高中物理-13.1-光的反射和折射课件-新人教版选修3-4.ppt

一、光的折射现象的规律,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，因为光传播的速度发生了变化.,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.,(1)应用折射定律和反射定律解题的关键是确定入射角和折射角.画出正确的光路图是解题的必要前提.,(2)入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定，注意法线与界面的区别.,【典例1】(2011东城区高二检测)如图,所示，P、Q是两种透明材料制成的两块,直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长,方体.某单色光沿与P的上表面成角的方,向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面.已知材料的折射率n,P,n,Q,，则下列说法正确的是(),A一定没有光线从Q的下表面射出,B从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行,C如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于,D如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于,【解题指导】,解答本题时可按以下思路分析：,【标准解答】,选D.作出光路图，如图所示.由题意可知，光线,垂直射入Q，根据折射定律，则有:,因为n,P,n,Q,，=，所以i，所以D对.,【变式训练】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(),AbO不可能是入射光线,BaO可能是入射光线,CcO可能是入射光线,DOb可能是反射光线,【解析】,选A、B、D.由于入射角等于反射角，入射光线、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.,二、对折射率的理解,1关于正弦值：当光由真空射入某种介质时，入射角、折射,角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个,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，说明常数反映了该介,质的光学特性.,3折射率与光速的关系：介质的折射率n跟光在其中的传播,速度v有关，即n=，由于光在真空中的传播速度c大于光在,任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1.,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.,(1)折射率的定义式n=中的,1,为真空中的,光线与法线的夹角，不一定是入射角，,2,也不一定是折射,角，产生这种现象的原因是光线的可逆性.,(2)介质的折射率由介质的性质和光的频率共同决定，与入射,角和折射角无关.,【典例2】（2011新课标全国卷）一,半圆柱形透明物体横截面如图所示，,底面AOB镀银（图中粗线），O表示半,圆截面的圆心，一束光线在横截面内,从M点的入射角为30，MOA=60，NOB=30.求：,(1)光线在M点的折射角；,(2)透明物体的折射率.,【解题提示】,解答本题时可先作出光路图，根据几何关系确定在M点的折射光线和N点的入射光线，从而确定入射角和折射角.,【标准解答】,(1)如图，透明物体内部,的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面,EF对称，Q、P、N三点共线.,设在M点处，光的入射角为i，折射角为,r，OMQ=，PNF=，根据题意有,=30 ,由几何关系得，PNO=PQO=r，于是,+r=60 ,+r=,由式得r=15,(2)根据折射率公式有,答案：,(1)15 (2),【规律方法】,光在界面发生折射时,(1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系,作出比较完整的光路图.,(2)充分利用光路图中的几何关系,确定各角之间的联系.根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率等.,【变式训练】如图所示，两束单色光a、b分别照射到玻璃三棱镜AC面上，穿过三棱镜后互相平行，则(),Aa光的折射率大,Bb光的折射率大,Ca光在三棱镜中的速度大,Db光在三棱镜中的速度大,【解析】,选B、C.根据题意可知b光通过三棱镜后，传播方向,偏离原来方向大，所以b光折射率大，故A错，B对；根据,v=，折射率大的，在介质中的速度小，故C对，D错.,三、视深的判断与计算,1视深是人眼看透明物质内部某物体时像点离界面的距离.,一般都是沿着界面的法线方向去观察，在计算时，由于入射,角很小，折射角也很小，故有,2当沿竖直方向看水中的物体时，“视深”是实际深度的,，n是水的折射率.,(1)一般都是沿着界面的法线方向去观察，作图时要画开一定的角度，方便看图.,(2)构建几何图形，寻找边角关系.,(3)利用折射定律把折射角、入射角与几何图形的各边联系起来.,【典例3】(2011烟台高二检测)一小孩站在宽6 m的河边，,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树，树的正下方,河底有一块石头，小孩向河面看去，同时看到树顶和石头两,者的像且重合.若小孩的眼睛离河面高为1.5 m，如图所示，,河水的折射率为 ，试估算河水深度.,【解题指导】,【标准解答】,光路如图所示，得n=由几何关系得,1.5tan+3tan=6,解得tan=，sin=,P点至树所在,岸边的距离为3tan=4 m,sin=由以上几式解得,h=5.3 m.,答案：,5.3 m,【变式训练】如图所示是北京奥运会期间安置在游泳池底部,的照相机拍摄的一张照片，照相机的镜头竖直向上.照片中，,水立方运动馆的景象呈现在半径r=11 cm的圆形范围内，水面,上的运动员手到脚的长度,l,=10 cm，若已知水的折射率为,n=，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h.(结果,保留两位有效数字),【解析】,设照片圆形区域的实际半径为R,运动员的实际长度,为L.折射定律nsin=sin90.几何关系：,取L=2.2 m,解得h=2.1 m(1.6,2.6 m都算对).,答案：,2.1 m,【变式备选】(2011西城区高二检测)某位同学用下面的方法测量某种液体的折射率.如图所示，他在一个烧杯中装满了某种透明液体，紧贴着杯口竖直插入一根直尺AB，眼睛从容器边缘的P处斜向下看去，观察到A经液面反射所成的虚像A恰好与B经液体折射形成的虚像重合.他读出直尺露出液面的长度AC、没入液体中的长度BC，量出烧杯的直径d.由此求出这种透明液体的折射率为(),【解析】,选D.作光路图如图所示.,【典例】(2010福建高考)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行.