高中物理粵教版4第四章光第01節(jié)光的折射定律 2023版第4章第1節(jié)光的折射定律

第一節(jié)光的折射定律1．(3分)光在同一種均勻介質(zhì)中如何傳播？【答案】沿直線傳播2．(3分)光在傳播過程中遇到不透明物體將會怎樣？【答案】不能繼續(xù)傳播，要發(fā)生反射3．(4分)光在傳播過程中遇到另一種透明物質(zhì)時又會如何？【答案】垂直介面入射時直線傳播不垂直時光束要發(fā)生折射課標導(dǎo)思1．通過實例和實驗探究掌握光的折射定律．2．理解折射率的定義及其與光速的關(guān)系．3．學(xué)會用光的折射率處理有關(guān)問題.學(xué)生P43一、光的折射規(guī)律的實驗探究1．光的折射光從一種介質(zhì)射向兩種介質(zhì)的分界面時，一部分光線進入另一種介質(zhì)而偏向另一個傳播方向的現(xiàn)象．2．入射角與折射角入射角：入射光線與法線之間的夾角，一般用i表示．折射角：折射光線與法線之間的夾角，一般用γ表示．3．折射定律(1)內(nèi)容：折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．(2)表達式：eq\f(sini,sinγ)＝n.二、折射角與光速的關(guān)系1．光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)(1)光密介質(zhì)：光在其中的傳播速度慢的介質(zhì)．(2)光疏介質(zhì)：光在其中的傳播速度快的介質(zhì)．2．折射角與光速的關(guān)系入射光線所在介質(zhì)中的傳播速度v1、折射光線所在介質(zhì)中的傳播速度v2與折射角γ的關(guān)系是eq\f(sini,sinγ)＝eq\f(v1,v2).三、折射率1．定義光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角i的正弦與折射角γ的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的折射率．用n表示．2．定義式n＝eq\f(sini,sinγ).3．折射率與光速的關(guān)系n＝eq\f(c,v).學(xué)生P43一、對光的折射現(xiàn)象的理解1．光的方向光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，傳播方向一般要發(fā)生變化，但并非一定要變化，當(dāng)光垂直界面入射時，光的傳播方向就不變化．2．光的速度光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，速度一定變化，當(dāng)光垂直界面入射時，光的傳播方向雖不變，但也屬于折射，因為光傳播的速度發(fā)生了變化．3．入射角與折射角的大小關(guān)系光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)發(fā)生折射時，折射角與入射角的大小關(guān)系不要一概而論，要視兩種介質(zhì)的折射率大小關(guān)系而定．4．光路可逆折射現(xiàn)象中光路是可逆的．【特別提醒】1分析光的折射問題時，應(yīng)先畫出光路圖，確定好界面和法線.2入射角、折射角均以法線為標準來確定，而不能以界面為標準.二、對折射率的正確理解1．關(guān)于正弦值當(dāng)光由真空中射入某種介質(zhì)中，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但正弦值之比是一個常數(shù)．2．關(guān)于常數(shù)n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個常數(shù)，但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說明常數(shù)反映著該介質(zhì)的光學(xué)特性．3．光傳播速度介質(zhì)的折射率n跟光在其中的傳播速率v有關(guān)，即n＝eq\f(c,v)，由于光在真空中的傳播速率c大于光在任何介質(zhì)中的傳播速率v，所以任何介質(zhì)的折射率n都大于1，因此，光從真空斜射入任何介質(zhì)時，入射角均大于折射角；而光由介質(zhì)斜射入真空時，入射角均小于折射角．4．決定因素介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，它的大小只能由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同決定，不隨入射角、折射角的變化而變化．【特別提醒】折射率的定義式n＝中，i為真空中的光線與法線的夾角，不一定為入射角；γ為介質(zhì)中的光線與法線的夾角，不一定為折射角.一、光的折射現(xiàn)象的分析假設(shè)地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比()A．將提前B．將延后C．某些地區(qū)將提前，在另一些地區(qū)將延后D．不變【導(dǎo)析】將大氣層看成數(shù)層折射率由上到下(地球表面)依次增大的均勻介質(zhì)層疊合而成的；光由折射率較小的介質(zhì)斜射向折射率較大的介質(zhì)時，光線將向法線偏折，以上兩點相結(jié)合即可確定光在大氣中的傳播情況．【解析】假如地球周圍沒有大氣層，太陽光將沿直線傳播，如圖所示，在地球上B點的人將在太陽到達A′點時看到日出；而地球表面有大氣層時，由于空氣的折射率大于1，并且離地球表面越近，大氣層的密度越大，折射率越大，太陽光將沿如圖所示AB曲線進入在B處的人眼中，使在B處的人看到日出，但在B處的人認為光是沿直線傳播的，則認為太陽位于地平線上的A′點，而此時太陽還在地平線以下，相當(dāng)于日出時刻提前了，所以無大氣層時日出的時間將延后．