1、- 1 -光的反射和折射反射及反射定律探新知基础练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。辨是非(对的划“” ,错的划“”)1反射角与入射角成正比。()2光的反射现象中有时光不遵循反射定律。()3在光的反射现象中,光路可逆。()释疑难对点练1在光的反射现象中,要注意反射角与入射角是指光线与法线的夹角。2在光的反射现象中,光路可逆。试身手1如图所示,在房间内靠近墙角的天花板上有一面平面镜,在房间地板上的 B 点放一点光源 S,通过平面镜的反射在竖
2、直墙壁上出现一个光斑。若要使墙壁上光斑的面积增大一些,下面的方法中可行的是( )A保持光源的位置不变,将平面镜绕过平面镜 O 点且垂直纸面的轴,沿顺时针方向转动一个小角度B将光源沿地面向左移动一小段距离C将光源沿地面向右移动一小段距离D将光源竖直向上移动一小段距离解析:选 B 如图所示,利用平面镜成像的对称特点,找出光源S 通过平面镜所成的像 S,作出过平面镜边缘的入射光线 BE 和反射 光线 EF,则 OF 表示光斑的大小。A 项中,将平面镜沿顺时针方向转动 一- 2 -个小角度,光源通过平面镜所成的像的位置下移, F 点上移,会使光斑变小,故 A 错;B 项中,减小了入射角和反射角,从而使
3、 F 点下移,光斑变大,故 B 对;同理分析可知 C 错;D项中,将光源竖直向上移动一小段距离,则像点下移,使 F 点上移,会使光斑变小,D 错。光的折射及折射定律探新知基础练光的折射光从第 1 种介质射到它与第 2 种介质的分界面时,一部分光进入第 2种介质的现象入射角、折射角入射角:入射光线与法线的夹角折射角:折射光线与法线的夹角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,即: n12sin 1sin 2辨是非(对的划“” ,错的划“”)1光发生折射现象时一定伴随着反射现象。()2在光的折射现象中遵循光路可逆原理。
4、()3入射角与折射角成正比。()释疑难对点练1光的方向(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),但并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化。(2)在光的折射现象中,光路是可逆的。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,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真空(空气)进入某种介质发生折射时,入射角大于折射角;反过来,光从某种介质进入真空(空气)时,则入射角小于折射角。产生这种现象的原因是光路的可逆性。试身手2(多选)关于光的折射,下列说法正确的是( )A折射
5、光线一定在法线和入射光线所确定的平面内B入射光线、法线与折射光线不一定在一个平面内C入射角总大于折射角- 3 -D光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角解析:选 AD 由折射定律可知:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,A 对,B错;光由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由两种介质的光学性质决定,例如,光从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角,由光路的可逆性知,光从玻璃斜射向空气时入射角小于折射角,故 C 错,D 对。折射率探新知基础练1折射率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,叫这种介质的折射率。即
6、n12 。sin 1sin 23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 。cv4特点任何介质的折射率都大于 1。辨是非(对的划“” ,错的划“”)1根据 n , n 与 sin 1成正比,与 sin 2成反比。()sin 1sin 22光从空气射入水中,光的传播速度一定增大。()3光密介质和光疏介质是相对而言的,同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。()释疑难对点练1入射角、折射角的正弦值当光由真空中射入某种介质中时,入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的,但正弦值之比是一个常数。2关于常
7、数 n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数 n,但不同介质具有不同的常数,说明常数反映了介质的光学特性。折射率可由入射角与折射角的正弦值之比来描述其大小,但与入射角及折射角的正弦值无关,仅与介质及入射光有关。3折射率与光速的关系- 4 -介质的折射率跟光在其中的传播速度 v 有关,即 n ,由于光在真空中的传播速度 c 大cv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,因此,光从真空斜射入任何介质中时,入射角均大于折射角。而光由介质斜射入真空中时,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,它的大小只由介质本身及光的性质共同决定,不
