最新人教版高中物理选修3-4第十三章《光的反射和折射》预习导航

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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编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（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）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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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。

人教版高中物理选修3-4课件第十三章第1节光的反射和折射

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。答案：A
高中物理课件
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第第十1 三节章
新知预习·巧设计
名师课堂·一点通
创新演练·大冲关
要点一要点二要点三
随堂检测归纳小结
课下作业综合提升
1．理解光的反射定律和折射定律，并能用来解释和计算有关问题。 2．理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系。 3．会依据光的反射定律和折射定律作出光路图。
[读教材·填要点] 1．反射及反射定律 (1)光的反射：光从一种介质射到它与另一种介质的时分，界一面部分光会返回到第一种介质的现象。 (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平内面，反射光线与入射光线分别位于法线的；反两射侧角入等射于角。
2．光的折射及折射定律
光从第一种介质射到它与第二种介质的分界面时，光的折射
sin θ2≈tan θ2＝ha
②
根据折射定律有n＝ssiinn
θ2 θ1
③
将①②两式代入③式得n＝Hh
解得池水实际深度为H＝nh＝43h。
[答案]
4 3h
(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。
4. 图 13－1－2 如图 13－1－3 所示，有玻璃

高中物理选修3-4第十三章----光-总结及练习资料讲解

高中物理选修3-4第十三章----光-总结及练习高中物理选修3-4第十三章知识点总结及练习第十三章光第一节光的反射和折射知识点1光的折射定律折射率1）光的折射定律①入射角、反射角、折射角都是各自光线与法线的夹角！②表达式：2211sin sin θθn n =③在光的折射现象中，光路也是可逆的2）折射率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，用符号n 表示sin sin n θθ=大小n 是反映介质光学性质的一个物理量，n 越大，表明光线偏折越厉害。

发生折射的原因是光在不同介质中，速度不同例题：光在某介质中的传播速度是2.122×108m/s ，当光线以30°入射角，由该介质射入空气时，折射角为多少？解：由介质的折射率与光速的关系得又根据介质折射率的定义式得r 为在空气中光线、法线间的夹角即为所求．i 为在介质中光线与法线间的夹角30°．由(1)、(2)两式解得：所以r=45°．白光通过三棱镜时，会分解出各种色光，在屏上形成红→紫的彩色光带（注意：不同介质中，光的频率不变。

）练习：1、如图所示，平面镜AB 水平放置，入射光线PO 与AB 夹角为30°，当AB 转过20°角至A′B′位置时，下列说法正确的是 ( )A ．入射角等于50°B ．入射光线与反射光线的夹角为80°c n v =C ．反射光线与平面镜的夹角为40°D ．反射光线与AB 的夹角为60°2、一束光从空气射入某种透明液体，入射角40°，在界面上光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线与折射光线的夹角是 ( )A ．小于40°B ．在40°与50°之间C ．大于140°D ．在100°与140°与间3、太阳光沿与水平面成30°角的方向射到平面镜上，为了使反射光线沿水平方向射出，则平面镜跟水平面所成的夹角可以是 ( )A ．15°B ．30°C ．60°D ．105°知识点：2、测定玻璃的折射率（实验、探究）1．实验的改进：找到入射光线和折射光线以后，可以入射点O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO 、OO′（或OO′的延长线）交于C 点和D 点，过C 、D 两点分别向NN′做垂线，交NN′于C′、D′点，则易得：n = CC′/DD′2．实验方法：插针法例题：光线从空气射向玻璃砖，当入射光线与玻璃砖表面成30°角时，折射光线与反射光线恰好垂直，则此玻璃砖的折射率为 ( ) A ．2 B ．3 C ．22 D ．33 练习：1、光线从空气射向折射率n ＝2的玻璃表面，入射角为θ1，求：当θ1＝45º时，折射角多大？2、光线从空气射向折射率n ＝2的玻璃表面，入射角为θ1，求：当θ1多大时，反射光线和折射光线刚好垂直？（1）300（2）arctan 23、为了测定水的折射率，某同学将一个高32cm ，底面直径24cm 的圆筒内注满水，如图所示，这时从P 点恰能看到筒底的A 点．把水倒掉后仍放在原处，这时再从P 点观察只能看到B 点，B 点和C 点的距离为18cm ．由以上数据计算得水的折射率为多少? 4/3第二节全反射知识点：光的全反射i 越大，γ越大，折射光线越来越弱，反射光越来越强。

人教版高中物理选修3-4第十三章知识点汇总

人教版高中物理选修3—4第十三章知识点总结第十三章光一、几何光学：1、光的直线传播：2、光的反射：3、光的折射：1）介质的折射率：（1）定义：光从真空射入某种介质时，入射角正弦与折射角正弦的比值称为这种介质的折射率21sin sin θθ=n （2）与光在介质中的速度的关系：CV n = 2）光的折射定律：①折射光线与入射光线在同一平面内②折射光线与入射光线分居界面法线的两侧③入射角正弦与折射角正弦的关系为光从真空进入介质：n =21sin sin θθ 光从介质进入真空：n 1sin sin 21=θθ 3）测定玻璃的折射率：4、全反射：（1）含义：光射到两种介质的界面上全部返回原介质而无折射的现象（2）发生全反射的条件： ①光从光密介质射向光疏介质②入射角大于等于临界角（1）光密介质与光疏介质：两种介质相比，折射率大的介质称为光密介质；折射率小的介质称为光疏介质（4）临界角： ①含义：折射角为90○时对应的入射角②计算公式：nC 1sin =（从介质射向真空）（5）光从光密介质射向光疏介质时的其他情况：入射角增大折射角增大，折射光的强度变小（6）全反射的应用→光导纤维：※：光导纤维的应用：医学上的内窥镜，光纤通信5、白光经过棱镜的色散（1）产生的原因：不同色光在同一介质中的传播速度不同（2）说明的问题：白光是一种复色光（3）不同色光折射率、光速、频率、波长的比较：二、光的波动性：1、光的干涉：1）双缝干涉：（1）P 点到两光源的路程差：d Lx =∆ （2）相邻亮条纹或相邻暗条纹间隔：λd L x =∆ （3）干涉图样： ①单色光干涉：等宽的明暗相间和条纹②白光干涉：条纹是彩色的2）薄膜干涉：（1）两反射光的路程差：d 2=∆（2）白光干涉：彩色图样（3）应用： ①增透膜：厚度为4/λ②检查平面：（4）光的干涉说明的问题：光是一种波2、光的衍射：1）明显衍射的条件：光的波长与孔、缝、障碍物的尺寸相差不多2）几种衍射：（1）光通过小孔的衍射（2）光通过狭缝的衍射（3）泊松亮斑（4）衍射光栅：狭缝数多→衍射条纹宽度变小，亮度增加（5）衍射说明的问题：光是一种波3、光的偏振：1）光的偏振现象：2）偏振光：在垂直光的传播方向上只有某个特定方向振动的光3）反射现象中的偏振：4）光的偏振说明的问题：光是一种横波三、激光的特性及应用：（1）相干性好：应用于传递信息（光纤通信）（2）平行度好：精确测距（激光雷达）、读光盘（3）亮度高：切割、焊接（医学上的“光刀”、“焊接”视网膜）、引起核聚变。

