高中鲁科版 (2019)光的折射学案

这是一份高中鲁科版 (2019)光的折射学案，共9页。
[学习目标] 1.会通过实验探究折射角与入射角的关系。2.理解光的折射定律，能够应用折射定律画出光路图，解决有关问题(重难点)。3.理解折射率的概念，知道折射率与光速的关系(重点)。
一、探究折射角与入射角的关系
(1)两图中，虚线表示什么？
(2)人们观察到水中的筷子和鱼的位置，比实际位置变浅了，产生这种现象的原因是什么？
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1．光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，____________会改变的现象。
2．实验：探究折射角与入射角的关系
(1)“两角”概念：(如图所示)
①入射角：____________与法线间的夹角，一般用i表示。
②折射角：____________与法线间的夹角，一般用r表示。
(2)实验结论：当入射角______________时，折射角也________。
如图甲、乙所示是一狭窄光束射到玻璃面上时发生折射和反射的情景，结合情景讨论下列问题。
(1)反射光线、折射光线、入射光线和法线的位置关系如何？
(2)入射角与折射角的大小关系如何？
(3)光束垂直玻璃面入射时，传播方向改变吗？
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例1 如图所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图，下列判断正确的是( )
A．AO是入射光线，OB为反射光线，OC为折射光线
B．BO是入射光线，OC为反射光线，OA为折射光线
C．CO是入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线
D．条件不足，无法确定
二、光的折射定律
参考以下数据，光从一种介质斜射入另一种介质时，折射角与入射角成正比吗？
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1．内容：入射角的________与折射角的________之比是一个________，这个关系称为光的折射定律，也叫斯涅耳定律。
2．表达式：____________＝n。
3．折射率：物理学中，把光从________斜射入____________发生折射时，入射角i的正弦与折射角r的正弦的比值n，称为这种介质的________，也称绝对折射率。
4．光路可逆性：在光的折射现象中，光路是________的。
说明：折射定律表达式eq \f(sin i,sin r)＝n中，i必须是真空(或空气)中的角，r必须是介质中的角。
在光的折射现象中，折射角一定小于入射角吗？试举例说明。
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例2 (2023·新乡市高二月考)如图所示，OCD是半径为R的半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径。一束单色光沿AO方向从真空射向OD界面，入射角为45°，折射光线与圆柱面的交点为B。已知∠OO1B＝60°，则此玻璃的折射率为( )
A.eq \f(\r(2),3) B.eq \f(\r(6),2) C.eq \r(2) D.eq \r(3)
例3 (2023·广州市高二月考)如图，某次“找靶点”游戏中，在距长方体水缸开口32 cm处的侧壁位置M点贴一张靶点的图片，然后将水缸装满水，游戏者需要站在指定观测点调整观察角度，恰好切着右侧壁P点看到靶点图片，此时将一根细长直杆从观测点经P点插入水中至水缸侧壁O点，测得O点在M点上方14 cm处，已知长方体水缸左右侧壁间距离为24 cm。
(1)试解释水缸装满水后，为什么观察到的“靶点”的位置升高了？
(2)求水的折射率。
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例4 半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为点O，AO为与底面垂直的半径。一束红光沿截面射向圆柱体，方向与底面垂直，入射点为B，∠AOB＝60°，已知该玻璃对红光的折射率n＝eq \r(3)，光线经圆柱体折射后与底面的交点到点O的距离是多少？画出光路图并求解。
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拓展 若是两束平行红光沿截面射向圆柱体，方向与底面垂直，入射点分别为A、B，其他条件不变。求两条光线经圆柱体和底面折射后的交点与O点的距离d。
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三、折射率
如图，一束由两种单色光组成的光从玻璃斜射入空气，在空气中变成了两束光。这两种单色光在玻璃的折射率相同吗？为什么？
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1．物理意义：反映介质____________的一个物理量，它反映了光从空气斜射入介质(或从介质斜射入空气)时________的程度。折射率越大，介质使光偏离原来传播方向的程度就越大。
2．折射率与光速的关系：某种介质的折射率，等于 ，即_____________。
说明：由于c>v，故任何介质的折射率n都________1(填“大于”“小于”或“等于”)。
3．色散现象
(1)原因：不同颜色的光在同一种介质中的传播速度不相同，________也不相同。在同一种介质中，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光，红光的传播速度最大，折射率________；紫光的传播速度________，折射率最大。
(2)现象：当一束白光射入三棱镜时，由于白光中不同色光的折射率不同，偏折程度就不同，紫光偏折程度________，红光偏折程度__________，经三棱镜折射后，会出现色散现象。
