【课堂新坐标】2016-2017学年高中物理沪科版课件 选修3-4 第四章光的波动性 4.5 光的折射

sin i 【解析】 根据光路图，由折射定律得 n＝sin r， 由几何关系得 r＝i－α sin i 故 n＝ sin i－α
【答案】 sin i sin i－α
折射问题的四点注意 1.根据题意画出正确的光路图； 2.利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角的确定； 3.利用反射定律、折射定律求解； 4.注意光路可逆性、对称性的应用.
不是折射角与入射角成正比，是入射角的正弦跟折射角的正弦
[核心点击] 1.“同面内”：“折射光线与入射光线、法线在同一平面内”，这句话大体 上说明了三线的空间位置：折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线 共面. 2.“线两旁”：“折射光线与入射光线分别位于法线两侧”，这句话把折射 光线的位置又作了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小(i＞0).
(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 i＝∠AON，折射角 r＝∠O′ON′，用量角器量出 入射角和折射角，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)用上述方法分别求出入射角分别为 30° 、45° 、60° 时的折射角，查出它们 的正弦值，填入表格中.
)
【解析】 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.
【答案】 BCD
2.如图 452 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(
图 4510 CC′ DD′ 由于 sin i＝ CO ，sin r＝ DO ，而 CO＝DO， sin i CC′ 所以折射率 n1＝sin r＝ . DD′
7.如图 4511 所示，关于“测定玻璃的折射率”的实验，回答以下问题.
图 4511 (1)请证明图中的入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的. (2)为减小实验误差，入射角大一些好还是小一些好？
图 457 3.实验器材 一块长方体的 玻璃砖，白纸，木板，大头针(4 枚)， 量角器(或圆规、三角 板)， 刻度尺，激光笔，铅笔等.
[核心点击] 1.实验步骤 (1)如图 458 所示，将白纸用图钉钉在平木板上；
图 458
(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 及 P1、P2 的像，记下 P3、P4 的位置；
图 455
A.a 侧是红光，b 侧是紫光 B.在真空中 a 侧光的波长小于 b 侧光的波长 C.三棱镜对 a 侧光的折射率大于对 b 侧光的折射率 D.在三棱镜中 a 侧光的速率比 b 侧光小 E.在三棱镜中 a、b 两侧光的速率相同
【解析】 由题图可以看出，a 侧光偏折得较厉害，三棱镜对 a 侧光的折射 率较大.所以 a 侧光是紫光，波长较短，b 侧光是红光，波长较长，因此 A 错，B、 c C 正确；又 v＝n，所以三棱镜中 a 侧光的传播速率小于 b 侧光的传播速率，D 正确，E 错误.
2.数据处理 方法一：平均值法 sin i 求出在几次实验中所测sin r的平均值，即为玻璃砖的折射率. 方法二：图像法 在几次改变入射角、对应的入射角和折射角正弦值的基础上，以 sin i 值为 横坐标、以 sin r 值为纵坐标，建立直角坐标系，如图 459 所示.描数据点，过 数据点连线得一条过原点的直线.
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.
4.一束光从某种介质射入空气中时，入射角 θ1＝30° ，折射角 θ2＝60° ，折射 光路如图 454 所示，则下列说法正确的是( )
3 A.此介质折射率为 3 B.此介质折射率为 3 C.光在介质中速度比在空气中小 D.光在介质中速度比在空气中大 E.当入射角增大时，折射角也增大，但折射率不变
[再判断] 1.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内.( √ ) 2.入射角总大于折射角.( ×) 3.光线从空气斜射入玻璃时，折射角小于入射角.( √ )
[后思考] 1.光的折射现象中，折射角是否与入射角成正比？ 【提示】 成正比.
2.在光发生折射时，光的传播方向一定要发生变化吗？ 【提示】 不一定变化，当光垂直界面入射时光的传播方向不发生变化.
知 识 脉 络
探 究 光 的 折 射 定 律
[先填空] 1.折射现象 光从一种介质进入另一种介质， 光的传播方向发生改变的现象.
图 451
2.折射定律
入射光线 、折射光线 跟 法线在同一平面内， 入射光线 、折射光线 分别位于
sin i 正比 法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成 .即sin r＝n，n 为常数. 3.在折射现象中，光路是可逆 的.