高中物理第十三章光 3 光的干涉预习导航新人教版选修3-4(2021年最新整理)

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光的干涉预习导航1．知道光的干涉现象和干涉条件，并能从光的干涉现象中了解光是一种波。

2．理解杨氏干涉实验中亮暗条纹产生的原因。

3．了解相干光源，掌握产生干涉的条件。

干涉是波特有的现象，光既然是波，也有波动，也应该能够产生干涉现象，为什么光的干涉实验直到1801年才做成功？提示：机械波的干涉实验很容易做成，但光的干涉实验直到1801年才由托马斯·杨做成功,这是因为光波的波长很短,要得到满足相干条件的两个独立的光源是非常困难的。

1．杨氏双峰干涉实验（1）史实:1801年,英国物理学家________成功地观察到了光的干涉现象。

(2)实验过程：让一束____的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两条狭缝相距很____.如果光是一种波，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的.两波源发出的光在挡板后面的空间互相____，发生干涉现象：来自两个光源的光在一些位置相互____，在另一些位置相互____。

（3)实验现象：在屏上得到________的条纹。

(4）实验结论：证明光是一种____.(5)现象解释：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的________时(即恰好等于波长的______时），两列光在这点相互加强，这里出现______；当两个光源与屏上某点的距离之差等于________时,两列光在这一点________，这里出现暗条纹。

高中物理3-4第十三章第一节光的折射课件新课标人教版选修3-4

i
空气
i
空气
玻璃
r
水 r′
三、应用
弯折的筷子
P P
渔夫看到的鱼在这儿！
从上向下看,
视深h

实际深度 H 折射率 n
三、应用
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存在大气层的情
况相比, A.将提前
(B )
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
三、应用
有大气，看到太阳更早没有大气，将迟一些看到太阳
r
COD 600 空气
BOD 300
r 600
玻璃
n
sin 600 sin 300
1.732
βi
五、练习
3.斜插入水中的筷子与竖直方向成 45°角，由空气中向下观察，看到筷子在水中的部分与竖直方向成的角度为θ，则( B)
A.θ＜45°
B.θ＞45°
C.θ=45
D .条件不足，无法判断
（2）折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。
二、折射率
4.几种介质的折射率：
介质折射率金刚石 2.42
二氧化碳 1.63
玻璃 1.5-1.8 水晶 1.55
介质岩盐酒精
水
空气
折射率
1.55 1.36 1.33
1.00028
真空本身的折射率 = 1
二、折射率
--- 5.物理意义反映介质对光的偏折能力的大小
观察现象
视深度(看到的深度) 小于实际深度
13.1 光的折射
一、光的反射和折射
1.光的反射：光从第1种介质射到它与第2种介
质的界面时，一部分光返回到第1种介质的现