8、随入射角、折射角的变化而变化。特别提醒 不论光从真空射入介质,还是从介质射入真空,折射率的定义式 n中, 1都为真空中的光线与法线的夹角,而 2为介质中的光线与法线的夹角,产sin 1sin 2生这种现象的原因是光路的可逆性。试身手3.如图所示,有一玻璃三棱镜 ABC,顶角 A 为 30,一束光线 a 垂直于 AB 射入棱镜,由 AC 射出进入空气,测得出射光线与入射光线间夹角为 30,则棱镜的折 射率为( )A. B212C. D.333解析:选 C 由题意及几何关系可知,光线从棱镜射向空气中时,入射角为 130,折射角为 260,则棱镜的折射率 n 。故 C 正确。sin 2sin 1 3
9、测定玻璃的折射率探新知基础练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,用量角器测出入射角 1和折射角 2,根据折射定律计算出玻璃的折射率 n 。sin 1sin 22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。辨是非(对的划“” ,错的划“”)1测定玻璃折射率时可以利用三棱镜等其它形状的玻璃,不一定用平行玻璃砖。()2测定玻璃折射率时, 入射角取得越大越好。()3玻璃砖的折射面要画准,可用玻璃砖界面代替直尺画界线。()释疑难对点练- 5 -1实验步骤(1)如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。(2)在白纸上画出一条直线 aa作为界面(线
10、),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,画出玻璃砖的另一长边 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向。(6
11、)连接 OO,入射角 1 AON,折射角 2 O ON,用量角器量出 1和 2,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在设计的表格中。(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 ,最后求出在几次实验中比值 的平均sin 1sin 2 sin 1sin 2值,即为玻璃砖的折射率。2注意事项(1)实验中,玻璃砖在纸上的位置不可移动。(2)不能用手触摸玻璃砖光洁面或把玻璃砖当尺子用。(3)大头针应竖直插在白纸上,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
12、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,而是三棱镜、半圆形玻璃砖等,则只是出射光和入射光不平行,同样能测出折射率。试身手4在测定玻璃砖折射率的实验中为了减小实验误差,以下说法错误的是( )A玻璃砖的宽度宜大些B入射角应尽量小些C大头针应垂直地插在纸面上D大头针 P1与 P2及 P3与 P4之间的距离应适当大些解析:选 B 玻璃砖宽度大些,可减小测量误差;大头针垂直插在纸面上以及大头针 P1与 P2及 P3与 P4之间的距离适当大些,可减小确定光路方向时的误差,A、C、D 正确;入射角不能太大也不能太小,入射角较小时,测量
13、误差较大,B 错误。- 6 -对折射定律的理解典例 1 如图所示,光线以入射角 1从空气射向折射率 n 的玻璃表面。2(1)当入射角 145时,反射光线与折射光线的夹角 为多 大?(2)当入射角 1为多大时,反射光线和折射光线垂直?解析 (1)设折射角为 2,由n ,sin 1sin 2得 sin 2 ,sin 1n sin 452 12所以 230。又反射角 145,则反射光线与折射光线的夹角 180 1 2105。(2)当反射光线和折射光线垂直时,即 1 290, n sin 1sin 2 sin 1cos 1tan 1 ,sin 1cos 1 2则入射角 1arctan 。2答案 (1)
14、105 (2)arctan 2解决此类光路问题,关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注意以下几点:(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系,注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。折射定律的应用典例 2 一半圆柱形透明物体横截面如图所示,底面 AOB 镀- 7 -银(圆中粗线), O 表示半圆截面的圆心。一束光线在横截面内从 M 点入射,经过 AB 面反射后从 N 点射出。已知光线在 M 点的入射角为 30, MOA60, NOB30,sin15。求:6 22(1)光线在 M 点的折射角;(2)透明物
