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系．3．學會用光的折射率處理有關問題.學生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射向兩種介質的分界面時，一部分光線進入另一種介質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)內容：折射光線、入射光線和法線在同一平面內，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側；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、折射角與光速的關系1．光密介質和光疏介質(1)光密介質：光在其中的傳播速度慢的介質．(2)光疏介質：光在其中的傳播速度快的介質．2．折射角與光速的關系入射光線所在介質中的傳播速度v1、折射光線所在介質中的傳播速度v2與折射角γ的關系是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．折射率與光速的關系n＝eq\f(c,v).學生P43一、對光的折射現(xiàn)象的理解1．光的方向光從一種介質進入另一種介質時，傳播方向一般要發(fā)生變化，但并非一定要變化，當光垂直界面入射時，光的傳播方向就不變化．2．光的速度光從一種介質進入另一種介質時，速度一定變化，當光垂直界面入射時，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系光從一種介質進入另一種介質發(fā)生折射時，折射角與入射角的大小關系不要一概而論，要視兩種介質的折射率大小關系而定．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．關于正弦值當光由真空中射入某種介質中，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)，但不同介質具有不同的常數(shù)，說明常數(shù)反映著該介質的光學特性．3．光傳播速度介質的折射率n跟光在其中的傳播速率v有關，即n＝eq\f(c,v)，由于光在真空中的傳播速率c大于光在任何介質中的傳播速率v，所以任何介質的折射率n都大于1，因此，光從真空斜射入任何介質時，入射角均大于折射角；而光由介質斜射入真空時，入射角均小于折射角．4．決定因素介質的折射率是反映介質的光學性質的物理量，它的大小只能由介質本身及光的性質共同決定，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層疊合而成的；光由折射率較小的介質斜射向折射率較大的介質時，光線將向法線偏折，以上兩點相結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中傳播的物理模型是順利解決此題的關鍵，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，則折射率越大的介質()A．折射角越大，表示這種介質對光線的偏折作用越大B．折射角越大，表示這種介質對光線的偏折作用越小C．折射角越小，表示這種介質對光線的偏折作用越大D．折射角越小，表示這種介質對光線的偏折作用越小【解析】由介質折射率定義式n＝eq\f(sini,sinγ)可知，當光以相同的入射角i射入不同介質時，折射率越大的介質中光的折射角越小，偏折越大，故C對．【答案】C二、介質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)當入射角變?yōu)?5°時，折射角等于多大；(4)當入射角增大或減小時，玻璃的折射率是否變化？說明理由．【導析】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，折射率由介質和入射光的頻率決定，而跟入射角的大小無關．【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，折射率是反映介質光學特性的物理量，它是由介質的性質和入射光的頻率決定的，同一介質對確定的單色光而言，對應的折射率一定，不同介質對同一單色光(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.人眼在筒側上方某處觀察，所見筒側的深度為9cm，當筒中裝滿液體時，則恰能看到筒側的最低點．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．若某一介質的折射率較大，那么()A．光由空氣射入該介質時折射角較大B．光由空氣射入該介質時折射角較小C．光在該介質中的速度較大D．光在該介質中的速度較小【解析】由n＝eq\f(sini,sinγ)可知，光由空氣射入介質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，介質的折射率越大，光在該介質中的速度越小，故C錯誤，D正確．【答案】D2．關于光的折射現(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減小，D項錯．【答案】C3．如圖4－1－1所示，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種介質，光線的傳播方向以及光線與介質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Ⅱ中的傳播速度最小B．介質Ⅲ的折射率最小C．光在介質Ⅰ中的傳播速度最大D．介質Ⅲ的折射率最大【解析】由相對折射率和絕對折射率的關系可知：n1sin45°＝n2sin40°，n1<n2，n2sin26°＝n3sin40°，n2>n3，而n1sin45°sin26°＝n3sin240°，所以n1>n3，即n2>n1>n3，B