2018 年高中物理创新学案含解析1第 1 讲 光的折射定律目标定位 1.掌握光的反射及反射定律.2.掌握光的折射及折射定律.3.掌握介质的折射率的概念，了解介质的折射率与光速的关系.4.会依据光的反射定律和折射定律作出光路图一、光的反射和折射现象当光射到两种介质的分界面时，一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象，叫做光的反射；另一部分光进入第二种介质继续传播的现象叫做光的折射二、光的折射定律1折射定律：入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数2公式：nsin isin r想一想 光在两种介质的界面发生反射和折射现象时，反射光线、折射光线和入射光线的传播速度是否相同？答案 光在不同介质中的传播速度不同反射光线和入射光线是在同一介质中，故它们两个的传播速度相同；折射光线和入射光线不在同一介质中，故它们两个的传播速度不同三、介质的折射率1把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角 i 的正弦值与折射角 r 的正弦值的比值，叫做这种介质的折射率nsin isin r2折射率与光速的关系：介质的折射率 n，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ncv3任何介质的折射率都大于 1.想一想 当光从水射入空气发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水2018 年高中物理创新学案含解析2的折射率，这种说法正确吗？为什么？答案 不正确空气可以作为真空处理，根据折射率的定义可知光从空气射入水发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率.一、对折射率的理解1折射率是一个反映介质的光学性质的物理量，其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应用 n计算介质折射率时，注意 i 为真空中的光线与法线夹角，不一定为入sin isin r射角；r 为介质中光线与法线的夹角，也不一定为折射角例 1 (多选)关于折射率，下列说法正确的是( )A根据n 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比sin isin rB根据n 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比sin isin rC根据 n 可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比cvD同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比解析 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，故选项 A、B 均错；由于真空中的光速是个定值，故 n 与v 成反比是正确的，选项 C 正确；由于 vf，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 正确答案 CD借题发挥 折射率 n 反映了介质的光学性质，它的大小只由介质本身和入射光的频率决定，与入射角和折射角的大小无关，切不可认为 n 与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比例 2 (多选)两束不同频率的单色光 a、b 从空气平行射入水中，发生了如图 1 所示的折射现象()下列结论中正确的是( )图 1A在水中的传播速度，光束 a 比光束 b 大2018 年高中物理创新学案含解析3B在水中的传播速度，光束 a 比光束 b 小C水对光束 a 的折射率比水对光束 b 的折射率小D水对光束 a 的折射率比水对光束 b 的折射率大解析 由公式 n，可得折射率 navb，A 正确，B 错误答案 AC二、光的折射定律的应用解决光的折射问题的基本思路：1根据题意画出正确的光路图2利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角3利用折射定律 n、折射率与光速的关系 n 列方程，结合数学三角函数的关sin isin rcv系进行运算例 3 如图 2 所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为 d，当桶内无油时，从某点 A恰能看到桶底边缘上的某点 B，当桶内油的深度等于桶高的一半时，在 A 点沿 AB 方向看去，看到桶底上的 C 点，C、B 相距 d.由此可得油的折射率 n_；光在油中传播14的速度 v_m/s.(结果可用根式表示)图 2解析 作出光路图如图所示由题意知，sin ，sin ，22d4d22d421555故油的折射率 n，sin sin 1022018 年高中物理创新学案含解析4光在油中传播的速度 v 6107 m/s.cn10答案 6107 10210借题发挥 在解决光的折射问题中正确画出光路图是前提，利用几何关系确定边、角关系是关键例 4 Morpho 蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉电子显微镜下鳞片结构的示意图如图 3 所示一束光以入射角 i 从 a 点入射，经过折射和反射后从 b 点出射设鳞片的折射率为 n，厚度为 d，两片之间空气层厚度为 h.取光在空气中的速度为 c，求光从 a 到 b 所需的时间 t.