【人教版】选修3-4物理:13.1《光的反射和折射》导学案(含答案).doc
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第十三章光
1.光的反射和折射
【学习目标】
1、掌握光的折射定律
2、了解介质的折射率与光速的关系;
3、掌握介质的折射率的概念.
【重点难点】
光的折射定律;测量光的折射率
【课前预习】
一、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分界面时,一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、法线在同一半面内,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。
二、折射及折射定律
(1)光的折射:光从一种介质照射到两种介质的分婕时,一部分光进入另一种介质的现象。
(2)折射定律:折射光线与入折射光线、法线处在同一平而I勺内,折射光线与入折射光线分别
(3)光路可逆性:在光的反射现象和折射现象中,光路都是町逆的。
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G的正眩值与折射角$的正眩值之比, 叫该介质的绝对折射率,简称折射率,用川表示。
/、亠、,sin 0,
(2)------ 定义:n
sing
(3)折射率与光速的关系:光在不同介质中的传播速度不同,且都小于光在真空中的传播速度; 某种介质的折射率等于光在真空虫的速度与光在介质虫的速度之比,即n = ~.
【预习检测】
1.________________________ 光的反射定律:
____________________________ 、__________ 和法线在同一平面内,并分居法线两侧,___________ 角等于____________ 角。
2.光的折射定律:_________ 、_________和法线在同一平面内,并分
居法线两侧,_________________ 与_________________ 成正比。
3.某种介质的折射率等于光在______________ 中的传播速度c与光在
屮的传播速度v的比值,即n二
4.如图所示,平面镜AB水平放置,入射光线P0与AB夹角为30° ,O
当AB转过20°角至A' B'位置时,下列说法正确的是()A
A.入射角等于50°
B.入射光线与反射光线的夹角为80°
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°
5.在平面镜中看到的时钟钟面的像如图所示,则此时钟所指的时刻为()
A.9 : 20
B. 3 : 40
C. 2 : 40
D. 4 : 50
【参考答案】
【预习检测】
1、反射光线,入射光线,入対,反射
2、折射光线,入射光线,入射角的正眩,折射角的正
弦3、真空,该介质,-4、B 5、C
c
▲堂中互动厶
【典题探究】
【例1】如图所示,光线以入射角弗从空气射向折射率n二血玻璃表而.
(1)当入射角弗二45°时,反射光线与折射光线间的夹角e为多少?
(2)当入射角(儿为多少时,反射光线和折射光线垂直?思路解析:设折射
角为02,
所以0 2=30° ,又()/ =45。
,则反射光线与折射
亠sin0. .八sing sin45° 1
ITI n= --- 二sm仇二---- =——=—
sing n J2 2
光线的夹角0=180° —()r - 0 2=105° .
(2 )当反射光线和折射光线垂直时,0/ +0 2=90。
sin。
】sinG . sin^ 八
n二 -- = ------ 1= ----- s=tan 0 ,
sing 血仇cosg
则入射角()i 二arc tan V2 .
【拓展】:分析解决光的折射问题的一般方法:
(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、折射定律求解;(4)注意在折射现象中,光路是可逆的.
变式训练1: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是()
A. V2
B. V3
C. V2/2
D. V3/3
答案:B
变式训练2:如图所示,激光液面控制仪的原理是:固定的一束激光A0以入射角i照射到液面上,反射光0B射到水平的光屏上,屏上用光电管将光讯号转变成电讯号,电讯号输入控制系统用以控制液面高度,如果发现点B在屏上向右移动了As的距离到,由此可知液面(填“升高”或“降低”).
答案:降低
【例2】在测定玻璃的折射率的实验中,对一块两面平行的玻璃砖,用插针法找出与入射光线
对应的出射光线,现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图所示的四组插针结果.
(1)从图上看,肯定把大头针插错了的同学是___________ •
(2)从图上看,测量结果准确度最高的同学是___________ ・
思路解析:由上图可知,乙图中出射线向左上侧偏移不符合实际,肯定插错了,甲、
丙和丁相比较,前面两者入射角及两个插针间距比图丁小些,故丁同学测量最准确.
