【志鸿优化设计-赢在课堂】(人教版)2014-2015高中物理选修3-4同步课件：13.1_光的反射

第十三章光1光的反射和折射课前预习导学目标导航学习目标重点难点1.能用反射定律和折射定律解释和计算有关问题。2.能理解折射率的物理意义,能记住折射率与光速的关系。3.会根据光的反射定律和折射定律作光路图。重点:折射定律、折射率。难点:对折射率概念的理解。预习导引一、光的反射及反射定律1.光的直线传播:光在同种均匀介质中沿直线传播。2.光的反射:光从第1种介质射到与第2种介质的分界面时,一部分光会返回到第1种介质的现象。3.反射定律:反射光线与入射光线、法线处在同一平面内;反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角。预习交流1日常生活中我们利用光的反射原理服务于我们的生活,试举几例。答案:每天我们照镜子,汽车后视镜,公路急转弯处安装很大的凸面镜等都是利用光的反射为我们服务。二、光的折射及折射定律1.光的折射及折射定律光的折射光从第1种介质斜射到与第2种介质的分界面时,一部分光进入第2种介质的现象入射角、折射角入射角:入射光线与法线的夹角折射角:折射光线与法线的夹角折射定律折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比,即sinθ1sin𝜃2=n122.光路可逆性在光的反射和折射现象中,光路都是可逆的。预习交流2有经验的渔民叉鱼时,不是正对着看到的鱼去叉,而是对着所看到鱼的下方叉,如图所示。你知道这是为什么吗?答案:从鱼身上反射的光线由水中进入空气时,在水面上发生折射,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼会逆着折射光线的方向看去,就会觉得鱼变浅了,眼睛看到的是鱼的虚像,在鱼的上方,所以叉鱼时要瞄准像的下方,如图所示。三、折射率1.物理意义:反映介质的光学性质的物理量。2.定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率:n=𝑠𝑖𝑛θ1𝑠𝑖𝑛θ2。3.研究表明,光在不同介质中的速度不同,某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比,即n=cv。课堂合作探究问题导学一、反射及反射定律活动与探究1如果要拍摄自己在镜中的照片,应怎样操作?答案:因为光反射时光路是可逆的,所以自己如能从镜中看到照相机镜头,即可拍出自己在镜中的照片。迁移与应用1如图所示,国家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上点缀了无数白色亮点,他们被称为镀点,北京奥运会举行时正值盛夏,镀点能改变光线方向,将光线挡在场馆外,镀点对外界阳光的主要作用是()A.反射太阳光线,遵循光的反射定律B.反射太阳光线,不遵循光的反射定律C.折射太阳光线,遵循光的折射定律D.折射太阳光线,不遵循光的折射定律答案:A解析:“挡在场馆外”一定是反射,只要是反射就一定遵循光的反射定律。1.光的反射遵循反射定律。2.在光的反射现象中光路是可逆的。二、折射定律活动与探究2在光的折射现象中,什么发生了变化?答案:光的折射是光从一种介质射入另一种介质中时传播方向发生偏折的现象,因而光的传播方向发生了改变。光在折射中遵循折射定律。由于入射光和折射光在两种不同的介质中传播,因此光速会发生变化,光的频率由波源决定,即频率不变,由公式λ=vf,可知波长发生变化。迁移与应用2假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到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.在某些地区将提前,在另一些地区将延后D.不变答案:B解析:假如地球周围没有大气层,太阳光将沿直线传播,如图所示,在地球上B点的人将在太阳到达A'点时看到日出;而地球表面有大气层时,由于空气的折射率大于1,并且离地球表面越近,大气的密度越大,折射率越大,太阳光将沿如图所示AB曲线进入在B处的人眼中,使在B处的人看到了日出,但在B处的人认为光是沿直线传播的,则认为太阳位于地平线上的A'点,而此时太阳还在地平线以下,相当于日出时刻提前了,所以无大气层时日出的时间将延后。利用光路图解决光的折射问题的方法1.根据题意画出正确的光路图。首先要找到入射的界面,同时准确地作出法线,再根据折射定律和入射光线画出折射光线,找到入射角和折射角,要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。2.利用几何关系确定光路图中的边、角关系,与折射定律n=𝑠𝑖𝑛θ1𝑠𝑖𝑛θ2中的各量准确对应。3.利用折射定律n=𝑠𝑖𝑛θ1𝑠𝑖𝑛θ2、折射率与光速的关系n=cv列方程,结合数学三角函数的关系进行运算。三、折射率和折射率的测定活动与探究31.决定介质折射率的因素是什么?答案: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。2.任何介质的折射率都一定大于1吗?为什么呢?答案:一定,由n=cv知,任何介质中的光的传播速度不能大于真空中的光速,只能接近于真空中的光速,故任何介质的折射率都大于1。3.怎样测定介质的折射率?答案:确定光路,找出跟入射光线相应的折射光线,用量角器测入射角i和折射角r,根据折射定律计算出玻璃的折射率n=𝑠𝑖𝑛i𝑠𝑖𝑛r。4.用插针法测玻璃折射率时应注意什么问题?答案:(1)实验时入射角应大一些,否则折射角太小,作图和测量时将产生较大的误差,当然入射角也不可太大。(2)选用宽度较大的玻璃砖。