光的反射和折射

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1、共 53 页1 第十三章 光第一节 光的反射和折射 共 53 页2 “水中月”的虚幻告诉人们光的反射; 有经验捕鱼人,总是把鱼叉叉向鱼的前下方,这是什么道理呢? 共 53 页3 一光的反射1.反射现象,如下图所示,当光线AO照射到两种介质(例如空气和玻璃)的分界面上时,在一般情况下分为两条光线:一条光线OB返回原介质,称为反射光线,另一条光线OC进入另一种介质,称为折射光线.入射光线AO与法线ON所构成的平面称为入射面.入射光线与法线的夹角称为入射角(1),反射光线与法线的夹角称为反射角(1),折射光线与法线的夹角称为折射角( 2). 共 53 页4 2.反射定律光的反射遵循反射定律:反射光线

2、在由入射光线和法线所决定的平面内,它与入射光线分居法线的两侧,反射角等于入射角.3.光路可逆实验表明,如果逆着原来反射光线的方向射到反射面上,它就要逆着原来入射光线的方向反射出去,这一规律称为光路可逆原理.在上图中如果BO作为入射光线,则OA必为反射光线. 共 53 页5 二光的折射1.光的折射现象如上图所示,当光线入射到两种介质的分界面上时,一部分光被反射到原来介质,即反射光OB,另一部分光进入第二种介质,并改变原来的传播方向,即光线OC,折射光线与法线的夹角称为折射角(2).注意:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般会发生变化,但并非一定要变化,当光垂直界面入射时光的传播方向就不变化

3、. 共 53 页6 深 化 探 究 2.折射定律内容:折射光线跟入射光线和法线在同一平面内,折射光线和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,即式中的n12是比例常数3.在折射现象中光路也是可逆的.如上图中,当光线沿CO射到介面时,就会沿OA射到另一种介质中.1 12 2sin nsin 共 53 页7 4.折射率在折射定律中提到的比例常数n12,是光从第1种介质到第2种介质时,入射角正弦和折射角正弦之比.n12是常数,它与入射角和折射角的大小无关,只与两种介质有关,当光从真空入射到某种介质时,此时常数n12可简单记为n.折射率:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角正弦

4、与折射角正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率,用符号n表示. 共 53 页8 折射率n与介质有关,是一个反映介质光学性质的物理量.经研究表明,介质的折射率不同,光在其中传播时速度不同,某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c与光在该种介质中的传播速度v之比,即cn v 共 53 页9 由于光在真空中的传播速度大于在任何介质中的传播速度,所以,折射率n是一个大于1的量,所以光从真空射入任何介质时,sin1都大于sin2,即入射角总大于折射角,由以上分析可知,当光从折射率较小的介质进入折射率较大的介质,发生折射现象时,入射角大于折射角;当光线从折射率较大的介质进入折射率较小的介质发生

5、折射现象时,入射角小于折射角.如光线从空气入射到玻璃时,入射角大于折射角;当光线从金刚石入射到水中发生折射时,入射角小于折射角(金刚石的折射率2.42 水的折射率1.33). 共 53 页10 三实验:测定玻璃的折射率1.实验目的(1)明确光通过玻璃时的入射角和折射角.(2)掌握测定玻璃折射率的方法. 共 53 页11 2.实验原理如下图所示,用两面平行的玻璃砖对光路的侧移.用插针法找出入射光线AO对应的出射光线OB,确定出射点O,画出折射光线OO,量出入射角1和折射角2,根据 计算出玻璃的折射率.1 2sinn sin 共 53 页12 3.实验器材白纸图钉大头针直尺铅笔量角器平木板长方形玻

6、璃砖.4.实验步骤(1)将白纸用图钉固定在平木板上.(2)在白纸上画一条直线aa作为界面,过aa上的O点画出界面的法线NN,并用一条线段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. 共 53 页13 (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P1P2的像,记下P3 P4的位置.(5)移去玻璃砖和大头针,过P3 P4作直线OB交bb于O点,直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过

7、玻璃砖后的传播方向. 共 53 页14 (6)连接OO,OO即为入射光线AO经玻璃折射后在玻璃中的折射光线,入射角1,折射角2.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,求出(7)用上述方法分别量出入射角分别为30、45、60时的折射角,查出相应折射角的正弦值,求出折射率.(8)将算出不同入射角时的折射率,求出 的平均值,即为所测玻璃的折射率.12 .sinn sin 12sinsin 共 53 页15 5.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之间,P3与P4之间,P3与O之间的距离要稍大一些.(2)入射角1应适当大一些,以减小测量角度

8、的误差,但入射角不宜太大,也不宜太小.(3)操作时,手不能触摸玻璃砖的光学面,更不能用玻璃砖当尺子画线.(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. 共 53 页16 6.数据处理此实验是通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,代入 中求得玻璃的折射率12sinn sin 共 53 页17 典 例 分 析 一关于折射率的概念例1:一束光从某种介质射入空气中时,入射角1=30,折射角2=60,折射光路如下图所示,则下列说法正确的是( )A.此介质折射率为B.此介质折射率为C.此介质的折射率大于空气的折射率D.光在介质中的速度比空气中大333

9、 BC 共 53 页18 解析:折射率等于当光线从真空或空气射入某种介质发生折射时入射角的正弦跟折射角正弦之比,此时为从某种介质入射到空气,所以 故B选项正确,空气的折射率接近1,或者说21,所以该介质的折射率大于空气的折射率,C选项正确.60 3,30sinn sin 答案:BC 共 53 页19 巩固练习1 如果光以同一入射角从真空射入不同介质,则( )A.折射角越大,表示这种介质对光线的偏折作用越大B.折射角越大,表示这种介质对光线的偏折作用越小C.折射角越小,表示这种介质对光线的偏折作用越大D.折射角越小,表示这种介质对光线的偏折作用越小BC 共 53 页20 解析:根据折射率的定义