高中物理第十三章光 1 光的反射和折射教案新人教版选修3-4-新人教版高中选修3-4物理教案

1 光的反射和折射1．光的反射(1)反射现象：光从第1种介质射到它与第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．(2)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． (3)在光的反射现象中，光路是可逆的． 2．光的折射(1)折射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质的现象．(2)折射定律(如图1所示)图1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sin θ1sin θ2＝n 12(式中n 12是比例常数)．(3)在光的折射现象中，光路是可逆的．二、折射率 1．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．即n ＝sin θ1sin θ2.2．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 与光在这种介质中的传播速度v 之比，即n ＝c v.3．理解由于c ＞v ，故任何介质的折射率n 都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1. 1．判断下列说法的正误．(1)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化．( × ) (2)入射角增大为原来的2倍，折射角和反射角也都增大为原来的2倍．( × ) (3)介质的折射率越大，光在这种介质中传播速度越快．( × )(4)由折射率的定义式n ＝sin θ1sin θ2得出，介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比．( × )2.一束光从真空进入某介质，方向如图2所示，则该介质的折射率为________，若光在真空中的传播速度为c ，则光在该介质中的传播速度为________．图2答案222c 一、反射定律和折射定律在岸上往平静的水面观察，我们既可以看见水中的鱼，又可以看见岸上树的倒影． (1)这两种现象产生的原因相同吗？(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，这是为什么？答案 (1)不相同．看见水中的鱼是光的折射现象，看见岸上树的倒影是光的反射现象． (2)从鱼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，所以叉鱼时要对着所看到的鱼的下方叉．1．光的传播方向：当光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方向不变；斜射时，传播方向改变．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，但光传播的速度发生变化．3．入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角． 4．反射定律和折射定律应用的步骤 (1)根据题意画出光路图．(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、反射角、折射角均是光线与法线的夹角．(3)利用反射定律、折射定律及几何规律列方程求解．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 ＝3.0×108m/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，折射角的正弦值为多大？ (4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？答案 (1)见解析图 (2) 3 3×108m/s(3)66(4)不变解析 (1)光路图如图所示，其中AO 为入射光线，OB 为折射光线. (2)由题意，n ＝sin θ1sin θ2，又θ1＝60°，θ1＋θ2＝90°，得n ＝ 3.设玻璃中光速为v ，由n ＝c v得v ＝3×108m/s.(3)当入射角为45°时，介质折射率不变，由n ＝sin θ1′sin θ2′，得sin θ2′＝sin θ1′n ＝sin45°3＝66.(4)不变化，因为折射率是由介质和入射光频率共同决定的物理量，与入射角的大小无关．例2 如图3所示为某种透明介质的截面图，△AOC 为等腰直角三角形，BC 为半径R ＝12cm 的四分之一圆弧，AB 与水平屏幕MN 垂直并接触于A 点．一束红光射向圆心O ，在AB 分界面上的入射角i ＝45°，结果在水平屏幕MN 上出现两个亮斑．已知该介质对红光的折射率为n ＝233，求两个亮斑与A 点间的距离分别为多少．图3答案见解析解析光路图如图所示，设折射光斑为P 1，折射角为r ，根据折射定律得n ＝sin rsin i，可得sin r ＝63. 由几何关系可得：tan r ＝R AP 1，解得AP 1＝62cm ，设反射光斑为P 2，由几何知识可得△OAP 2为等腰直角三角形，故AP 2＝12cm. 提示：入射角、折射角、反射角均以法线为标准确定，注意法线与界面的区别．二、折射率如表所示是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射的规律时得到的实验数据．请在表格基础上思考以下问题：(1)(2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量(误差允许范围内)? 答案 (1)折射角增大．(2)入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变． 1．对折射率的理解 (1)折射率n ＝sin θ1sin θ2，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．(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和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系．2．折射率与光速的关系：n ＝cv(1)光在介质中的传播速度v 跟介质的折射率n 有关，由于光在真空中的传播速度c 大于光在任何其他介质中的传播速度v ，所以任何介质的折射率n 都大于1. (2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小．例3 一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时( ) A ．速度相同，波长相同 B ．速度不同，波长相同 C ．速度相同，频率相同 D ．速度不同，频率相同答案 D解析同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；水的折射率大于空气的折射率，由公式v ＝c n可以判断，该单色光进入水中后传播速度减小，又v ＝λf ，该单色光进入水中后波长变短，故选项D 正确．