光的反射和折射.

光的反射和折射习题课•1．光射到两种介质的界面上时，一部分返回原来介质的现象叫，另一部分进入另一介质，这种现象叫．•2．光的反射和折射遵循的规律分别叫．在反射和折射现象中，是可逆的．•3．光从射入某种介质发生折射时，入射角θ1的与折射角θ2的之比，叫该介质的绝对折射率，简称折射率．用表示．即：n＝.光的反射光的折射光的反射定律、光的折射定律光路真空中正弦正弦n三、折射率1．定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦跟折射角θ2的正弦之比，叫做这种介质的折射率，即n＝sinθ1sinθ2.2．与光速的关系介质的折射率等于光在真空中的传播速度与在该介质中的传播速度之比，即n＝cv.(1)由n＝cv可知，任何介质的折射率都大于1.(2)由n＝sinθ1sinθ2和n＝cv知，当光由真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角．二、对折射定律的理解1．折射定律中角度的应用：保证介质的折射率n＞1(1)θ1指光在真空(或空气)中与法线的夹角．当光由真空(或空气中)射入介质中时，θ1指入射角；当光由介质射入真空(或空气中时)，θ1指折射角．(2)θ2指光在介质中与法线间的夹角，可能是入射角，也可能是折射角．2．折射现象中的光线偏折方向(1)如果光线从折射率小的介质射向折射率大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角．反之，如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线远离法线，入射角小于折射角．(2)由n＝sinθ1sinθ2可以看出θ1、θ2不存在正比例关系，但当θ1(或θ2)增大(减小)时，另一个角也必然会增大(减小)．三、对折射率的正确理解1．物理意义：折射率是描述介质对光线偏折能力大小的物理量，n越大，对光线的偏折程度就越大．每种介质，入射角的正弦跟折射角的正弦之比是个常数，但不同的介质具有不同的常数，说明常数反映着介质的光学特性．2．影响折射率的因素折射率n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频率(以后将会学到)共同决定，与入射角、折射角的大小无关，不能认为折射率n与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比．同一种介质的折射率不随入射角、折射角的改变而发生变化．•特别提醒：•①折射率与光速的关系：某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中传播速度v之比，即n＝•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及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关．•不同介质折射率不同，而它们的密度也往往不同，那么介质的折射率与其密度有什么关系？是不是介质的密度越大，其折射率就越大？•解析：介质的折射率与介质的密度没有必然的联系，密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小.•(1)常规思路•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、折射角均是与法线的夹角．•③利用折射定律、折射率公式列式求解．•(2)玻璃砖对光的折射问题•常见的玻璃砖有半圆形玻璃砖和长方形玻璃砖．对于半圆形玻璃砖若光线从半圆面射入，且其方向指向圆心，则其光路图如图甲所示，光线只发生一次偏折．对于两个折射面相互平行的长方形玻璃砖，其折射光路如图乙所示，光线经过两次折射后，出射光线与入射光线的方向平行，但发生了侧移．•特别提醒：•画光路图时应注意的问题•(1)光路是可逆的．•(2)垂直界面入射的光线，折射光线与入射光线在同一直线上．•(3)过半圆形玻璃砖圆心的光线在圆弧处不偏折．•如图所示，一条光线由空气射到半圆玻璃砖表面的圆心处，玻璃砖的半圆表面上(反射面)镀有银，则图示几个光路图中，能正确、完整地表示光线行进过程的是•()•如图所示，M、N为两个平面镜，S点为一发光点，P和S点均在纸面内．由S点发出的一条光线先经平面镜M反射再射向平面镜N，经平面镜N反射后通过P点．试画出这条光线的光路．•解析：根据像和物关于平面镜对称的规律，先找出S点在平面镜M中的虚像S1点，如图所示，虚像S1对于平面镜N而言相当于发光点，再找出S1在平面镜N中的虚像S2，连接S2P，交平面镜N于D2点，连接D2S1交平面镜M于D1，连接SD1，则光线SD1、D1D2、D2P即为所要作的光线．•如图所示，S为点光源，MN为平面镜．(1)用作图法画出通过P点的反射光线所对应的入射光线；(2)确定其成像的观察范围．•解析：这是一道关于平面镜成像问题的考题，主要考查对平面镜成像规律的认识，平面镜成像的特点是：等大正立的虚像．方法是先确定像点的位置，然后再画符合要求的光线以及与之对应的入射光线．•光在某种介质中的传播速度是1.73×108m/s，要使光由这种介质射入空气时折射光线与反射光线成90°夹角，求入射角．(2010·辽师大附中高二检测)一半径为R的1/4球体放置在水平面上，球体由折射率为3的透明材料制成．现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示．已知入射光线与桌面的距离为3R/2.求出射角θ.答案：60°•井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)两井底部各有一只青蛙，则()•A．水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星•B．枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星•C．水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星•D．两只青蛙觉得井口一样大，睛天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折类型3通过平行玻璃砖的光线当光线从玻璃砖上表面入射,从下表面射出时,其特点是:d⑴光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移。