15、体的折射率。解析 (1)如图所示,透明物体内部的光路为折线 MPN, Q、 M 点相对于底面 EF 对称,Q、 P 和 N 三点共线。设在 M 点处,光的入射角为 i,折射角为 r, OMQ , PNF 。根据题意有 30由几何关系得, PNO PQO r,则 r60且 r 由式得r15。(2)根据折射率公式有sin i nsin r由式得 n 。6 22答案 (1)15 (2)6 22遇到球形、半球形玻璃砖,或圆柱形玻璃砖时,均需过入射点做该点与球心的连线,此连线即为入射光线的法线,从而确定入射角和折射角。测定玻璃的折射率典例 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
16、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。- 8 -(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 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
17、的图上,标明入射角 1和折射角 2,并画出 虚线部分。用量角器测量出 1和 2或用刻度尺测出线段 EF、 OE、 GH、 OG 的长度。(3)n 或因为 sin 1 ,sin 1sin 2 EFOEsin 2GHOG则 n 。EFOE OGGH答案 (1)光路图见解析图 (2)入射角 1 折射角 2(或 EF 和 OE、 GH 和 OG) 如解析中图所示 (3) (或 )sin 1sin 2 EFOE OGGH课堂对点巩固1关于光的反射与折射现象,下列说法不正确的是( )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 90C光发生折射时,一定伴随着反射D光发生折射时,
18、光的传播方向可能偏转 90解析:选 D 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;光从一种介质射到与另一种介质的分界面时,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。- 9 -2(多选)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 不可能是入射光线B aO 可能是入射光线C cO 可能是入射光线D Ob 可能是反射光线解析:选
19、 ABD 由于入射角等于反射角,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。故 A、B、D 正确。3.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成,夜间行 车时,它能把车灯射出的光逆向返回,所以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作的。如图所示,一束单色 光射入一玻璃球体,入射角为 60。已知光线在玻璃球内经一次反射 后,再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为( )A. B1.5 C. D22 3
20、解析:选 C 如图所示,为光线在玻璃球内的光路图。 A、 C 为折射 点,B 为反射点,作 OD 平行于入射光线,故 AOD COD60,所 以 OAB30,玻璃的折射率 n ,故 C 正确。sin 60sin 30 34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,如图所示。用刻度尺量得 OB8 cm, CD4 cm,由此可得出玻璃的折射率n_。解析:由题图可知 sin AOB ,
21、sin DOC , OA OC10 cm,根据 n 知,ABOA CDOC sin 1sin 2n 1.5。sin AOBsin DOC ABCD 102 824答案:1.5课堂小结 - 10 -课时跟踪检测十一一、单项选择题1若某一介质的折射率较大,那么( )A光由空气射入该介质时折射角较大B光由空气射入该介质时折射角较小C光在该介质中的速度较大D光在该介质中的速度较小解析:选 D 由 n 可知,光由空气射入介质时的折射角是由折射率 n 和入射角sin 1sin 2 1共同决定的,所以 A、B 均错;由 n 可知,介质的折射率越大,光在该介质中的速度越cv小,故 C 错,D 对。2如果光以同
22、一入射角从真空射入不同介质,则折射率越大的介质( )A折射角越大,表示这种介质对光线偏折作用越大B折射角越大,表示这种介质对光线偏折作用越小C折射角越小,表示这种介质对光线偏折作用越大D折射角越小,表示这种介质对光线偏折作用越小解析:选 C 根据折射率 n ,在入射角相同的情况下,折射率越大的介质,其sin 1sin 2折射角越小,该介质对光的偏折作用越大。C 正确。3关于光的折射现象,下列说法中正确的是( )A折射角一定小于入射角B折射率跟折射角的正弦值成反比C折射角增大为原来的 2 倍,入射角也增大为原来的 2 倍D折射率大的介质,光在其中的传播速度小解析:选 D 光从折射率大的介质斜射入
23、折射率小的介质时,折射角大于入射角,选项A 错误;折射率由介质材料决定,与折射角的大小无关,选项 B 错误;折射率 n ,折sin isin r- 11 -射角增大为原来的 2 倍,入射角并不增大为原来的 2 倍,选项 C 错误;折射率与光速的关系是 n ,则 n 大时 v 小,选项 D 正确。cv4光线由空气射向某介质,当入射角为 i 时,折射光线与反射光线正好垂直,那么这种介质的折射率和光在该介质中的速度分别为( )A nsin i, v csin i B ntan i, v ctan iC ntan i, v D ncos i, vctan i ctan i解析:选 C 由于折射光线与反