例4 如图4，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O 点)，然后用横截面为等边三角形ABC 的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC 边上．D 位于AB 边上，过D 点作AC 边的垂线交AC 于F .该同学在D 点正上方向下顺着直线DF 的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O 点作AB 边的垂线交直线DF 于E ；DE ＝2cm ，EF ＝1cm.求三棱镜的折射率．(不考虑光线在三棱镜中的反射)图4答案3解析过D 点作AB 边的法线NN ′，连接OD ，则∠ODN ＝α为O 点发出的光线在D 点的入射角；设该光线在D 点的折射角为β，如图所示．根据折射定律有n ＝sin βsin α①式中n 为三棱镜的折射率由几何关系可知β＝60°②∠EOF ＝30°③ 在△OEF 中有EF ＝OE sin∠EOF ④由③④式和题给条件得OE ＝2cm⑤根据题给条件可知，△OED 为等腰三角形，有α＝30°⑥由①②⑥式得n ＝ 3.[学科素养] 例4这道高考题考查了折射定律、作图能力、光在三棱镜中的传播问题及相关的知识点．通过解题，学生回顾了折射定律，锻炼了作图能力，让物理概念和规律在头脑中得到提炼和升华，体现了“物理观念”“科学思维”等学科素养．针对训练两束平行的细激光束垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图5所示．已知其中一束光沿直线穿过玻璃，它的入射点是O ，另一束光的入射点为A ，穿过玻璃后两条光线交于P 点．已知玻璃半圆截面的半径为R ，OA ＝R2，OP ＝3R .求玻璃材料的折射率．图5答案3解析画出光路图如图所示．其中一束光沿直线穿过玻璃，可知O 点为圆心．另一束光从A 点沿直线进入玻璃，设在半圆面上的入射点为B ，入射角为θ1，折射角为θ2，由几何关系可得：sin θ1＝OA OB ＝12，解得：θ1＝30°.由几何关系可知：BP ＝R ，折射角为：θ2＝60°.由折射定律得玻璃材料的折射率为：n ＝sin θ2sin θ1＝sin60°sin30°＝ 3. 1．(光的折射现象)(多选)(2017·苍南高二检测)根据图6中的漫画，判断下列说法中正确的是( )图6A ．人看到的是鱼的实像，位置变浅了些B ．人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些C ．鱼看到的是人的实像，位置偏低了些D ．鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些答案 BD解析人看到的是鱼发出的光线经过水面折射后进入人眼，射入人眼的光线的反向延长线相交后形成的虚像，光线从水射向空气中时，折射角大于入射角，作出从鱼S 1发出的两条光线，将折射光线反向延长，得到的交点为人所看到的鱼的虚像S 1′，如图所示，可以看出虚像的位置变浅了，B 正确，A 错误；同理，鱼看到的是人发出的光线经过水面折射形成的虚像，根据光路可逆原理，鱼看到人的虚像的位置偏高了，D 正确，C 错误． 2．(折射率的理解)(多选)关于折射率，下列说法正确的是( ) A ．根据sin θ1sin θ2＝n 12可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B ．根据sin θ1sin θ2＝n 12可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C ．根据n ＝cv可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比D ．同一频率的光由真空进入不同介质中时，折射率与光在介质中的波长成反比答案 CD解析介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A 、B 均错误；由于真空中的光速c 是定值，故折射率n 与传播速度v 成反比，选项C 正确；由于v ＝λf ，当频率f 一定时，速度v 与波长λ成正比，又折射率n 与速度v 成反比，故折射率n 与波长λ也成反比，选项D 正确．3．(折射定律的应用)(多选)(2018·台州上学期期末)如图7所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O 点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2.已知玻璃折射率为3，入射角为45°.现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于图面的轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示，则( )图7A ．光束1转过15°B ．光束1转过30°C ．光束2转过的角度小于15°D ．光束2转过的角度大于15° 答案 BC4．(折射率的计算)如图8所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于BC 边入射，经棱镜折射后从AC 边射出．已知∠A ＝θ＝60°，光在真空中的传播速度为c .求：图8(1)该棱镜材料的折射率； (2)光在棱镜中的传播速度．答案 (1) 3 (2)33c 解析 (1)作出完整的光路如图所示．根据几何关系可知φ＝∠B ＝30°，所以α＝60°.根据折射定律有n ＝sin αsin β＝sin θsin γ，又因为α＝θ＝60°，所以β＝γ. 又β＋γ＝60°，故β＝γ＝30°. 则n ＝sin60°sin30°＝ 3.(2)光在棱镜中的传播速度v ＝cn ＝33c . 一、选择题考点一光的反射现象和折射现象1．(2018·海宁检测)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 ．在某些地区将提前，在另一些地区将延后D ．不变答案 B解析如图所示，假设地球表面不存在大气层，则地球上M 处的人只能等到太阳运动到S 处才看见日出，而地球表面存在大气层时，太阳运动到S ′处，阳光经大气层折射后射到M 点，故M 处的人在太阳运动到S ′处就能看见日出，不存在大气层时观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比将延后，B 正确．2.如图1所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是( )图1A ．AO 是入射光线，OB 为反射光线，OC 为折射光线 B ．BO 是入射光线，OC 为反射光线，OA 为折射光线 C ．CO 是入射光线，OB 为反射光线，OA 为折射光线D ．条件不足，无法确定答案 C解析法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，折射光线和入射光线位于法线两侧，可知CO 为入射光线，OB 为反射光线，OA 为折射光线．故C 正确．3．如图2所示，井口大小和深度均相同的两口井，一口是枯井(图甲)，一口是水井(图乙，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则( )图2A ．