新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 精品教学课件

点左侧设从e点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角则oe区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出如图由全反射条件有sin返回导航由几何关系有oersin联立式代入已知数据得l2r点射入后在上表面的入射角为由几何关系及式和已知条件得60点射出如图由反射定律和几何关系得ogoc射到g点的光有一部分被反射沿原路返回到达c点射出
由反射定律得反射角为
45°，根据折射定律
n＝ssiinn
θ1得 θ2
θ2＝30°，故
B、
D 错误，C 正确。
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探究
对折射率的理解
情景导入 不同介质折射率不同，而它们的密度也往往不同，那么介质的折射
率与其密度有什么关系？是不是介质的密度越大，其折射率就越大？ 提示：介质的折射率与介质的密度没有必然的联系，密度大，折射
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(3)如图2所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画 得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值__小__于____准确值(选填“大 于”“小于”或“等于”)。
(4)另一位同学准确地画好玻璃砖的界面aa′和bb′后，实验过程中 不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图3所示，而实验的其他操作均正 确，则折射率的测量值___等__于___准确值(选填“大于”“小于”或“等 于”)。
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特别提醒 (1)折射率的定义式 n＝ssiinnθθ12中的 θ1 为真空中光线与法线的夹角，不
一定是入射角，θ2 也不一定是折射角，产生这种现象的原因是光路的可 逆性。
(2)介质的折射率由介质的性质和光的频率共同决定，与入射角和折 射角无关。
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典例剖析
典例 2 (多选)有一束单色光从介质A射入介质B，再由介质B
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3．用光速表示的折射率 n＝vc，某种介质的折射率，等于光在__真__空____中传播的速度 c 与光 在这种__介__质____中的传播速度 v 之比。 4．特点 任何介质的折射率都__大__于__1___。
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知识点 3 测量玻璃的折射率 1．实验器材 白纸，图钉，__大__头__针____，直尺，铅笔，___量__角__器___，平木板，长
率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小。
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要点提炼 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。
sinr＝
4 42＋h2
把②代入
得 h＝5.3 m
答案：5.3 m
③ ③
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对点训练 1．(2020·浙江省嘉兴一中，湖州中学高二下学期期中)一束光线从空
气射向折射率为 2的玻璃内，入射角为 45°，下面光路图中正确的是 (C)
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解析：光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，所以 A 错误；
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对点训练
2．(多选)关于折射率，下列说法中正确的是
( CD )
A．根据 ssiinnθθ12＝n 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比
B．根据 ssiinnθθ12＝n 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比
C．根据 n＝vc可知，介质的折射率与介质中的光速成反比
D．同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成
直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，因为光传播的 速度发生了变化。
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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。
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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。
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『想一想』 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？
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解析：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。
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典例剖析 典例 3 (2020·江苏省扬州中学高二下学期期中)如图1所示，某
同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图 钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和 bb′，O为直线AO与aa′的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚 大头针。
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3．折射率与光速的关系 介质的折射率 n 跟光在其中的传播速度 v 有关，即 n＝vc，由于光在 真空中的传播速度 c 大于光在任何介质中的传播速度 v，所以任何介质的 折射率 n 都大于 1。 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。
反比
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解析：介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量，由介质 本身决定，与入射角、折射角无关。由于真空中光速是个定值，故n与v 成反比正确，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，由v ＝λf，当f一定时，v正比于λ。n与v成反比，故折射率与波长λ也成反 比。
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探究 要点提炼
射入介质C，如图所示。根据图中所给的情况判断，下列说法正确的是
A．介质B的折射率最大
( BC )
B．介质C的折射率最大
C．光在介质B中的速度最大
D．光在介质C中的速度最大
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思路引导：(1)根据入射角与折射角的大小，判定介质折射率的大小； (2)根据 n＝vc判定光线在各介质中的速度大小；(3)明确光路的可逆性。
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特别提醒 (1)应用折射定律和反射定律解题的关键是确定入射角和折射角。画
出正确的光路图是解题的必要前提。 (2)入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定，注意法线与界
面的区别。
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典例剖析
典例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， 小孩向河面看去，可同时 看到树顶和石头两者的像，并发现两个像 重合，若小孩的眼睛离河面高为 1.5 m， 河水的折射率为43，试估算河水深度。
(×) (√) (×) (√) (×) (√)
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『选一选』 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 ) 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
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思路引导：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Leabharlann 由图得 n＝ssiinnri
①
由几何关系得
1.5tani＋3tani＝6
解得 tani＝34 sini＝54
②
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P 点至树岸边的距离为 3tani＝4
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有___B__D___。 A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 B．插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像 C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3 D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像 (2) 过 P3 、 P4 作 直 线 交 bb′ 于 O′ ， 过 O′ 作 垂 直 于 bb′ 的 直 线 NN′，连接OO′。测量图1中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n＝ sinβ __si_n_α__。
实验：测量玻璃的折射率
1．实验步骤 (1)如图所示，将白纸用图钉钉在绘图板上。 (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。
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(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
方形玻璃砖。
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2．实验原理 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__′__D___ ， 确 定 出 O′ 点 ， 画 出 ___折__射__光__线__O__O_′__，量出入射角θ1和折射角θ2，
sinθ1 据n＝_s_i_n_θ_2 _计算出玻璃的折射率。
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知识点 2 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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率。 2．物理意义 是一个与介质有关的常数，反映介质___光__学__性__质___的物理量。
向。
(6)连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′。
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2．数据处理 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＝ssiinnθθ12中求多次不同入射角时 n 的值，然后取其平 均值，即为玻璃的折射率。
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3．注意事项
(1)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。
第四章 光
1．光的折射 2．全反射 P49 3．光的干涉 P85 4．实验：用双缝干涉测量光的波长 P126 5．光的衍射 P149 6．光的偏振 激光 P180
知识点 1 光的折射和折射定律 1．折射现象 光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向___改__变___的现象。
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2．折射定律 (1)内容：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。 (2)表达式：ssiinnθθ12 ＝n12。 3．光路的特点 在光的折射现象中，光路是__可__逆____的。
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。
(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
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探究
光的折射
情景导入
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？
提示：光的折射
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要点提炼 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(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．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
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『判一判』 (1)入射光线与反射光线在不同介质中。 (2)入射光线与反射光线关于法线对称。 (3)光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。 (4)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。 (5)介质的密度越大，其折射率一定也越大。 (6)光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角。
(2)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。
(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当
尺子画界线。
(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上。若宽度太小，则测量
误差较大。
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4．误差分析 实验误差主要有两个： (1)入射光线和出射光线确定的不够精确，因此要求插大头针时两大 头针间距应较大。 (2)入射角、折射角测量的不精确，为减小测角时的相对误差，入射 角要稍大些，但不宜太大，否则光线会从玻璃砖的侧面射出，并且入射 角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。
解析：光线由介质A进入介质B时，根据光路图可知，A的折射率大 于B的折射率；光由介质B进入介质C时，根据光路图可知，B的折射率 小于C的折射率。所以介质B的折射率最小，光在其中传播速度最大。由 光路的可逆性可知，光由B进入A时，如果入射角为60°，则折射角为 45°，而光由B进入C时，入射角为60°，折射角为30°，由此比较可知，介 质C的折射率最大，光在其中传播速度最小。故选BC。