1．是否可以由折射率的定义式n＝eq \f(sin i,sin r)得出介质的折射率与入射角i的正弦成正比，与折射角r的正弦成反比？
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2．光从介质1进入介质2时，也会发生折射现象，这时折射角与入射角之间满足什么关系？
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(1)介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小。( )
(2)介质的折射率越大，介质的密度也越大。 ( )
例5 (多选)如图所示，从点光源S发出一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的a、b间形成一条彩色光带。下列说法正确的是( )
A．a侧是红光，b侧是紫光
B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D．在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小
例6 (2023·南阳市高二月考)如图所示，是光由空气射入某种介质时的折射情况，试由图中所给出的数据求出这种介质的折射率为________，光在这种介质中的传播速度为________________ m/s。(结果均保留2位有效数字。已知sin 35°≈0.57，sin 40°≈0.64，sin 45°≈0.71，sin 50°≈0.76，光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s)
第1节 光的折射
一、
(1)虚线表示折射光线的反向延长线。
(2)光从水射入空气发生了折射。
梳理与总结
1．传播方向
2．(1)①入射光线 ②折射光线
(2)增大 增大
思考与讨论
(1)反射光线、折射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、折射光线和入射光线分居法线两侧。
(2)当光从空气斜射到玻璃面上时入射角大于折射角。
(3)不改变，光从一种介质垂直射入另一种介质时沿直线传播。
二、
光从一种介质斜射入另一种介质时，折射角与入射角不成正比。
梳理与总结
1．正弦 正弦 常数 2.eq \f(sin i,sin r)
3．真空 某种介质 折射率 4.可逆
思考与讨论
不一定，光从空气中斜射到其他介质，入射角大于折射角。而光从其他介质斜射到空气中时，是折射角大于入射角。
三、不相同。因为不同单色光在相同介质中的传播速度不相同。
梳理与总结
1．光学性质 偏折
2．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
n＝eq \f(c,v) 大于
3．(1)折射率 最小 最小 (2)最大
最小
思考与讨论
1．不可以，折射率n由介质的性质和光的频率决定，与入射角i的正弦值和折射角r的正弦值无关。
2.
一种单色光从空气进入介质1，入射角为θ，折射角为θ1。
光线的折射光路如图
设介质1的折射率为n1，根据光的折射定律得n1＝eq \f(sin θ,sin θ1)①
同一种单色光从空气进入介质2，入射角为θ，折射角为θ2。
光线的折射光路如图
设介质2的折射率为n2，根据光的折射定律得n2＝eq \f(sin θ,sin θ2)②
由①②两式得n1sin θ1＝n2sin θ2。
一、
例1 C [法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，折射光线和入射光线位于法线两侧，可知CO为入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线，故选C。]
二、
例2 C [根据几何关系可知折射角为30°，则此玻璃的折射率n＝eq \f(sin 45°,sin 30°)＝eq \r(2)，故选C。]
例3 (1)见解析 (2)eq \f(4,3)
解析 (1)“靶点”反射的光从水进入空气的光路图如图所示。
根据光路图知道，逆着折射光线看到了O点，所以观察到的“靶点”的位置升高了。
(2)根据光路图，由几何关系可得
sin i＝eq \f(3,5)，sin r＝eq \f(4,5)，
根据n＝eq \f(sin r,sin i)，解得水的折射率n＝eq \f(4,3)。
例4 见解析
解析 光路图如图所示
由几何关系可得，光在AB面上的入射角θ＝60°
根据光的折射定律得n＝eq \f(sin θ,sin α)，得α＝30°
由几何关系可知，在底面上，折射点C到O点的距离为x＝eq \f(\f(R,2),cs 30°)＝eq \f(\r(3)R,3)。
拓展 eq \f(1,3)R
解析 光线的折射光路如图
由几何关系可得θ1＝30°，
由光的折射定律，可得n＝eq \f(sin θ2,sin θ1)，解得θ2＝60°，
则d＝eq \f(1,3)R。
三、
易错辨析
(1)√ (2)×
例5 BCD [由题图可知，a侧光偏折程度大，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，A错误，B、C正确；又v＝eq \f(c,n)，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D正确。]
例6 1.1 2.7×108
解析 根据折射定律有
n＝eq \f(sin 90°－50°,sin 90°－55°)，解得n≈1.1。
光在这种介质中的传播速度为
v＝eq \f(c,n)＝eq \f(3.0×108,1.1) m/s≈2.7×108 m/s。
入射角i(°)
折射角r(°)
eq \f(i,r)
eq \f(sin i,sin r)
10
6.7
1.49
1.49
20
13.3
1.50
1.49
30
19.6
1.53
1.49
40
25.2
1.59
1.51
50
30.7
1.63
1.50
60
35.1
1.71
1.51
70
38.6
1.81
1.51
80
40.6
1.97
1.51