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，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星答案 B解析由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界光线如图所示．由图可看出α＞γ，所以枯井中的青蛙觉得井口大些；β＞α，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项B 正确，A 、C 、D 错误．4．(多选)(2018·桐庐高二检测)如图3所示，把由同种材料(玻璃)制成的厚度为d 的立方体A 和半径为d 的半球体B 分别放在报纸上，从正上方(对B 来说是最高点)竖直向下分别观察A 、B 中心处报纸上的字，下列说法正确的是( )图3A ．看到A 中的字比B 中的字高 B ．看到B 中的字比A 中的字高C ．看到A 、B 中的字一样高D ．A 中的字比没有玻璃时的高，B 中的字和没有玻璃时一样高答案 AD解析如图所示，B 中心处的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置．而放在A 中心处的字经折射，人看到的位置比真实位置要高，A 、D 正确．考点二折射率及折射定律5．(多选)光从空气斜射进入介质中，比值sin θ1sin θ2＝常数，这个常数( )A ．与介质有关B ．与折射角的大小无关C ．与入射角的大小无关D ．与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比答案 ABC解析介质的折射率与介质和入射光的频率有关，与入射角、折射角的大小均无关，选项A 、B 、C 正确，D 错误．6.(2018·嘉兴一中高二期中)如图4所示，一束光线通过一水平界面从某介质射入真空，已知入射光线与界面的夹角为60°，折射光线与界面的夹角为45°，则该介质的折射率为( )图4A.62B.63C.2D.22答案 C7.(2018·嘉兴高级中学高二第二学期期中)如图5所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角a 为30°.一束光线垂直于ab 面射入棱镜，又从ac 面射出．出射光线与入射光线之间的夹角为30°，则此棱镜材料的折射率是( )图5A.32B.32C.33D. 3 答案 D解析光线在ac 界面上发生折射，入射角为30°，折射角为60°，根据光的折射定律可知：n ＝sin60°sin30°＝3，故选D.8.(多选)两束不同频率的单色光a 、b 从空气平行射入水中，发生了如图6所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是( )图6A ．在水中的传播速度，光束a 比光束b 大B ．在水中的传播速度，光束a 比光束b 小C ．水对光束a 的折射率比水对光束b 的折射率小D ．水对光束a 的折射率比水对光束b 的折射率大答案 AC解析由公式n ＝sin θ1sin θ2，可得折射率n a <n b ，C 正确，D 错误；由v ＝c n，n a <n b 知v a >v b ，A 正确，B 错误．9.如图7所示，直角三棱镜ABC 的一个侧面BC 紧贴在平面镜上，∠BAC ＝β.从点光源S 发出的细光束SO 射到棱镜的另一侧面AC 上，适当调整入射光SO 的方向，当SO 与AC 成α角时，其折射光与镜面发生一次反射，从AC 面射出后恰好与SO 重合，则此棱镜的折射率为( )图7A.cos αcos βB.cos αsin βC.sin αcos βD.sin αsin β答案 A解析由题意可知，细光束SO 经AC 面折射后，折射光线垂直于BC ，经平面镜反射后，从AC 面射出来，则恰好与SO 重合，故此棱镜的折射率n ＝sin (90°－α)sin (90°－β)＝cos αcos β. 10.现代高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向反射，使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，如图8所示，反光膜内均匀分布着直径为10μm 的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为3，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射→再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角应是( )图8A ．15°B．30°C．45°D．60°答案 D解析已知入射光线和出射光线平行，所以光在三个界面上改变了传播方向，光线在玻璃珠的内表面反射时具有对称性，由此可作出光路图如图所示．由几何关系可知i ＝2r ①根据折射定律有n ＝sin i sin r ＝3② 由①②可得i ＝60°.二、非选择题11.如图9所示是一个透明圆柱体的横截面，其半径为R ，折射率是3，AB 是一条直径．今有一束光，平行AB 方向射向圆柱体．若有一条入射光线经折射后恰好经过B 点．图9(1)请用直尺画出该入射光线经折射后到B 点的光路图；(2)求这条入射光线到AB 的距离．答案 (1)见解析图 (2)32R 解析 (1)光路图如图所示．(2)设入射角为α，折射角为β，根据折射定律有n ＝sin αsin β＝3，由几何关系2β＝α，可得β＝30°，α＝60°，所以CD ＝R sin α＝32R . 12.如图10所示，△ABC 为直角三角形棱镜的横截面，∠ABC ＝30°.有一细光束MN 射到AC 面上，且MN 与AC 面的夹角也为30°，该光束从N 点进入棱镜后再经BC 面反射，最终从AB 面上的O 点射出，其出射光线OP 与BC 面平行．图10(1)作出棱镜内部的光路图(不必写出作图过程)；(2)求出此棱镜的折射率．答案 (1)见解析图 (2) 3解析 (1)光路图如图所示：(2)根据折射定律n ＝sin θ1sin θ2 n ＝sin θ4sin θ3因为θ1＝θ4＝60°，所以θ3＝θ2.又由几何关系知2θ3＝60°，所以θ3＝30°.n ＝sin θ4sin θ3＝sin60°sin30°＝ 3. 13.如图11，一玻璃工件的上半部是半径为R 的半球体，O 点为球心；下半部是半径为R 、高为2R 的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜．有一平行于中心轴OC 的光线从半球面射入，该光线与OC 之间的距离为0.6R .已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)．求该玻璃的折射率．图11答案 1.43解析如图，根据光路的对称性和可逆性可知，与入射光线相对于OC 轴对称的出射光线一定与入射光线平行．故从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C 点反射．设光线在半球面的入射角为i ，折射角为r .由折射定律有sin i ＝n sin r ①由几何关系，入射点的法线与OC 的夹角为i .由正弦定理有sin r 2R ＝sin (i －r )R② 由题设条件和几何关系有sin i ＝L R ③式中L 是入射光线与OC 间的距离，L ＝0.6R .由②③式和题给数据得sin r ＝6205④ 由①③④式和题给数据得 n ＝ 2.05≈1.43.。