图 459 sin r 1 1 求解图线斜率 k，则 k＝ sin i ＝n，故玻璃砖折射率 n＝k .
方法三：作图法 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 OE(或 OE 的延长线)交于 D 点，过 C、D 两点分 别向 N′N 作垂线，交 NN′于 C′、D′，用直尺量出 CC′和 DD′的长，如 图 4510 所示.
[后思考] sin i 1.是否可以由折射率的定义式 n＝sin r得出介质的折射率与入射角 i 的正弦 成正比，与折射角 r 的正弦成反比？
【提示】 不可以.折射率 n 由介质的性质和光的颜色决定，与入射角 i 和 折射角 r 无关.
2.光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？
c 【提示】 由 v＝n知，n 越大，v 越小.
图 454
【解析】
sin θ2 c 由折射定律 n＝sin θ ＝ 3，A 错误，B 正确；又由 n＝v知光在 1
介质中速度比在空气中小，C 正确，D 错误.根据折射率的物理意义，E 正确.
【答案】 BCE
5.如图 455 所示，从点光源 S 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱 镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的 ab 间形成一条彩色光 带.下面的说法中正确的是( )
知 识 点 一
知 识 点 三
4.5
知 识 点 二
光的折射
学 业 分 层 测 评
学 习 目 标 1.理解折射定律的确切含义，并能用来解 释有关的光现象和有关的计算.(重点、难 点) 2.理解介质的折射率，了解介质的折射率 与光速的关系，并能进行相关计算.(重点) 3.知道光路是可逆的，并能用来处理有关 的问题. 4.会测定介质的折射率.
折 射 率
[先填空] 1.折射率 (1)意义：反映介质使光偏折的性质. (2)定义：光从真空射入某种介质时发生折射，入射角的正弦与折射角的正弦 之比，叫这种介质的折射率.
sin i (3)公式 n＝sin r. (4)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 c 传播速度 v 跟光在这种介质中的 之比，即 n＝v. (5)特点：任何介质的折射率都 大于1 .
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
)
图 452
【解析】
由于反射角等于入射角，入射光线与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.
测 定 材 料 的 折 射 率
1.实验目的 测定玻璃的折射率. 2.实验原理 如图 457 所示，当光线 AO 以一定入射角 θ1 穿过两面平行的玻璃砖时，通 过插针法找出跟入射光线 AO 对应的出射光线的 O′B ，从而画出折射光线 sin θ1 OO′，量出折射角 θ2，再根据 n＝sin θ 算出玻璃的折射率. 2
【解析】
sin i1 sin r2 (1)如右图所示，证明：n＝sin r ＝ sin i 而 r1＝i2 1 2
所以 i1＝r2，所以入射光线平行于出射光线. (2)大一些好.这样测量的误差会小些，可以减小实验误差.
【答案】 见解析
8.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位置.
【答案】 BDE
3.如图 453 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？
图 453
【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
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. sin i 2.利用几何关系确定光路图中的边、角关系，与折射定律 n＝sin r中的各量 准确对应.比如一定要确定哪个角在分子上、哪个角在分母上. sin i c 3.利用折射定律 n＝sin r、折射率与光速的关系 n＝v列方程，结合数学三角 函数的关系进行运算.
sin i 3.“正比律”：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即sin r＝n，折 射角 r 随入射角 i 的变化而变化， 入射角 i 的正弦与折射角 r 的正弦之比是定值， 当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就唯一确定了.
1.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
[核心点击] 1.关于正弦值 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 c 介质的折射率 n 跟光在其中的传播速率 v 有关，即 n＝v，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.
【答案】 BCD
6.利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散程度.在如图 456 所示的光路 中，A 为激光的出射点，O 为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO 过半圆顶点.若某 条从 A 点发出的与 AO 成 α 角的光线，以入射角 i 入射到半圆弧上，出射光线平 行于 AO，求此玻璃的折射率.
图 456
2.当一束白光斜射入某种介质时，由于各种色光的折射角不同，各种色光将 分开，这种现象叫光的 色散.各种色光中，红光的偏折角度 最小，紫光的偏折角 度最大. 3.同一种介质，对红光的折射率 最小，对紫光的折射率 最大.红光在介质中 的传播速度最大，紫光在介质中的传播速度最小 .
[再判断] 1.当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为 0.( × ) 2.光的折射率随入射角的增大而增大.(× ) 3.介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小.( √ )