10、在入射角相同的情况下,折射角越小的介质,其折射率越大,该介质对光线的偏折作用越大;反之,折射角越大,其折射率越小,该介质对光线的偏折作用越小.所以B C选项正确.答案:BC 12 ,sinn sin 共 53 页21 二有关折射率的计算问题例2:一细杆AB的一部分贴着柱形容器的内壁插入装满某种透明液体的容器内,眼睛从容器的边缘D斜往下看去,发现细杆的A端经液面反射的像恰好与B端经液面折射形成的像重合,如下图所示,已知容器直径CD=4 cm,AB=7 cm,AC=3 cm,则该液体的折射率为多少? 共 53 页22 解析:A关于液面成像于A,细杆的B点折射后也成像于A,光路图如下图所示 2 2

11、2 22 2 2 2 21 ( ) ( ) 4 4 4 2.5( ) ( ) . 3 31 41 CD BCsin CD BDn sin DA CD CD AC 折射率答案:1.13 共 53 页23 三实验:测定玻璃砖的折射率例3:某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时,他的方法和操作步骤都正确无误,但他处理实验记录时,发现玻璃砖的两个光学面aa和bb不平行,如下图所示,则( )A.P1P2与P3P4两条直线平行B.P1P2和P3P4两条直线不平行C.他测出的折射率偏大D.他测出的折射率不受影响BD 共 53 页24 解析:光线由aa进入玻璃砖时,由折射定律得 光线bb射出玻璃砖时,由折射

12、定律 若aa bb,则有=r,进而=i,出射光线OB与入射光线OA平行,若aa与bb不平行,则r,进而i,出射光线OB与入射光线AO不平行,故B选项正确,A错误.在插针法测玻璃折射率时,只要实验方法正确,光路准确无误,结论必定正确,它不受玻璃的形状影响,故D选项正确,C选项错误. .sinn sin,sinin sinr答案:BD 共 53 页25 四综合创新与拓展例4:假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比( )A.将提前B.将延后C.某些区域将提前,在另一些区域将延后D.不变B 共 53 页26 解析:由于地球表面存在大气,而大气并不是均匀介质,高空空

13、气稀薄,折射率小,而接近地面大气密度大,折射率较大,可认为大气折射率由高空到地面的折射率是逐渐增大的.阳光经过大气层时就要发生折射,使光线逐渐偏折沿曲线传播.如果假设没有大气层,光将沿直线传播.如下图所示.在地球上B点的人将在太阳到达A点时看到日出;而地球表面有大气层时,由于空气的折射率大于1,太阳光将沿如图所示AB曲线进入在B处的人眼中,使在B处的人看到了日出,但B处的人认为光是沿直线传播的, 共 53 页27 则认为太阳位于地平线上的A点,而此时太阳的实际位置还在地平线以下,相当于日出时刻提前了,所以无大气层时日出的时间将延后,故选B.答案:B 共 53 页28 基础强化12121. ,

14、( )A. ,B. ,C.D. ,nsin nsinsin nsin cv 关于折射率下列说法正确的是根据可知介质的折射率与入射角的正弦值成正比根据可知介质的折射率与入射角的正弦值成反比根据介质的折射率与介质中的光速成反比以上说法都不正确n解析:介质的折射率是由介质材料本身和入射光的频率决定,与其他因素无关.故D选项正确. n答案:D 共 53 页29 2.一束光由空气射入某介质,当入射光线和界面的夹角为30时,折射光线恰好与反射光线垂直,则光在该介质中的传播速度是( ). .2 33 3. .2 3c cA BC c D c: . 60 33. .30 3sin cn v csin n 解析

15、光路如图所示答案:D 共 53 页30 3.在某地的观察者看见太阳刚从地平线升起时,关于太阳的实际位置下列叙述正确的是( )A.太阳位于地平线上方B.太阳位于地平线下方C.太阳位于地平线上D.大气密度未知,无法判断答案:B 共 53 页31 5.下列说法正确的是( )A.光从一种介质进入另一种介质时,一定会发生偏折B.光从空气进入介质,折射角大于入射角C.光从空气进入介质,速度要减小D.折射即指光的传播方向发生改变的现象解析:当光线沿法线方向入射到另一种介质中时,光线方向不发生改变,而速度发生变化,如果光线从空气进入某种介质时,速度减小,因为空气和真空折射率认为相等且等于1,其它介质的折射率都

16、大于1,故C选项正确. 共 53 页32 6. , 45 , ,( )A.75 B.90 2C.105 D.120 一条光线从空气射入折射率为的介质中入射角为在界面上入射光的一部分被反射另一部分被折射则反射光线和折射光线的夹角是 12 122 ,45 1 ,: ,sin 30 ,105 ,C22 .sin nsinsin sinn 解析如图所示根据折射定律则反射光线与折射光线的夹角选项正确 共 53 页33 能力提升7.两束细平行光a和b相距为d,从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面,如图所示,若玻璃对a的折射率大于对b的折射率,当它们从玻璃砖的下表面射出后,有( )A.两束光仍平行,间距等于dB.两束光仍平行,间距大于dC.两束光仍平行,间距小于dD.两束光不再平行解析:光路如图所示由光路图可知dd,故C选项正确. 共 53 页34 8.一条光线以40 的入射角从真空中射到平板透明材料上,光的一部分被反射,一部分被折射,折射光线与反射光线的夹角可能是( )A.小于40B.在50100之间C.在100140之间D.大于140解析:由光路图可知光由真空射入介质中折射,折射角040,故C选项正确.