高中物理 第十三章 光 1 光的反射和折射学案 新人教版选修3-4(2021年最新整理)

高中物理第十三章光1 光的反射和折射学案新人教版选修3-4
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1 光的折射
课堂探究
一、对光的折射现象的理解
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，但并非一定要变化，当光垂直界面入射时,光的传播方向就不变化。

2．光的速度:光从一种介质进入另一种介质时，速度一定变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射现象，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发生折射时，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关系而定。

4．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入射光的频率决定,与入射角、折射角的大小无关。

解决光的折射问题时，应根据光在两种介质的界面上发生折射的规律，作出光路图，利用折射定律以及平面几何知识来处理光折射现象中的问题。

二、“相对折射率”与“绝对折射率”
光从介质1射入介质2时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比叫做介质2对介质1的相对折射率，通常用n12表示。

若介质1是真空，则介质2相对真空的折射率叫做该介质的绝对折射率,通常用n表示。

设介质1的绝对折射率为n1，介质2的绝对折射率为n2则n12＝错误!＝错误!＝错误!＝错误!＝错误!，所以n1v1＝n2v2，或n1sin θ1＝n2sin θ2，由此可知光线偏折的方向。

如果光线从折射率（n1)小的介质射向折射率（n2)大的介质,折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小）；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线,入射角小于折射角，并且随着入射角的增大（减小)折射角也会增大(减小）。

类型一反射定律和折射定律
【例1】光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。

（真空中的光速c＝3.0×108 m/s）
（1)画出折射光路图。

（2）求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度.
（3)当入射角变为45°时，折射角等于多大？
（4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？
解析：本题综合考查了有关光的反射和折射的问题。

先画出玻璃与空气的界面，再过入射点作出界面的垂线即为法线，然后根据光的反射定律和折射定律作出入射光线、反射光线和折射光线。

求出折射角θ2后，根据n＝错误!求出n,当入射角变化时,错误!这一比值保持不变，
即玻璃的折射率并不改变，据n＝c
v
求出v。

(1）由题意知入射角θ1＝60°，反射角θ′＝60°，折射角θ2＝180°－60°－90°＝30°，光路如图所示.
（2)n＝错误!＝错误!＝错误!
据n＝错误!，得
v＝错误!＝错误! m/s＝1。

7×108 m/s
(3）据n＝错误!，得sin θ2＝错误!，
将sin θ1＝sin 45°＝错误!及n＝错误!代入上式,可求得:
sin θ2＝错误!，所以θ2＝arcsin错误!。

(4）折射率不会变化,折射率由介质和入射光线的频率决定，跟入射角的大小无关。

答案：（1）见解析（2) 3 1.7×108 m/s
(3）arcsin错误!（4）不变
题后反思：本题考查反射定律、折射定律、折射率及光路图的作法，折射率是反映介质的光学特性的物理量,它是由介质的性质和入射光的频率决定的。

同一介质对确定的单色光而言，对应的折射率一定,不同介质对同一单色光(频率一定)的折射率一般是不相同的。

折射率是用
比值定义的物理量n＝sin θ1
sin θ2
(其中“θ1”表示光在空气中的入射角），在sin θ1一定的条件
下，折射率较大的介质中，光线的折射角的正弦值sin θ2较小。

可见,光的折射率是表示在折射现象中折射光线相对于入射光线偏折程度的物理量。

类型二平行玻璃砖对光线的控制作用——侧移
【例2】证明在利用平行玻璃砖测折射率的实验中，入射光线平行于出射光线.
证明:光路图如图所示，
在入射点O利用折射定律：n＝错误!①
在出射点O′利用折射定律：n＝错误!②
因为是平行玻璃砖，θ2＝θ3③
整理上述三式可得：θ1＝θ4,延长AO到C,可得出结论：AO∥O′B，入射光线与出射光线平行。

题后反思：平行玻璃砖的特点就是对光线的侧移。

触类旁通：若要想求出光线的侧移距离，还需要知道哪些物理量?
类型三插针法测量玻璃的折射率
【例3】用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2挡住.接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓，如图所示.
(1）在本题的图上画出相应光路图。

(2）为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是________，在图上标出它们。

(3）计算折射率的公式是n＝________。

解析：(1)如图所示，画出通过P1、P2的入射光线交AC面于O,画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O′，则光线OO′就为入射光线P1、P2在三棱镜中的折射光线。

（2）在所画的图上,标明入射角θ1和折射角θ2，并画出其法线.用量角器测量出θ1和θ2或用刻度尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度.
（3）n＝错误!
或:因为sin θ1＝错误!,sin θ2＝错误!
则n＝错误!÷错误!＝错误!·错误!。

答案：（1)见解析
(2)入射角θ1和折射角θ2（或EF和OE、GH和OG）见解析
（3)n＝错误!(或n＝错误!·错误!)
题后反思:本题是测玻璃折射率实验的变形实验,原理未变，两种数据处理方法都可行,只是选用测量仪器不同而已。

答案：触类旁通
提示：侧移距离即为入射光线与出射光线间的距离d。

需要知道玻璃砖的厚度，θ1、θ2的大小.。