答案:(1)乙(2) T
方法小结:光线透过平行玻璃砖吋出射光线与入射光线平行,且从空气射入玻璃时,
入射角大于折射角,因而光线透出时相当于入射光线向右下侧发生偏移,另外,插针
确定光路时,入射角稍大些好且插针相距稍远些好.
变式训练1:如图所示,在用插针法测定玻璃折射率的实验中,以下各说法正确的是()
A.Pi、P2及P3、P“之间的距离适当大些,可以提高准确度
B.P"匕及P3、P4之间的距离取得小些,可以提高准确度
C.入射角i适当大些,可以提高准确度
D.入射角太大,入射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射,使实验无法进行
答案:B,C
变式训练2:如图所示中一半圆形玻璃外面插下P]、P2、P3、匕四个大头针,
P3、円可挡住P】、P2所成的像,已知0、P2、P】在一直线上,0、P3、P4也在
一直线上,Pl、P4点
分别为(1,、厅)、(-73,-1),则折射率为_______________________ ,若将玻璃砖绕0点在纸面
上旋转15° ,仍要P.;挡住P2、Pl像,则PJ点的坐标为__________________ 答案:侖(-73,4-1)问题探究
问题:如何设计实验,探究影响玻璃折射率大小的因素?
导思:在做此实验时,为了使测定结果更为准确,有以下几点需要注意:
(1)插针R与P2、与几的间距要适当的大些,不要靠得太近,选择玻璃砖时,宽度宜大些,
这样可减小确定光路方向时出现的误差,提高测量的准确度.
(2)入射角不能太小(接近0。
)也不能太大(接近90° ),因为入射
角太小时,折射角就会更小,测量时相对误差增大;入射角太大时,导致
反射光太强、折射光太弱,不易观察,很难确定卩3、Pi 的位置.
(3)如果通过插针匕、P2的连线的光线射向玻璃右侧,且入射角又
大于某一数值,会出现隔着玻璃砖沿Pz、Pl方向观察不到P"匕两插针情况,
此时的光路图如图2所示,遇到这种现象,可将玻璃砖沿4*界面向右平移.
(4)实验中一旦玻璃砖宽度所定的界而线aa z和bb'画好J
后,放置的玻璃砖就不要随便移动,如杲玻璃砖稍微斜移动,| 测得的折射率肯
定发生变化•如果稍微上下平移了玻璃砖对x x 测量结果没有影响,其光路如图3
所示. 甲"
X
X
b
X
X
(5)本实验屮如果采用的不是两面平行的玻璃砖而采用三棱镜、半圆形玻璃砖,只是出射光与入射光不平行,但一样能测出折射率.
探究:实验,照图4那样,先在白纸上画一条直线眈'作为界面,过a*上的一点0画出界面的法线NN',并画一条线段A0作为入射光线,然后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‘ ,在线段AO上竖直地插上两枚大头针P】、13透过玻璃
观察大头针P】、P2的像,调整视线的方向,直到P】的像被D挡住,再
图4 在观察的这一侧插两枚大头针P3、P"使P3挡住R、P2的像,Pl挡住Pl、
P2的像及P3,记下P3、P4 的位置.
移去大头针和玻璃砖,过1)3、P4引直线O' B,与bb‘交于0’ ,直线0’
B就代表了沿A0 方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向,连接OCT , OCT就是折射光线的方向,入射角i=ZA0N,折射角r=Z0z 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,把这些数据记入自己设计的表格里.
用上面的方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°、75°时的折射角,查岀入射角和折射角的正弦值,把这些数据也记在表格里.
• •
算出不同入射角的聖丄的值,比较一下,看它们是否接近于一个常数,求出几次实验屮
sin r
• •
测得的沁的平均值,就是玻璃的折射率.
sin r
• • 探究结论:通过实验探究,可以发现,当入射角分别取不同值时,折射角也不同,但凹sin r 的值近似相等,所以说介质对光的折射率的大小由介质本身的性质决定,与入射角和折射角的大小无关.。