物理人教版选择性必修课件4.1光的折射.pptx

第四章光学习目标1.认识光的反射及折射现象,通过对生活实例的探究,理解光的折射定律,会依据光的折射定律作出光路图并解释生活现象,培养知识建构能力和应用物理知识解决实际问题能力.2.通过对生活实例的探究,理解折射率的物理意义,知道折射率与光速的关系,会分析、计算与折射率相关的问题,培养知识应用能力.3.会测量玻璃的折射率,掌握实验过程及实验数据的处理方法,体会光线模型的建构过程.1光的折射知识点一折射定律1.将筷子分别斜插入水杯和碗里,如图甲、乙所示,看到的筷子有什么变化?引起这种现象的原因是什么?答案:斜插入水杯中的筷子,从侧面看筷子“断”了,斜插入碗中的筷子,从水面处斜着看,向上弯折.这都是由光的折射引起的.甲乙2.将上图甲、乙中斜着的筷子竖起,正对水面看,还能看到明显的偏折现象吗?思考光在什么情况下会发生偏折?答案:将斜着的筷子竖起,正对水面看,不能看到明显的偏折现象.光由一种介质斜着射向另一种介质时才会发生偏折.同一平面内两侧正比知识点二折射率1.折射率(1)概念: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,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率,用符号n表示.(2)公式:.之比2.当光从空气垂直射入水中时,根据折射定律判断水的折射率为0,正确吗?为什么?答案:不正确.折射率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.3.阅读教材第82页中“表几种介质的折射(=589.3nmt=20)”的内容,思考介质的折射率与介质的密度是否有关?是不是密度大,折射率就大?答案: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.小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“”,错误的打“”).1.光的反射现象中,光路是可逆的,光的折射现象中,光路不是可逆的.()2.一束光从空气进入水中时传播方向一定改变.()3.光发生反射时,一定伴随着折射现象.()4.光发生折射时,一定伴随着反射现象.()5.介质的折射率越大,光在这种介质中的传播速度越小.()6.折射率大的介质,密度一定大.()探究一折射定律问题情境1.下图是一束光照到水面的情况,你能分清楚哪束是反射光?哪束是折射光吗?答案:最亮的是入射光,其右侧的是反射光,界面下的是折射光.2.采用下图所示装置探究折射角和入射角的关系.将一束光照射到一半圆形玻璃砖的圆心处,折射光沿半径射出玻璃砖,由底座上的量角器可读出入射角和折射角,逐渐增大入射角.(1)在实验中你发现随着入射角的增大,折射角如何变化?答案:答案:随着入射角的增大,折射角也增大.(2)将入射角、折射角、入射角与折射角的比值和入射角与折射角的正弦值的比值分别记录在表格中,如下表所示.入射角1折射角253.41.471.47106.71.491.491510.11.491.482013.41.491.483019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.508040.61.971.51通过表格数据你发现入射角和折射角之间有什么定量关系?3.折射现象中光路可逆吗?发生折射时,折射角一定小于入射角吗?答案:折射现象中光路可逆.发生折射时,折射角不一定小于入射角.光从真空斜射入介质时,入射角大于折射角;光从某介质斜射入真空时,折射角大于入射角.过程建构【典例1】光以60的入射角从空气射入玻璃中,折射光与反射光恰好垂直.(1)画出折射光路图.(2)当入射角变为45时,折射角等于多少?解决光的折射问题的基本思路(1)画光路图:根据题意画出正确的光路图.(2)定角度: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)求解未知量:利用反射定律、折射定律求解.注意光路的可逆性、对称性的应用.探究二折射率问题情境光从真空射入水中时,n=1.33;从真空射入某种玻璃时,n=1.50.1.n的大小与什么因素有关?n的大小反映的是什么?答案:n的大小与介质有关系,n是一个反映介质的光学性质的物理量.常数n越大,光以相同入射角从真空斜射入这种介质时偏折的角度越大.答案:不可以.n的大小与入射角1、折射角2的大小无关.3.阅读教材第8182页,思考光在折射率大的介质中的传播速度大还是小?过程建构1.折射率(1)物理意义:折射率是反映介质的光学性质的物理量.折射率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.(2)特点:任何介质的折射率都大于1.(3)折射率的公式中的1为真空(空气)中的光线与法线的夹角,不一定是入射角;2为介质中的光线与法线的夹角,也不一定是折射角.【典例2】如图所示,一束光从空气射入某介质,入射光与反射光的夹角为90,折射光与入射光延长线间的夹角为15,光在真空中的速度c=3.0108m/s,求:(1)该介质的折射率;(2)光在该介质中传播的速度(结果保留三位有效数字).【变式】一束光从某种介质射入空气中时,入射角1=30,折射角2=60,折射光路如图所示.(1)此介质折射率为多少?(2)光在介质中的速度比在空气中的是大还是小?探究三实验:测量玻璃的折射率问题情境测量玻璃的折射率.1.实验思路要测量玻璃的折射率,你认为如何设计此实验?需要测量哪些物理量?选用什么器材?实验器材:两面平行的玻璃砖一块、大头针四枚、白纸一张、直尺一把或三角板一个、量角器一个、铅笔一支等.2.进行实验(1)先在白纸上画一条直线EE,代表两种介质的分界面;再画出一直线AB与直线EE交于B点,AB代表入射光线;然后画出分界面上B点处的法线NN,如图所示.