⑵可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。1221怎么进，怎么出（光路可逆）oo/08年高考全国II理综【训练7】一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离。在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是()A.红光以300的入射角入射B.红光以450的入射角入射C.紫光以300的入射角入射D.紫光以450的入射角入射Dd221oo/1①侧向位移)sin(21oo④（得侧向位移)sincos1sin12211nd②2cosdoo③21sinsinn对比法、控制变量法、极限法•4．如图所示，宽度为a的平行光束从空气中斜射到一平板玻璃的上表面，入射角为450，该光束的光由两种不同的单色光①和②组成，玻璃对两种单色光①和②的折射率分别为n1=1.5,n2=•(1)求两种光射入玻璃时的折射角、.•(2)为使光从玻璃下表面出射时，两种光各自的光束不重叠，玻璃板的厚度d至少应为多少？（结果可用根式表示）•解：(1)．•(2).31266arcsin,32arcsin11ad3710107min类型4视深、视高问题【例1】某水池实际深度是h，垂直于水面往下看视深度为多少？（水的折射率为n）解：④21sinsinnss/hn实深视深a1212①视深1tana②实深2tana③很小：tansin①视深实深实深视深2222222221sinsinaaaaaan②很小：0an实高视高从哪侧看向哪侧偏【训练1】发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图．现考虑线光源ab发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则（）A．l1＜l2＜l0B．l1＞l2＞l0C．l2＞l1＞l0D．l2＜l1＜l0Dn实深视深例2空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼．已知水的折射率为43，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19－2－5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γ均很小，故有tani＝sini，tanγ＝sinγ.由图可得：h1tanγ＝h′tani，h′＝h1tanγtani＝h1sinγsini＝h1n＝4×34m＝3m.则鸟看水中的鱼离它：H1＝(3＋3)m＝6m.图19－2－5同理可得鱼看鸟时：h″＝nh2＝3×43m＝4m.则H2＝(4＋4)m＝8m.【答案】68【点评】(1)观察者在水面外看水内物体的像比物体实际深度要浅．观察者在水内看水面上的物体时，物体的像比实际高度要高．(2)在水面上方观察水的视深h′＝hn，是一个近似结论．这时S的虚像点S′在S点的正上方．若眼在侧面(不为正上面，如右侧)观察，则S′不在S正上方(偏右)，眼越靠近水面，像侧移(右偏)越大．但在高中阶段都是利用近似计算来进行求解．（4）光的色散规律：红光通过棱镜后偏折的程度比其他颜色的光的要小，而紫光的偏折程度比其他颜色的光要大。说明透明物质对于频率不同的光的折射率是不同的。频率越大，折射率越大。5.全反射三棱镜的原理及作用1.原理:全反射棱镜利用光线进入棱镜后在由玻璃射向空气的界面上发生全反射,达到改变光路的目的。2.作用:改变光的行进方向.应用于望远镜、警示灯等。3.三种典型光路:全反射棱镜是一种特殊的棱镜，横截面是等腰直角三角形，应用范围很广泛．使用时可以有以下几种典型的方式：如图中(A)(B)(C)所示变式训练2(2011年河南省高三第一次质量预测)如图19－2－6所示，眼睛在a处看到鱼在水中的b处，若从a处射出一束激光欲照射到鱼身上，则激光应对着哪一位置射出()A．b的下方B．b的上方C．b处D．无法确定图19－2－6解析：选C.人眼看到的是鱼的虚像，鱼发出的光线经水面折射后进入人眼，由光路可逆知当激光从a向b发射时，经水面折射后将刚好照射到鱼身上．一个圆柱形筒，直径为12cm，高16cm，人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9cm.当筒中盛满液体时，则人眼又恰能看到筒侧的最低点，求：(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度．利用折射定律测量介质的折射率例3【自主解答】先画出一个圆柱形筒，筒高为H＝16cm，直径d＝12cm.人眼在A处，筒侧底部“最低点”为B，筒内无液体时，人眼能见深度h＝9cm.筒内盛满液体时，人眼能看到B点，根据光的折射画出光路如图19－2－7所示．图19－2－7(1)sinθ1＝dd2＋h2，sinθ2＝dd2＋H2，此液体的折射率n＝sinθ1sinθ2＝d2＋H2d2＋h2＝43.(2)光在此液体中的传播速度v＝cn＝2.25×108m/s题型一折射定律及其应用【例1】将直角坐标和等腰直角棱镜ABO如下图所示放置，腰长为16cm.为了测棱镜这种物质的折射率，从OB边D点注视A棱，发现A棱的视位置在C点，在D、C两点插上大头针，取走棱镜，若D、C两点的位置坐标分别为(0,12)和(9,0)，由此可求棱镜的折射率为多少？变式训练3(2011年高考新课标全国卷)一半圆柱形透明物体横截面如图19－2－8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点入射，经过AB面反射后从N点射出．已知光线在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．图19－2－8解析：(1)如图所示，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和N三点共线．设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，∠OMQ＝α，∠PNF＝β.根据题意有α＝30°①由几何关系得，∠PNO＝∠PQO＝r，于是β＋r＝60°②且α＋r＝β③由①②③式得r