人教版高中物理选修3-4第十三章第1讲.docx

高中物理学习材料唐玲收集整理第1讲光的反射和折射[目标定位] 1.理解光的反射定律和折射定律，并能用来解释和计算有关问题.2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系.3.会依据光的反射定律和折射定律作出光路图.4.会用插针法测定玻璃的折射率．一、反射定律和折射定律1．光的反射及反射定律(1)光的反射：光从第1种介质射到它与第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．(2)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．2．光的折射及折射定律(1)光的折射：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质的现象．(2)入射角、折射角入射角：入射光线与法线间的夹角折射角：折射光线与法线间的夹角(3)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.sin θ1sin θ2＝n123．与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是可逆的．想一想光在两种介质的界面发生反射和折射现象时，反射光线、折射光线和入射光线的传播速度是否相同？答案光在不同介质中的传播速度不同．反射光线和入射光线是在同一介质中，故它们两个的传播速度相同；折射光线和入射光线不在同一介质中，故它们两个的传播速度不同．二、折射率(n)1．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，用符号n表示．2．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与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝c v .3．任何介质的折射率n都大于1.想一想当光从水射入空气发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率，这种说法正确吗？为什么？答案不正确．空气可以作为真空处理，根据折射率的定义可知光从空气射入水发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率.一、对折射率的理解1．折射率是一个反映介质的光学性质的物理量，其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．2．应用n＝sin θ1sin θ2计算介质折射率时，注意θ1为真空中的光线与法线夹角，θ2为介质中光线与法线的夹角．例1 关于折射率，下列说法正确的是( )A．根据sin θ1sin θ2＝n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B．根据sin θ1sin θ2＝n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C．根据n＝cv可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比D．同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与波长成反比解析介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错；由于真空中的光速是个定值，故n与v成反比是正确的，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，选项C正确；由于v＝λf，当f一定时，v与λ成正比，又n与v成反比，故n与λ也成反比，选项D正确．答案CD借题发挥折射率n反映了介质的光学性质，它的大小只由介质本身和入射光的频率决定，与入射角和折射角的大小无关，切不可认为n与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比．例2如图13－1－1所示，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种介质，光线的传播方向以及光线与介质分界面的夹角由图中标出，由此可以判断( )图13－1－1A．光在介质Ⅱ中传播的速度最小B．介质Ⅲ的折射率最小C．光在介质Ⅰ中的传播速度最大D．介质Ⅲ的折射率最大解析由相对折射率和绝对折射率的关系可知：n1sin 45°＝n2sin 40°，n2sin 26°＝n3sin 40°，得n2＞n1＞n3，B项对，D项错；由n＝cv可知v2<v1<v3，A项对，C项错．答案AB二、光的折射定律的应用解决光的折射问题的基本思路：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、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角．3．利用折射定律n＝sin θ1sin θ2、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．例3 一束光线射到一个玻璃球上，如图13－1－2所示．该玻璃球的折射率是3，光线的入射角是60°.求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向．(用与入射光线的夹角表示)图13－1－2解析该题考查折射定律．光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的光路如图所示．由折射定律得sin i1sin r1＝n，sin i2sin r2＝1n.由△AOB为等腰三角形，则i2＝r1.由几何关系知r1＋∠1＝60°，i2＋∠2＝r2，又由图知，∠3是出射光线相对于入射光线的偏折角，且∠3＝∠1＋∠2.联立以上各式解得∠3＝60°，即第一次从玻璃球射出的光线与入射光线的夹角为60°.答案与入射光线的夹角为60°借题发挥在解决光的折射问题中正确画出光路图是前提，利用几何关系确定边、角关系是关键．三、测定玻璃的折射率1．实验原理：用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝sin θ1 sin θ2.2．实验器材：两面平行的玻璃砖，方木板，白纸，图钉(若干)，大头针四枚，直尺，量角器，铅笔．3.实验步骤：(1)如图13－1－3所示，将白纸用图钉钉在平木板上．图13－1－3(2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′.(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像．再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3本身及P1、P2的像，记下P3、P4的位置．(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向．(6)连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出θ1和θ2，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中．(7)用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中．(8)算出不同入射角下的正弦比值sin θ1sin θ2，最后求出在几次实验中比值sin θ1sin θ2的平均值，即为玻璃砖的折射率．4．注意事项(1)实验中，玻璃砖在纸上位置不可移动．(2)不能用手触摸玻璃砖光洁面，更不能把玻璃砖当尺子用．(3)大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差．(4)实验中入射角不宜过小，否则会使测量误差大，也不宜过大．(5)本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是采用三棱镜、半圆形玻璃砖等，那么只是出射光和入射光不平行，同样能测出折射率．例4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，在棱镜的一侧插入两枚大头针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，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图13－1－4所示．图13－1－4(1)在本题的图上画出所需的光路；(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________．解析(1)如图所示，画出通过P 1，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′就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线．(2)在所画的图上注明入射角θ1和折射角θ2，并画出虚线部分，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF，OE，GH，OG的长度)．(3)n＝sin θ1sin θ2(或因为sin θ1＝EFOE，sin θ2＝GHOG，则n＝EFOEGHOG＝EF·OGOE·GH)．答案见解析对折射率的理解1．光从真空射入某介质，入射角θ1从零开始增大到某一值的过程中，折射角θ2也随之增大，则下列说法中正确的是( )A．比值θ1/θ2不变B．比值sin θ1/sin θ2不变C．比值sin θ1/sin θ2是一个大于1的常数D．比值sin θ1/sin θ2是一个小于1的常数解析由折射率概念可知：折射率与介质有关，对于同一束光介质的折射率不变，即n＝sin θ1sin θ2不变，又n＝cv，故n始终大于1.答案BC折射定律的应用2．一条光线从空气射入折射率为2的介质中，入射角为45°，在界面上入射光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线和折射光线的夹角是( ) A．75°B．90°C．105°D．120°解析如图所示，根据折射定律sin θ1sin θ2＝n，则sin θ2＝sin θ1n＝sin 45°2＝12，θ2＝30°，反射光线与折射光线的夹角θ＝180°－45°－30°＝105°，C正确．答案 C3.如图13－1－5所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d，当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B，当桶内油的深度等于桶高的一半时，在A 点沿AB 方向看去，看到桶底上的C 点，C 、B 相距14d .由此可得油的折射率n ＝________；光在油中传播的速度v ＝________m/s.(结果可用根式表示)图13－1－5解析作出光路图如图所示．