(2)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与EE对齐.用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将玻璃砖拿开,画出直线FF,代表玻璃砖的另一边.(3)在直线AB上竖直地插上两枚大头针G1、G2,放回玻璃砖,然后眼睛在另一侧透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像,调整视线方向,直到G1的像被G2的像挡住.(4)再在观察的这一侧沿视线方向竖直地插上两枚大头针G3、G4,使G3挡住G1和G2的像,G4挡住G3以及G1、G2的像.(5)移去大头针和玻璃砖,过G3、G4的插点画直线CD,与FF相交于C点,直线CD就表示沿直线AB入射的光透过玻璃砖后的出射光线.连接B、C,BC就是玻璃砖内折射光的路径.(6)用量角器测出入射角1和折射角2,记录在设计的表格中.(7)改变入射角重复上述步骤.3.数据记录通过上面的步骤分别测出入射角为15、30、45、60、75时的折射角,并查出它们相应的正弦值,记录到表格中.入射角11530456075折射角2sin1sin2折射率n(3)单位圆法.在找到入射光和折射光以后,以入射点B为圆心,以任意长为半径画圆,与AB交于M点,与BC(或BC的延长线)交于M点,过M、M两点分别向NN作垂线,交NN于H、H,如图所示,用刻度尺量出MH和MH的长.5.实验注意事项(1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,同侧两针之间的距离要稍大些.(2)入射角应适当大些,以减小测量角度的误差,但也不宜太大,入射角太大,在玻璃砖的另一侧会看不到大头针的像.(3)操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面,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)玻璃砖应选择宽度较大的,一般要求在5cm以上,若宽度太小,则测量误差较大.(6)入射点应尽量靠近玻璃砖上界面的左侧,这样在玻璃砖的另一侧容易找到对应的出射光线.【典例3】某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行.正确操作后,作出的光路图及测出的相关角如图所示.(1)此玻璃的折射率计算式为n=(用图中的1、2表示).(2)如果有几块宽度不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度(选填“较大”或“较小”)的玻璃砖来进行实验.【典例4】某同学做测量玻璃的折射率实验时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,以入射点O为圆心,10cm长为半径画圆,分别交线段OA于A点,交O和O连线的延长线于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OB=8cm,CD=4cm,由此可得出玻璃的折射率n=.答案:1.5课堂评价1.一束光从空气射向折射率为1.5的玻璃内,入射角为45,下面的光路图中正确的是()ABCD答案:C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,选项A、B错误.由于真空中的光速是个定值,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传播速度有关,选项C正确.由于v=f,当f一定时,v与成正比,又n与v成反比,故n与也成反比,选项D正确.3.如图所示,水面上方有一点A,下方有一点B,A、B连线交水面于O点.在A点用一束红光射向水面上的P点(图中未标出P),正好在B点形成光斑.请分析P点在O点的(选填“右边”或“左边”).答案:右边解析:光从空气斜射入水中,根据光的折射定律知入射点P在O点的右边.4.某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸.(1)下列措施能够提高实验准确程度的是.A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图甲所示,其中实验操作正确的是.ABCD甲(3)该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN的垂线,垂足分别为C、D点,如图乙所示,则玻璃的折射率n=.(用图中的字母表示)乙解析:(1)为了减小实验误差,选用的玻璃砖的两光学表面间距应尽量大些,这样,玻璃砖内的折射光线能尽量长些,选项A正确.测量折射率时,只需找出入射光线和折射光线,因此玻璃砖的两光学表面可以不平行,选项B错误.为了减小实验误差应选用较细的大头针完成实验,选项C错误.两枚大头针之间的距离尽量大些,描绘出的光线误差才会小些,选项D正确.(2)由题图可知,选用的玻璃砖两光学表面平行,则出射光线应与入射光线平行,选项B、C错误.光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角,选项A错误,选项D正确.5.一透明介质制成的直角三棱镜如图所示,顶角A=30.一束光由真空垂直射向AC面,经AB面射出后的光偏离原来方向15.已知光在真空中的传播速度为c.求:(1)该介质对光的折射率;(2)光在该介质中的传播速度.情境某同学通过实验测量半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光在空气和玻璃砖中的传播路径.该同学测得多组入射角i和折射角r,作出的sini-sinr图像如图乙所示.新高考 新考向甲乙问题(1)判断光由A经O到B还是由B经O到A?(2)计算该玻璃砖的折射率.答案:(1)光由B经O到A(2)1.5。