24、射光线正好垂直,所以折射角 r90 i,则 ntan i,A、D 项错误;又 n ,故 v ,B 项错误,C 项正确。cv ctan i5.如图所示, P、 Q 是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜, 叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与 P 的上表面成 角的方向斜 射向 P,其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率nP nQ,则下列说法正确的是( )A一定没有光线从 Q 的下表面射出B从 Q 的下表面射出的光线一定与入射到 P 的上表面的光线平行C如果光线从 Q 的下表面射出,出射光线与下表面所夹的锐角一定大于 D如果光线从 Q 的下表面射出,出射光线与下表面所夹的锐角一定小
25、于 解析:选 D 作出光路图,如图所示。由题意可知,光线垂直射入Q,根据折射定律,则有: nP , nQ ;因为sin sin sin isin rnP nQ, r,所以 i,所以 D 对。二、多项选择题6如图所示,一玻璃柱体的横截面为半圆形。单色光束从空气射到柱体的 O 点(半圆的圆心),产生反射光束 1 和折射光束 2。已知玻璃柱 的折射率为 ,入射角为 45(相应的折射角为 24)。现保持入射光3 束不变,将半圆柱绕通过 O 点垂直于纸面的轴线顺时针转过 15,如 图中虚线所示,则( )A光束 1 转过 15B光束 1 转过 30C光束 2 转过的角度小于 15D光束 2 转过的角度大于
26、 15解析:选 BC 转动前,光束 1(反射光)与入射光线间的夹角为 A45290,光束2(折射光)的反向延长线与入射光线间的夹角为 B452421;转动后,反射光线与入射光线的夹角 A602120,根据折射定律 ,得 r30,则折射sin 60sin r 3- 12 -光线的反向延长线与入射光线间的夹角为 B603030,得 A A A30, B B B9,故 B、C 项正确。7如图所示,光在真空和介质的界面 MN 上发生偏折,那么下 列说法正确的是( )A光是从真空射向介质B介质的折射率约为 1.73C光在介质中的传播速度约为 1.73108 m/sD反射光线与折射光线成 60角解析:选
27、BC 因为折射角大于入射角,所以光是从介质射向真空的,选项 A 错误;据折射率公式 n ,所以 n1.73,选项 B 正确;再由折射率 n ,代入数据得sin 1sin 2 cvv1.7310 8 m/s, 选项 C 正确;由几何关系易知,反射光线与折射光线成 90角,选项 D错误。三、非选择题8. 如图所示为某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射 率时,先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的圆,圆心为 O,将玻璃圆 柱平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合。在玻璃一侧竖直插两枚 大头针 P1和 P2,再在另一侧先后插两枚大头针 P3和 P4,使从另一侧隔着玻璃观察时,大头针P4和 P3与 P2和
28、P1的像恰在一条直线上,移去玻璃圆柱和大头针后,在本题的图中画出:(1)沿 P1和 P2连线方向的入射光线通过圆柱形玻璃后的传播方向;光线在玻璃内的传播方向;在光线的入射点作法线,标出入射角 1和折射角 2。(2)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算)。解析:(1)如图所示,过 P1、 P2作直线交圆周于 O1点,过点 O1作法线 O1O;过 P3、 P4作直线为出射光线,交圆周于 O2点;过 O2O 作直线为法线。连接 O1O2为入射光线在玻璃内的折射光线。 P1P2与 O1O 的夹角即为入射角 1, O1O2与 O1O 的夹角即为折射角 2。(2)量出图中标出的入射角 1和折射角 2,折射率
29、 n12 。sin 1sin 2答案:(1)见解析图 (2) n12sin 1sin 29如图所示,一等腰直角三棱镜放在真空中,斜边 BC d,一 束单色光以 60的入射角从 AB 侧面的中点入射,折射后从侧面 AC 射 出。- 13 -已知三棱镜的折射率 n ,单色光在真空中的光速为 c,求:62(1)第一次折射时的折射角;(2)此单色光在三棱镜中的传播速度;(3)此单色光通过三棱镜的时间。解析:(1)单色光在 AB 面上发生折射,光路如图所示。根据折射定律得 n , nsin 60sin 62由以上两式得 45。(2)光在棱镜中的速度v c。63(3)因 45,故光在棱镜内传播的路径 DE 与 BC 平行,且 DE BC ,所以, t12 d2。6d4c答案:(1)45 (2) c (3)63 6d4c
copyright@ 2008-2019 麦多课文库(www.mydoc123.com)网站版权所有
备案/许可证编号:苏ICP备17064731号-1