正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示.,(1)此玻璃的折射率计算式为n=_(用图中的,1,、,2,表示)；,(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减少误差，应选用宽度_(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量.,【解题指导】,注意角,1,、,2,与入射角、折射角的关系.,【标准解答】,由实验的注意事项,可知应选用宽度大的玻璃砖来测量，减小实验误差.,答案：,(1)(2)大,一、选择题,1假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比(),A将提前,B将延后,C不变,D在某些地区将提前，在某些地区将延后,【解析】,选B.如果不存在大气层，只有当太阳上升到观察者的“地平线”时才能被观察到.,2(2011福州高二检测)某研究性学习小组在探究光的折射过程中，研究折射角与入射角之间的关系，当光由空气斜射入玻璃中时，测得实验数据如下表：,由此实验数据可以初步得到的结论是(),A在误差允许范围内，入射角与折射角之比总是定值,B在误差允许范围内，入射角正弦与折射角正弦之比总是定值,C在误差允许范围内，入射角与折射角之差总是定值,D在误差允许范围内，入射角正弦与折射角正弦之差总是定值,【解析】,选B.由表中数据可得在误差允许范围内，入射角正弦与折射角正弦之比总是定值.故B对.,3.(2011宁波高二检测)现在高速公路上的标志牌都用“回,归反光膜”制成.夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返,回，标志牌上的字特别醒目.这种“回归反光膜”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 m的细,玻璃珠，所用玻璃的折射率为 为使入射的车灯光线经玻,璃珠折射反射折射后恰好和入射光线平行，如图所,示，那么第一次入射的入射角应是(),A.15 B.30 C.45 D.60,【解析】,选D.作光路图如图所示，设入射角为，折射角为,，则=2，,所以，=60.故选项D正确.,4关于光的折射现象，下列说法中正确的是(),A光的传播方向发生改变的现象,B人在岸上观察水中的鱼比实际位置浅,C若光从空气射入某种液体中，它的速率一定减小,D观察者看见太阳刚从地平线升起时，其实太阳位于地平线以下,【解析】,选B、C、D.根据折射概念和规律可知A错，B、C、D对.,5(2011临沂高二检测)如果光以同一入射角从真空射入不,同介质，则折射率越大的介质(),A折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越大,B折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越小,C折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越大,D折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越小,【解析】,选C.根据折射率 在入射角相同的情况下，,折射率越大的介质，其折射角越小，该介质对光的偏折作用,越大.,6.(2011安徽高考)实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的,折射率n随着波长的变化符合科西经验公式：,其中A、B、C是正的常量.太阳光进入三棱镜后发生色散的情形,如图所示.则（）,A.屏上c处是紫光,B.屏上d处是红光,C.屏上b处是紫光,D.屏上a处是红光,【解析】,选D太阳光中红光波长最长，紫光波长最短，则紫光折射率最大,红光折射率最小,所以紫光偏折程度最大,对应屏上d处，红光偏折程度最小,对应屏上a处.,7有一块材料均匀、厚度一定的透明玻璃平板，一束单色光由空气中照射到玻璃板上，第一次沿垂直于板面方向入射，第二次沿与板面成某一倾角方向入射，则(),A第一次入射时光的方向未发生偏折，说明此时光在玻璃中的传播速度与在空气中相同,B一、二两次光在玻璃中传播时经历的时间相同,C一、二两次光在玻璃中传播的速度不同,D一、二两次光在玻璃中传播的速度相同,【解析】,选D.光在同种介质中传播速度相同，故A、C错,D对；两次光在玻璃中通过的路程不同，则时间不同，故B错.,二、非选择题,8（2011天津高考）某同学用大头针、,三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的,折射率.开始玻璃砖的位置如图中实线所,示，使大头针P,1,、P,2,与圆心O在同一直线上，,该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻,璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P,1,、P,2,的像，且P,2,的像挡住P,1,的像.如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失.此时只须测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率.请用你的测量量表示出折射率,n=_.,【解析】,若半圆形玻璃砖转过角时在半圆形玻璃砖直径一侧恰好看不到P,1,、P,2,的像，那么此时恰好发生了全反射.则过P,1,、P,2,的光线在玻璃砖内的入射角为，在空气中折射角为90，根据折射定律得n=只要测出，就可求出玻璃砖的折射率.,答案：,玻璃砖直径边绕O点转过的角度,9.（2011江苏高考）一束光从空气射向折射率为 的某种,介质，若反射光线与折射光线垂直，则入射角为_.真空,中的光速为c，则光在该介质中的传播速度为_.,【解析】,设入射角为i,折射角为90-i,根据n=,可以得到i=60,再根据n=,可得,答案：,60,10空中有一只小鸟,距水面3 m,其正下方距水面4 m 深处的水中有一条鱼.已知水的折射率为4/3,则鸟看水中的鱼离它_m,鱼看天上的鸟离它_m.,【解析】,首先作出鸟看鱼的光路图,如图所示.由于是在竖直方向上看,所以入射角很小,即图中的i和r均很小,故有tanisini,tanrsinr.由图可得:h,1,tanr=htani.,h=h,1,tanr/tani=h,1,sinr/sini=则鸟看水中,的鱼离它:H,1,=3 m+3 m=6 m.,同理可得鱼看鸟时,h=nh,2,=3 m=4 m,则H,2,=4 m+4 m=8 m.,答案：,6 8,【方法技巧】,有关视深问题的探究,如图所示,一物点S位于折射率为n的介质中H深处,由于一般人,的瞳孔线度为2,3 mm,因此i和r角都很小,则sinitani=,sinrtanr=,由折射定律知,如果从折射率为n的介质中观察正上方距液面高为H的物体，同理可得h=nH(h为视高).,利用视深、视高公式,不仅可以简捷地测定介质折射率,而且还可以方便地分析和解决与视深、视高有关的问题.,Thank you!,