况下看见虹，什么情况下看见霓? (2)为什么现在很难看到天空中的彩虹? (3)你对环境保护有什么设想? 【达标检测7】虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和 PQ 两条彩色光带，光路如图所示。点M、N、P、Q的颜色分别为_________________________________ 【巩固提升】 1.某些为屏蔽电磁波设计的人工材料，其折射率都为负值(n<0)，称为负折射率材料。电磁波从空气射人这类材料时，折射定律和电磁波传播规律仍然不变，但是折射线可人射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值).如图4-1-6所示，现空气中有一上下表面平行厚度为d=30cm折射率n=－1.732的负折射率材料，一束电磁波从其上表面以人射角i=60°射人，从下表面射出，请画出电磁波穿过该材料的示意图。 2.“水流导光”实验装置如图所示。长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出，形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播。下列操作中，能使激光束完全被限制在水流内传播的是 A.增大激光的强度 B.改用频率更低的激光 C.向瓶内加适量清水 D.改用折射率更小的液体 3.自行车尾灯用透明介质制成，其外形如图所示。请说明自行车尾灯在夜晚被灯光照射时特别明亮的原因。 4.现在高速公路上的标志牌表面大都有“反光膜”。夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，使标志牌上的字特别醒目。这种“反光膜”是用球体反射元件制成的，反光膜内均匀分布着一层直径为10 μm 的小玻璃珠，所用玻璃的折射率为。如图所示，为使从车灯射出的入射光经玻璃珠折射、反射、再折射后恰好与入射光平行，第一次入射的入射角应是多少? 5.如图所示，有人设计的光液面传感器有一个试管模样的玻璃管，中央插一块两面反光的玻璃板，入射光在玻璃管内壁与玻璃板之间来回发生反射，进入玻璃管底部，然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时，便可通过监测出射光的强弱来判定玻璃管被液体包围的情况，从而了解液面的高度。请分析其工作原理。 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？ 4-8-2 4-8-1 学科网（北京）股份有限公司 $$