故選B.【答案】B建一個光在折射率逐漸增大的介質(zhì)中傳播的物理模型是順利解決此題的關(guān)鍵，這也是用物理概念和規(guī)律分析、解答實際問題的重要方法.1．如果光以同一入射角從真空射入不同介質(zhì)，則折射率越大的介質(zhì)()A．折射角越大，表示這種介質(zhì)對光線的偏折作用越大B．折射角越大，表示這種介質(zhì)對光線的偏折作用越小C．折射角越小，表示這種介質(zhì)對光線的偏折作用越大D．折射角越小，表示這種介質(zhì)對光線的偏折作用越小【解析】由介質(zhì)折射率定義式n＝eq\f(sini,sinγ)可知，當(dāng)光以相同的入射角i射入不同介質(zhì)時，折射率越大的介質(zhì)中光的折射角越小，偏折越大，故C對．【答案】C二、介質(zhì)折射率的計算光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中，折射光線與反射光線恰好垂直．(真空中的光速c＝×108m(1)畫出折射光路圖；(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度；(3)當(dāng)入射角變?yōu)?5°時，折射角等于多大；(4)當(dāng)入射角增大或減小時，玻璃的折射率是否變化？說明理由．【導(dǎo)析】先畫出玻璃與空氣的界面，再過入射點作出界面的垂線即為法線，然后根據(jù)光的反射定律和折射定律作出入射光線、反射光線和折射光線．求出折射角γ后，據(jù)n＝eq\f(sini,sinγ)求出n，當(dāng)入射角變化時，eq\f(sini,sinγ)這一比值保持不變，即玻璃的折射率并不改變，據(jù)n＝eq\f(c,v)求出v.【解析】(1)由題意知入射角i＝60°，反射角β＝60°，折射角r＝180°－60°－90°＝30°，折射光路圖如圖所示．(2)n＝eq\f(sini,sinγ)＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，據(jù)n＝eq\f(c,v)得v＝eq\f(c,n)＝eq\f×108,\r(3))m/s，v＝×108(3)據(jù)n＝eq\f(sini,sinγ)得sinγ＝eq\f(sini,n)，把sini＝sin45°＝eq\f(\r(2),2)及n＝eq\r(3)代入上式，可求得：sinγ＝eq\f(\r(6),6)，所以γ＝arcsineq\f(\r(6),6).(4)折射率不會變化，折射率由介質(zhì)和入射光的頻率決定，而跟入射角的大小無關(guān)．【答案】(1)見解析(2)×108(3)arcsineq\f(\r(6),6)(4)見解析本題考查反射定律，折射定律，折射率及光路圖的作法，折射率是反映介質(zhì)光學(xué)特性的物理量，它是由介質(zhì)的性質(zhì)和入射光的頻率決定的，同一介質(zhì)對確定的單色光而言，對應(yīng)的折射率一定，不同介質(zhì)對同一單色光(頻率一定)的折射率一般是不相同的.2．一個圓柱形筒，直徑12cm，高16cm.人眼在筒側(cè)上方某處觀察，所見筒側(cè)的深度為9cm，當(dāng)筒中裝滿液體時，則恰能看到筒側(cè)的最低點．求：(1)此液體的折射率；(2)光在此液體中的傳播速度．【解析】根據(jù)題中的條件作出光路圖如圖所示．(1)由圖可知．sinγ＝eq\f(d,\r(d2＋H2))，sini＝eq\f(d,\r(d2＋h2))折射率：n＝eq\f(sini,sinγ)＝eq\f(\r(d2＋H2),\r(d2＋h2))＝eq\f(\r(122＋162),\r(122＋92))＝eq\f(4,3).(2)傳播速度：v＝eq\f(c,n)＝eq\f×108,\f(4,3))m/s＝×108m/s.【答案】(1)eq\f(4,3)(2)×108m/s1．若某一介質(zhì)的折射率較大，那么()A．光由空氣射入該介質(zhì)時折射角較大B．光由空氣射入該介質(zhì)時折射角較小C．光在該介質(zhì)中的速度較大D．光在該介質(zhì)中的速度較小【解析】由n＝eq\f(sini,sinγ)可知，光由空氣射入介質(zhì)時的折射角是由折射率n和入射角i共同決定的，所以A、B均錯誤；由n＝eq\f(c,v)可知，介質(zhì)的折射率越大，光在該介質(zhì)中的速度越小，故C錯誤，D正確．【答案】D2．關(guān)于光的折射現(xiàn)象，正確的判斷是()A．光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射B．折射定律是托勒密發(fā)現(xiàn)的C．人觀察盛水容器的底部，發(fā)現(xiàn)水變淺了D．若光從空氣射入液體中，它的傳播速率一定增大【解析】光的傳播方向發(fā)生改變可以是反射，也可以是折射，A選項錯；折射定律是斯涅耳發(fā)現(xiàn)的，B項錯；人觀察盛水的容器底部，發(fā)現(xiàn)水變淺，這是折射現(xiàn)象，C項對；由折射定律知光從空氣射入液體速度應(yīng)減小，D項錯．【答案】C3．如圖4－1－1所示，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種介質(zhì)，光線的傳播方向以及光線與介質(zhì)分界面的夾角如圖中所示，由此可以判斷()圖4－1－1A．光在介質(zhì)Ⅱ中的傳播速度最小B．介質(zhì)Ⅲ的折射率最小C．光在介質(zhì)Ⅰ中的傳播速度最大D．介質(zhì)Ⅲ的折射率最大【解析】由相對折射率和絕對折射率的關(guān)系可知：n1sin45°＝n2sin40°，n1<n2，n2sin26°＝n3sin40°，n2>n3，而n1sin45°sin26°＝n3sin240°，所以n1>n3，即n2>n1>n3，B