(3)测玻璃的折射率时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P2与O点之间、P3与O点之间、P3与P4之间距离要稍大一些。迁移与应用3一块玻璃砖有两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面)。现要测定此玻璃的折射率。给定的器材还有:白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器。实验时,先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸上画出直线aa'和bb',aa'表示镀银的玻璃表面,bb'表示另一表面,如图所示。然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)。用P1、P2的连线表示入射光线。(1)为了测量折射率,应如何正确使用大头针P3、P4?试在题图中标出P3、P4的位置。(2)然后,移去玻璃砖与大头针。试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2。简要写出作图步骤。(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式。答案:见解析。解析:(1)在bb'一侧观察P1、P2(经过bb'折射aa'反射,再经bb'折射后)的像,在适当的位置插上P3,使得P3与P1、P2的像在一条直线上,即让P3挡住P1、P2的像;再插上P4,让它挡住P2(或P1)的像和P3。P3、P4的位置如图。(2)①过P1、P2作直线与bb'交于O;②过P3、P4作直线与bb'交于O';③利用刻度尺找到OO'的中点M;④过O点作bb'的垂线CD,过M点作bb'的垂线与aa'相交于N,如图所示,连接ON;⑤∠P1OD=θ1,∠CON=θ2.(3)n=𝑠𝑖𝑛𝜃1𝑠𝑖𝑛𝜃21.折射率的定义式:n=𝑠𝑖𝑛θ1𝑠𝑖𝑛θ2中的θ1为真空中的光线与法线的夹角,不一定为入射角;而θ2为介质中的光线与法线的夹角,也不一定为折射角,产生这种现象的原因是由于光路的可逆性。2.解决光路问题,关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注意以下几点:(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系,注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。3.测定折射率的方法很多,但基本原理都是设法确定入射光线及对应的折射光线,测量入射角i、折射角r(或其正弦函数),利用n=𝑠𝑖𝑛i𝑠𝑖𝑛r计算折射率。当堂检测1.一束单色光经由空气射入玻璃,这束光的()A.速度变慢,波长变短B.速度不变,波长变短C.频率增高,波长变长D.频率不变,波长变长答案:A解析:根据光的折射特点,在折射过程中频率不变,由公式v=cn,玻璃的折射率比空气的大。所以由空气进入玻璃时,速度变慢,由λ=vf可知光的波长变短,所以选项A正确。2.如图中虚线表示两种介质的界面及其法线,实线表示一条光线斜射向界面后发生反射与折射的光线,以下说法正确的是()A.bO不是入射光线B.aO是入射光线C.cO是入射光线D.Ob是反射光线答案:ABD解析:由题图可知只有aO和bO关于MN对称,所以Ob是反射光线,A正确;aO是入射光线,B正确;Oc是折射光线,C错误,D正确。3.关于光的折射,正确的说法是()A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内B.入射光线和法线与折射光线不一定在一个平面内C.入射角总大于折射角D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角答案:AD解析:由光的折射定律知,折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内,A正确,B错误。入射角不一定大于折射角,C错误。光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角,D正确。4.两个同学测玻璃的折射率时各设计一个表格记录数据,而且都已完成了计算,你认为谁的是正确的?甲设计的表格是:次数θ1sinθ1θ2sinθ2N𝑛1300.50020.90.3221.5521.542450.70730.50.4611.5332600.86638.00.5621.5413乙设计的表格是:次数123角平均值正弦值nθ1304560450.7071.568θ220.930.538.029.80.451答案:甲正确解析:由n=𝑠𝑖𝑛θ1𝑠𝑖𝑛θ2可知,n的测量值应为每次测量的入射角的正弦与折射角的正弦比值的平均值,而不是每次测量的入射角的平均值的正弦与折射角的平均值的正弦之比,故甲正确。5.空中有一只小鸟,距水面3m,其下方距水面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。答案:68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θ1和θ2均很小,故有tanθ1=sinθ1,tanθ2=sinθ2。由图可得:h1tanθ2=h'tanθ1h'=h1𝑡𝑎𝑛θ2𝑡𝑎𝑛θ1=h1𝑠𝑖𝑛θ2𝑠𝑖𝑛θ1=h1n=4×34m=3m则鸟看水中的鱼离它:H1=(3+3)m=6m同理可得鱼看鸟时:h″=nh2=3×43m=4m则H2=(4+4)m=8m。