由题意知，sin α＝22，sin β＝d4(d 2)2＋(d4)2＝15＝55，故油的折射率n ＝sin αsin β＝102，光在油中传播的速度v ＝c n＝610×107 m/s. 答案102610×107 测定玻璃的折射率4. 某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O 点为圆心，10 cm 为半径画圆，分别交线段OA 于A 点，交线段OO ′的延长线于C 点，过A 点作法线NN ′的垂线AB 交NN ′于B 点，过C 点作法线NN ′的垂线CD 交NN ′于D 点，如图13－1－6所示．用刻度尺量得OB ＝8 cm ，CD ＝4 cm ，由此可得出玻璃的折射率n ＝________.图13－1－6解析由题图可知sin ∠AOB＝ABOA ，sin ∠DOC ＝CDOC，OA ＝OC ＝R ，根据n＝sin θ1sin θ2知，n＝sin ∠AOBsin ∠DOC＝ABCD＝102－824＝1.5.答案 1.5题组一光的反射现象和折射现象1．关于光的反射与折射现象，下列说法正确的是( )A．光发生反射时，光的传播方向一定改变B．光发生反射时，光的传播方向可能偏转90°C．光发生折射时，一定伴随着反射D．光发生折射时，光的传播方向可能偏转90°解析由光的反射定律可知，反射角等于入射角，不管入射角多大，光发生反射时，光的传播方向都要改变，选项A正确；光发生反射时，当入射角等于45°时，光的传播方向偏转90°，选项B正确；光从一种介质射到两种介质的分界面时，一定有部分光发生反射，选项C正确；光发生折射时，光的传播方向偏转一定小于90°，选项D错误．答案ABC2．关于光的折射现象，下列说法正确的是( )A．光的传播方向发生改变的现象叫光的折射B．光由一种介质进入另一种介质，传播方向一定改变C．人观察盛水容器的底部，发现水变浅了D．若光从空气射入液体中，它的传播速度一定增大答案 C3．如图13－1－7所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生了反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是( )图13－1－7A．AO是入射光，OB为反射光，OC为折射光B．BO是入射光，OC为反射光，OA为折射光C．CO是入射光，OB为反射光，OA为折射光D．条件不足，无法确定解析法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，反射光线、折射光线和入射光线都位于法线两侧．入射角大小等于反射角，可知CO为入射光线，OB 为反射光线，OA为折射光线．答案 C4．井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(如图13－1－8所示，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则( )图13－1－8A．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，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星解析这是一道典型的视野问题，解决视野问题的关键是确定边界光线和确定是谁约束了视野等．如本题中由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界光线如图所示．由图可看出α＞γ，所以水井中的青蛙觉得井口小些；β＞α，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项B正确，A、C、D错误．答案 B题组二折射率及折射定律5．光从空气斜射进入介质中，比值sin isin r＝常数，这个常数( )A．与介质有关B．与光在介质中的传播速度有关C．与入射角的大小无关D．与入射角正弦成正比，跟折射角的正弦成反比解析介质的折射率与介质有关，与入射角无关，介质对光的折射率n＝c v ，选项D错误，选项A、B、C正确．答案ABC6.如图13－1－9所示，光在真空和某介质的界面MN上发生偏折，那么( )图13－1－9A．光是从真空射入介质B．介质的折射率是1.73C．光在介质中传播速度为1.73×108 m/sD．反射光线与折射光线的夹角是90°答案BCD7.两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图13－1－10所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是( )图13－1－10A．在水中的传播速度，光束a比光束b大B．在水中的传播速度，光束a比光束b小C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小D．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大解析由公式n＝sin θ1sin θ2，可得折射率n a<n b，C正确，D错误；由v＝cn，n a<n b知v a>v b，A正确，B错误．答案AC8.如图13－1－11所示，有一玻璃三棱镜ABC，顶角A为30°，一束光线垂直于AB射入棱镜，从AC射出进入空气，测得出射光线与AC夹角为30°，则棱镜的折射率为( )图13－1－11A.12B．22C. 3 D．3 3解析顶角A为30°，则光从AC面射出时，在玻璃中的入射角θ1＝30°.由于出射光线和AC的夹角为30°，所以折射角θ2＝60°.由光路可逆和折射率的定义可知n＝sin θ2sin θ1＝3，C项正确．答案 C9. 两束细平行光a和b相距为d，从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面，如图13－1－12所示，若玻璃对a的折射率小于对b的折射率．当它们从玻璃砖的下表面射出后，有( )图13－1－12A．两束光仍平行，间距等于dB．两束光仍平行，间距大于dC．两束光仍平行，间距小于dD．两束光不再相互平行解析作出两种光线在平行玻璃砖的光路图．根据n a ＝sin isin r a，n b＝sin isin r b，由题意知n a <n b ，r a ＞r b ，故d ′>d .光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变，折射光线平行．B 对．答案 B10．(2014·北京理综，20)以往，已知材料的折射率都为正值(n >0)．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n <0)，称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i 与折射角r 依然满足sin isin r ＝n ，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n ＝－1, 正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是( )解析由公式sin isin r＝n 及n ＝－1，根据题意及图知，i ＝α时，r ＝－α，则B 对，A 、C 、D 均错．答案 B11．(2014·江苏单科，12B(3))Morpho 蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图如图13－1－13.一束光以入射角i 从a 点入射，经过折射和反射后从b 点出射．设鳞片的折射率为n ，厚度为d ，两片之间空气层厚度为h .取光在空气中的速度为c ，求光从a 到b 所需的时间t .图13－1－13 解析设光在鳞片中的折射角为γ，由折射定律sin i＝n sin γ在鳞片中传播的路程l1＝2dcos γ，传播速度v＝cn，传播时间t1＝l1v解得t1＝2n2dc n2－sin2i，同理，在空气中的传播时间t2＝2h c cos i则t＝t1＋t2＝2n2dc n2－sin2i＋2hc cos i.答案2n2dc n2－sin2i＋2hc cos i题组三测定玻璃的折射率12.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图13－1－14所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是( )图13－1－14A．为了减少作图误差，P3和P4的距离应适当取大些B．为减少测量误差，P1、P2连线与玻璃砖界面的夹角应适当取大一些C．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像D．若P1、P2连线与法线NN′间夹角较大时，有可能在bb′一侧就看不到P1、P2的像解析实验时，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P4之间，P3与O′之间距离要稍大一些．入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小．在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线．答案AB13．在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图13－1－15①、②和③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以aa′，bb′为界面画光路图，则图13－1－15甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．丙同学测得的折射率与真实值相比_______________________．解析用图①测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以折射角增大，折射率减小；用图②测定折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图③测定折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变．答案偏小不变可能偏大、也可能偏小、还可能不变14．用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，如图13－1－16所示的四个图中P1、P2、P3和P是四个学生实验插针的结果．4图13－1－16(1)在这四个图中肯定把针插错了的是________．(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是________．计算玻璃的折射率的公式是________．解析如下图所示，将P1P2看做入射光线，P3P4看做出射光线，由题图知，入射光线与界面垂直，进入玻璃砖后，在玻璃砖内传播方向不变，由作出的光路图可知选项A、C错误；而选项B中光路虽然正确，但入射角和折射角均为零度，测不出折射率，只有选项D能比较准确的测出折射率，角度如图，其折射率：n＝sin r sin i.答案(1)A、C (2)D n＝sin r sin i。

