第4章 第1节 光的折射定律（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

光及其应用 第1节　光的折射定律 第四章 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 一、光的折射定律 1．光的折射 光线从一种介质照射到两种介质的分界面时，一部分光____另一种介质继续传播的现象。 2．光的折射定律 入射光线、折射光线和法线在__________，入射光线与折射光线分居____的两侧；入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数。 进入 同一平面内 法线 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 二、介质的折射率 1．定义：在物理学中，把光从____射入某种介质发生折射时，入射角i的____值与折射角r的____值的比，叫作这种介质的折射率。 2．公式：n＝______。 真空 正弦 正弦 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 3．理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率n，等于光在真空中的传播速度c(c＝3×108 m/s)与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝_____。 4．光在不同介质中的速度是不同的，这正是光发生折射的原因。光在真空中的传播速度c大于光在其他任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都______。 大于1 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 2．判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)反射定律是确定反射光线位置的规律。(　　　　) (2)不是所有的反射现象都遵循反射定律。(　　　　) (3)发生漫反射时，反射角不等于入射角。(　　　　) (4)一束光从空气进入水中时传播方向一定改变。(　　　　) √ × × × × 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点一__ _________光的折射定律及应用 如图所示，一块半圆形的玻璃砖放在带有角度刻度的圆盘上，使玻璃砖的圆心正好与圆盘刻度的圆心重合，将激光笔对准圆心照射，会观察到激光笔发出的一束光照射到玻璃砖表面后发生了反射和折射现象。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] 请在图上标出法线、入射角、反射角和折射角。改变入射光线与法线的夹角，观察折射光线与法线的夹角有什么关系？ 提示：如图所示，入射光线和反射光线同法线的夹角相等，折射光线与法线的夹角小于入射光线与法线的夹角。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 1．现象：当光从一种介质斜射入另一种介质时，其传播方向发生了改变，即入射角θ1与折射角θ2不相等(θ1≠θ2)。 2．原理：机械波之所以会发生折射，是由于机械波由一种介质进入另一种介质时，其传播速度发生了改变，光发生折射的原因也是如此。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 3．入射角与折射角的大小关系：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。当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角，当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角。 4．对折射定律的理解 (1)“同面内”：“折射光线与入射光线、法线处在同一平面内”，这句话大体上说明了三线的空间位置，折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (2)“线两旁”：“折射光线与入射光线分居在法线两侧”，这句话把折射光线的位置又作了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小(i>0)。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练1] 一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内，入射角为45°，则下列的四个光路图正确的是(　　) C 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点二__ ________介质的折射率 在探究光由真空射入某种透明介质发生折射的规律时得到的实验数据如表所示。请在表格基础上思考以下问题： 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)随着入射角的增大，折射角怎样变化？ (2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量(误差允许范围内)? 提示：(1)折射角增大。 (2)入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例2】 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。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 1．(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是入射光线 B．aO是入射光线 C．cO是入射光线 D．Ob是反射光线 BD 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 2．若某一介质的折射率较大，那么(　　) A．光由空气射入该介质时折射角较大 B．光由空气射入该介质时折射角较小 C．光在该介质中的速度较大 D．光在该介质中的速度较小 D 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 BCD 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 33 素养训练 学业评价 4．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。 答案：1.5 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 35 课时梯级训练(21) 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 谢谢观看 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 光的折射现象、折射率。 测定介质的折射率。 体会折射定律在实际问题中的应用。 1．是否可以由折射率的定义式n＝得出介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比？光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？ 提示：不可以，折射率n由介质的性质和光的颜色决定，与入射角θ1和折射角θ2无关。由v＝知，n越大，v越小。 (5)由折射率的定义式n＝得出，介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比。(　　　　) (3)“正比例”：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即＝n，折射角r随入射角i的变化而变化，入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是定值，当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就确定了。 【例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°。 答案：(1)105°　(2)arctan (1)根据反射定律知，反射角θ1′＝θ1① 由折射定律得n＝② 解得sin θ2＝，θ2＝30° 根据几何关系得θ1′＋θ＋θ2＝180°③ 解得θ＝105°。 (2)当θ＝90°时，有θ1′＋θ2＝90°④ 联立①②④可得tan θ1＝，即θ1＝arctan 。 光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，A错误；由反射定律知反射角为45°，根据折射定律n＝得θ1>θ2，B错误；画光线时必须带箭头，D不是光路图，D错误；由上述分析可知C正确。 入射角i(°) 折射角r(°) 10 6.7 1.49 1.49 20 13.3 1.50 1.49 30 19.6 1.53 1.49 40 25.2 1.59 1.51 入射角i(°) 折射角r(°) 50 30.7 1.63 1.50 60 35.1 1.71 1.51 70 38.6 1.81 1.50 80 40.6 1.97 1.51 1．对折射率的理解 (1)折射率 n＝，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，也不一定为折射角。 (2)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和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系。 2．折射率与光速的关系：n＝ (1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，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n都大于1。 (2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小。 答案：(1)　(2)2.12×108 m/s (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°，则玻璃的折射率为n＝＝。 (2)由折射率与光速的关系式n＝得，光在玻璃中的传播速度v＝＝ m/s≈2.12×108 m/s。 [练2] 两束平行的细激光束垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图所示。已知其中一束光沿直线穿过玻璃，它的入射点是O，另一束光的入射点为A，穿过玻璃后两条光线交于P点。已知玻璃半圆截面的半径为R，OA＝，OP＝R。求玻璃材料的折射率。 答案： 画出光路图如图所示。 其中一束光沿直线穿过玻璃，可知O点为圆心。另一束光从A点沿直线进入玻璃，设在半圆面上的入射点为B，入射角为θ1，折射角为θ2，由几何关系可得sin θ1＝＝，解得θ1＝30°。 由几何关系可知BP＝R，折射角θ2＝60°。由折射定律得玻璃材料的折射率n＝＝＝。 由于入射角等于反射角，入射光线与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，B、D正确。 由n＝可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率n和入射角θ1共同决定的，A、B错误；由n＝可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小，C错误，D正确。 3．(多选) 如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和折射光束2，已知玻璃的折射率为，入射角为45°(相应的折射角为24°)，现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示，则(　　) A．光束1转过15° B．光束1转过30° C．光束2转过的角度小于15° D．入射角增大15°，折射率不变 转动前，光束1(反射光)与入射光线的夹角为A＝45°×2＝90°，光束2(折射光)与入射光线间的夹角B＝45°＋(180°－24°)＝201°。转动后，反射光线与入射光线的夹角A′＝60°×2＝120°，根据折射定律有＝，得r＝30°，则折射光线与入射光线间的夹角为B′＝60°＋(180°－30°)＝210°，则ΔB＝B′－B＝9°，ΔA＝A′－A＝30°，A错误，B、C正确；转动后，入射角增大15°，折射率与入射角无关，D正确。 设折射角为θ2，由折射定律得n＝，其中入射角θ1＝30° 由几何关系知sin θ2＝， 且OP＝ 代入数据解得n＝≈1.5。 $$