第4章 第1节 光的折射-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册教用Word(鲁科版)

第1节　光的折射 1．理解光的折射定律，能解释生活中的折射现象。　2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系，并能进行相关计算。　3.会根据光的反射定律和折射定律作出光路图。　 一、探究折射角与入射角的关系 1．折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会______________，发生折射现象。 2．光线分布特点：折射光线、入射光线和法线在____________内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧，入射角增大，折射角也增大。 二、光的折射定律 1．折射定律 (1)内容：入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个____________。这个关系称为光的折射定律，也叫____________。 (2)表达式：如果用n来表示这个比例常数，则有___________________________________________________。 2．光路的特点 在折射现象中，光路是____________的。 三、折射率 1．定义：光从________________斜射入某种介质发生折射时，____________的正弦与____________的正弦的比值n，称为这种介质的折射率，也称绝对折射率。 2．定义式：n＝。 3．物理意义：折射率是反映介质____________的一个物理量。它反映了光从空气斜射入介质(或从介质斜射入空气)时偏折的程度。折射率越大，介质使光偏离原来传播方向的程度就越大。 4．用光速表示的折射率：某种介质的折射率，等于光在____________中的传播速度c与光在这种______________中的传播速度v之比即n＝。 5．特点：光在介质中的传播速度________________，对应介质的折射率越大。 6．色散：在同一种介质中，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光，红光的传播速度最大，折射率最______________；紫光的传播速度最小，折射率最____________。当一束白光射入三棱镜时，由于白色光中不同色光的______________不同，偏折程度就不同，会出现色散现象。 判断下列说法是否正确。 (1)入射角变化，折射角也随之变化，但入射角一定大于折射角。(　　) (2)介质的折射率越大，介质的密度也越大。(　　) (3)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向就会变化。(　　) (4)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。(　　) (5)光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ [答案自填] 改变　同一平面　常数　斯涅耳定律　＝n　可逆　真空　入射角i 折射角r　光学性质　真空　介质　越小　小　大　折射率 知识点一　折射定律的理解和应用 (1)甲、乙两个图中，虚线代表什么？ (2)观察筷子和鱼的折射现象，其原理是什么？ [提示]　(1)虚线表示折射光线的反向延长线。 (2)光从水射入空气中，由于介质不同使光路发生偏折。　 1．对折射现象的理解 (1)特殊情况：当光垂直于界面入射时，虽然光的传播方向不变，但光速变了，因此也属于折射。 (2)光线的偏折方向：光线从折射率小的介质斜射入折射率大的介质，折射光线向法线偏折，反之将偏离法线。 (3)光路可逆性：光由介质射入空气或真空时，折射角r大于入射角i。根据光路可逆，可认为光由空气或真空以入射角r入射，对应的折射角为i。 2．对折射定律的理解 (1)“同面内”：折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面。 (2)“线两旁”：折射光线与入射光线分居在法线两侧。 (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。 角度1　光的折射现象的理解 下列说法不正确的是(　　) A．光从一种介质进入另一种介质时，传播方向可能发生变化 B．在光的反射和折射现象中光路是可逆的 C．光从空气射入水中时，入射角发生变化，折射角和反射角都发生变化 D．光由一种介质进入另一种介质时，增大入射角，折射角一定增大，入射角与折射角成正比 [解析]　光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生变化，光从一种介质垂直射入另一种介质时，传播方向不发生变化，A正确，不符合题意；在光的反射和折射现象中光路是可逆的，B正确，不符合题意；由反射定律可知，反射角等于入射角，由折射定律可得n＝，故光从空气射入水中时，入射角i发生变化，折射角和反射角都发生变化，C正确，不符合题意；光由一种介质进入另一种介质时，由折射定律可知，入射角增大，折射角一定增大，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，D错误，符合题意。 [答案]　D 角度2　光的折射现象的分析 (2024·江苏淮安统考期中)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，由光的折射规律可知，光会靠近法线，因此容器底部的光斑会向左移动。 [答案]　　A 知识点二　折射率的理解和计算 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 分析上表，是不是密度大的物质折射率就大？举例说明。 [提示]　不是　例如：水的密度比酒精的密度大，但水的折射率却比酒精的折射率小。　 1．关于正弦值 当光由真空中射入某种介质中时，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率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。 5．解题思路 (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、折射角均是光线与法线的夹角。 (3)利用折射定律、折射率公式列式求解。 角度1　对折射率的理解 (多选)光从空气斜射入介质中，比值＝常数，这个常数(　　) A．与介质有关 B．与光在介质中的传播速度无关 C．与入射角的大小无关 D．与入射角的正弦成正比，跟折射角的正弦成反比 [解析]　在折射定律中，比值＝n(常数)，这个常数是相对折射率，是由两种介质的性质决定的，故A正确；光在不同介质中的传播速度不同，n与光在两种介质中的传播速度有关，故B错误；n反映介质的性质，由介质决定，与入射角和折射角均无关，所以不能说n与入射角的正弦成正比，跟折射角的正弦成反比，故C正确，D错误。 [答案]　AC 角度2　折射率的相关计算 (2024·江苏南通统考)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。 [答案]　A (2024·上海大同中学校考)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的折射率分别为na和nb，a、b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 [解析]　根据折射定律n＝，因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，A、B错误；根据v＝可知va＜vb，C错误，D正确。 [答案]　D 角度3　光路和光的折射的有关计算 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。(真空中的光速c＝3.0×108 m/s)　 (1)画出折射光路图。 (2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度。 (3)当入射角变为45°时，折射角的正弦值多大？ (4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？说明理由。 [解析]　(1)由题意知入射角i＝60°，反射角β＝60°，折射角r＝180°－60°－90°＝30°，折射光路图如图所示。 (2)n＝＝＝ 根据n＝得v＝＝ m/s＝×108 m/s。 (3)根据n＝得sin r＝ 将sin i＝sin 45°＝及n＝代入上式，可求得 sin r＝。 (4)折射率不会变化，折射率反映介质的光学性质，跟入射角的大小无关。 [答案]　(1)见解析图　(2)　×108 m/s (3)　(4)见解析 综合一练　光的折射现象的综合分析 　(2024·重庆市育才中学校考)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。 (1)求激光在水中传播的速度大小v。 (2)求激光在水中的折射角大小β。 (3)求光从O到P所需的时间t。 [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 1．(折射定律的理解和应用)(2024·江苏南通统考期中)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(　　) 解析：选B。光由空气斜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，从玻璃砖射入空气时入射角小于折射角，故C、D错误。 2.(折射率的理解和计算)(2024·江苏淮安联考)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，恰能垂直于AC射出，则三棱镜的折射率为(　　) A．　　　　　　　　 B． C． D．2 解析：选B。恰能垂直于AC射出，则在AB界面的折射角r＝∠A＝30°，在AB界面的入射角i＝90°－30°＝60°，三棱镜的折射率n＝＝。 3.(光的折射的综合问题)(2024·湖南雅礼中学期中)如图所示，真空中有一个半径为R的玻璃球，O点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，光在真空中的传播速度为c。 (1)若θ＝30°，求玻璃的折射率。 (2)若θ＝45°，从S发出的光线经多长时间再次回到S点？ 解析：(1)光路图如图所示， 根据几何关系可知i1＝θ＝30°，i2＝60° 根据折射定律有n＝ 解得n＝。 (2)光在玻璃球内的传播速度v＝ 根据几何关系可知当θ＝45°时，即光路为圆的内接正方形，正方形的边长x＝R 从S发出的光线经多次反射回到S点的时间t＝＝。 答案：(1)　(2) 学科网（北京）股份有限公司 $