2019-2020人教版物理选修3-4 第13章 1 光的反射和折射

1光的反射和折射[学习目标] 1.知道光的反射定律.2.理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题.3.知道折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行有关计算．(重点)4.掌握插针法测折射率的方法．一、反射定律和折射定律1．光的反射(1)定义光从第1种介质射到它与第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．(2)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．2．光的折射和折射定律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，简称折射率，即n＝sin θ1 sin θ2.3．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与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝cv.4．特点任何介质的折射率都大于1.1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)反射定律是确定反射光线位置的规律．(√)(2)发生漫反射时，反射角不等于入射角．(×)(3)一束光从空气进入水中时传播方向一定改变．(×)(4)当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0. (×)(5)折射率大的介质，密度不一定大．(√)2．关于光的反射与折射，下列说法正确的是()A．光发生反射时，光的传播方向不一定改变B．光发生反射时，光的传播方向可能偏转90°C．光发生反射时，光的传播方向一定改变D．光发生折射时，一定伴随着反射现象E．光发生反射时，一定伴随着折射现象BCD[发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90°，A错，B、C对；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象，D对，E错．]3．若某一介质的折射率较大，那么光在该介质中的速度较________．[解析]由n＝cv可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小．[答案]小1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．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．【例1】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()A．bO可能是入射光线B．aO可能是入射光线C．cO可能是入射光线D．Ob可能是反射光线E．PQ可能是法线BDE[由于反射角等于入射角，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．](1)在反射、折射现象中，光路都是可逆的．(2)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；当光垂直分界面入射时，光的传播方向就不会变化．1．如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况．造成这种现象的原因是什么？[解析]太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，使人感觉太阳的位置比实际位置偏高．[答案]光的折射1．当光由真空射入某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数．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，说明常数反映着该介质的光学特性．3．光传播速度介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n＝cv，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1.因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角．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．【例2】一束光线从空气射向折射率为1.5 的玻璃内，入射角为45°，画出反射和折射的光路示意图．[解析]光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射；由反射定律知反射角为45°，根据折射定律n＝sin θ1sin θ2得θ1＞θ2.[答案](1)折射率的定义式中θ1为真空(空气)中的光线与法线的夹角，不一定是入射角；θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定是折射角．(2)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．2．一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90°，折射光线与反射光线间的夹角为105°，则该介质的折射率n＝________，光在该介质中的传播速度v＝________c．(c为真空中光速)[解析]由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45°，折射角为r＝180°－45°－105°＝30°，则折射率n＝sin 45°sin 30°＝2，所以光在该介质中的速度v＝cn＝c2＝22c.[答案]22 21掌握测玻璃折射率的方法；加深对折射定律的理解．2．实验过程用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，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＝sin i sin r.3．实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔．4．实验步骤(1)如图所示，把白纸用图钉钉在木板上．在白纸上画一条直线aa′作为玻璃砖的上界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa′的法线NN′.(2)把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa′严格对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb′.(3)在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.(4)眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，在眼睛这侧沿视线方向插上大头针P3，使它把P1、P2挡住．(5)用同样的方法在玻璃砖的bb′一侧再插上大头针P4，使P4能同时挡住P3本身和P1、P2的虚像．记下P3、P4的位置，移去玻璃砖和大头针．过P3、P4引直线O′B与bb′交于O′点，连接O、O′两点，OO′就是入射光AO在玻璃砖内的折射光线的方向．入射角i＝∠AON，折射角r＝∠O′ON′.(6)用量角器量出入射角i和折射角r.从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记录在自己设计的表格里．(7)用上面的方法分别测出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角．查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记录在上述的表格里．(8)计算出不同入射角时sin isin r的值．比较一下，看它们是否接近一个常数．求出几次实验中测得的sin isin r的平均值，就是玻璃的折射率． 5．注意事项(1)玻璃砖的上折射面必须与直线aa ′严格对齐，才能准确地确定法线，准确地画出入射角和折射角．(2)实验时，尽可能将大头针竖直地插在纸上，且P 1和P 2之间、P 2和O 之间、P 3和P 4之间、P 3和O ′之间距离要稍大一些．重合的时候要看玻璃砖里面的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的头部．(3)入射角i 应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜过大，在操作时，手不能触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能用玻璃砖的界面代替直尺画界线．(4)在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变． 6．数据处理及误差分析此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n ＝sin θ1sin θ2中求玻璃的折射率．除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO 交于C 点，与OO ′(或OO ′的延长线)交于D 点，过C 、D 两点分别向NN ′作垂线，交NN ′于C ′、D ′，用直尺量出CC ′和DD ′的长，如图所示．由于sin α＝CC ′CO ，sin β＝DD ′DO . 而CO ＝DO ，所以折射率n 1＝sin αsin β＝CC ′DD ′.重复以上实验，求得各次折射率，然后求其平均值即为玻璃折射率的测量值．【例3】在“测定玻璃折射率”的实验中：(1)操作步骤如下：①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的O点画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐．③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像．调整视线方向，直到P1的像被P2挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和P3，记下P3、P4的位置．④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中．上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是______________________ ______________________________________________________.(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sin θ1 sin θ2图象如图所示．则下列说法正确的________．A．实验时，光线是由空气射入玻璃B．玻璃的折射率为0.67C．玻璃的折射率为1.5[解析](1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′，步骤④中应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′.(2)由图可看出入射角θ1小于折射角θ2，因此，光线应该是由玻璃射入空气；则玻璃折射率n＝sin θ2sin θ1＝0.450.30＝1.5，所以选项C正确．[答案](1)见解析(2)C3.用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在如图所示的位置上，而实验中其他操作均正确，测得的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．[解析]可作出经过玻璃砖的光路图，由几何知识可知，测出的折射角与正确值相同．[答案]不变。

高中物理选修3-4知识点总结：第十三章光(人教版)

高中物理选修3-4知识点总结：第十三章光（人教版）这一章内容比较多，重要的是光的几种特性，包括：折射、干涉、衍射、偏振和光的全反射。

本章的难点在于光的折射中有关折射率的问题，用双缝干涉测量光波的波长，以及光的全反射的有关计算问题。

理解性的内容主要有：光的色散，光的偏振等知识点。

考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。

Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。

要求Ⅰ：折射率、全反射、光导纤维、光的干涉、光的衍射、光的偏振以及色散等内容。

要求Ⅱ：光的折射定律、折射定律的运用、折射率的有关计算等有关的知识内容。

知识网络：内容详解：一、光的折射：反射定律：反射光线和入射光线以及法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。

折射定律：折射光线和入射光线以及法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

在光的折射中光路是可逆的。

折射率：光从真空射入某介质时，入射角的正弦和折射角的正弦之比，称为折射率,用字母n表示。

测定玻璃的折射率：如图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,确定出O′点，画出O′O，量出入射角和折射角的度数。

根据公式：n=sinθ sinφ计算出玻璃的折射率。

对折射率的理解：介质折射率的大小取决于介质本身及入射光的频率，不同介质的折射率不同，与入射角、折射角的大小无关。

当光从真空射入介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但是正弦值之比是一个常数。

不同的介质，入射角的正弦跟折射角的正弦之比也是一个常数，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。

介质的折射率跟光的传播速度有关，由于光在真空中的传播速度大于光在其他任何介质中的传播速度，所以任何介质的折射率都大于光从真空射入任何介质。

人教版高中物理选修3-4精品课件第十三章 1 光的反射和折射

(3)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐,画出玻璃
砖的另一边bb'。
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(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大
头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像,再在观察者
一侧竖直插上两枚大头针P3、P4来自使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及
由图得
sin
n=sin
①
由几何关系得 1.5tan i+3tan i=6
解得
所以
4
tan i=3
4
sin i=
5
②
P 点至树岸边的距离为 3tan i=4
sin r=
4
2
42 +ℎ
③
把②③代入①得 h=5.3 m。
答案:5.3 m
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归纳总结解决光的反射、折射问题的方法
(3)光路可逆性:光由介质射入空气或真空时,折射角θ2大于入射
角θ1。根据光路可逆,可认为光由空气或真空以入射角θ2入射,对应
的折射角为θ1。
在折射现象中,光路是可逆的。
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典例剖析
例题1如图所示,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
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2.数据处理
(1)计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射

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名师精讲
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:光在介质中的传播速度 v 跟介质的折射
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课前篇自主预习
光的反射和折射
探究一
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【思考问题】解答本题的思路是什么?
提示:根据题意,正确作出光路图,明确入射角、反射角、折射角
间的关系是解答此题的关键。
解析:树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示
由图得
sin
n=
sin
①
由几何关系得 1.5tan i+3tan i=6
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。

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