图 3解析 设光在鳞片中的折射角为 ，由折射定律知，nsin isin 在鳞片中传播的路程 l1，传播速度 v ，传播时间 t12dcos cnl1v解得 t1，2n2dc n2sin2i同理，在空气中的传播时间 t22hccos i则 tt1t2.2n2dc n2sin2i2hccos i答案 见解析对折射率的理解1(多选)光从真空射入某介质，入射角 i 从零开始增大到某一值的过程中，折射角 r也随之增大，则下列说法中正确的是( )A比值 不变ir2018 年高中物理创新学案含解析5B比值不变sin isin rC比值是一个大于 1 的常数sin isin rD比值是一个小于 1 的常数sin isin r解析 由折射率概念可知：折射率与介质有关，对于同一束光，介质的折射率不变，即 n不变，又 n ，故 n 始终大于 1.sin isin rcv答案 BC光的折射定律的应用2一条光线从空气射入折射率为的介质中，入射角为 45，在界面上入射光的一部2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( )A75B90C105D120解析 如图所示，根据折射定律n，则 sin r ，r30，反射光线与折sin isin rsin insin 45212射光线的夹角 1804530105，C 正确答案 C3.两束细平行光 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 4 所示，若玻璃对 a 的折射率小于对 b 的折射率当它们从玻璃砖的下表面射出后，有( )图 4A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两束光不再相互平行2018 年高中物理创新学案含解析6解析 作出两束光线在平行玻璃砖的光路图根据 na，nb，由题意知sin isin rasin isin rbnad.光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变，折射光线平行B 对答案 B4一小孩站在宽 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，同时看到树顶和石头两者的像且重合若小孩的眼睛离河面的高度为 1.5 m 如图 5 所示，河水的折射率为 ，试估算河水深度43图 5解析 光路图如图所示，得 n，由几何关系得 1.5tan 3tan 6，解得 tan sin sin ，sin ，P 点至树所在岸边的距离为 3tan 4 m，设河水深度为 h，4345则 sin ，由以上几式解得 h5.3 m.442h2答案 5.3 m题组一 光的反射现象和折射现象1(多选)关于光的反射与折射现象，下列说法正确的是( )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2018 年高中物理创新学案含解析7D光发生折射时，光的传播方向可能偏转 90解析 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；光从一种介质射到两种介质的分界面时，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 错误答案 ABC2关于光的折射现象，下列说法正确的是( )A光的传播方向发生改变的现象叫光的折射B光由一种介质进入另一种介质，传播方向一定改变C人观察盛水容器的底部，发现水变浅了D若光从空气射入液体中，它的传播速度一定增大答案 C3如图 1 所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生了反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是( )图 1AAO 是入射光，OB 为反射光，OC 为折射光BBO 是入射光，OC 为反射光，OA 为折射光CCO 是入射光，OB 为反射光，OA 为折射光D条件不足，无法确定解析 法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，反射光线、折射光线和入射光线都位于法线两侧入射角大小等于反射角，可知 CO 为入射光线，OB 为反射光线，OA 为折射光线答案 C4如图 2 所示为地球及其大气层，高空有侦察卫星 A 接收到地球表面 P 处发出的光信号，则 A 感知到的发光物应在( )图 2A图中 P 点B图中 P 点靠近 M 的一侧2018 年高中物理创新学案含解析8C图中 P 点靠近 N 的一侧D以上位置都有可能解析 由于大气层的存在，侦察卫星在 A 处接收到的 P 处发出的光信号的光路大致如图中实线所示，由图可知选项 B 正确，A、C、D 错误答案 B5井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(如图 3 所示，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则( )图 3A水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星B枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星C水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星D两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星解析 这是一道典型的视野问题，解决视野问题的关键是确定边界光线和确定是谁约束了视野等如本题中由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界光线如图所示由图可看出 ，所以水井中的青蛙觉得井口小些；，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项 B 正确，A、C、D 错误答案 B题组二 折射率及折射定律6(多选)有、三种介质，光线的传播方向以及光线与介质分界面的夹角如图4 所示，由此可以判断( )2018 年高中物理创新学案含解析9图 4A光在介质中传播的速度最小B介质的折射率最小C光在介质中的传播速度最大D介质的折射率最大解析 由图可知，光在介质中的入射角大于在介质中的折射角，而在介质中的入射角小于在介质中的折射角，说明介质的折射率最大、介质的折射率最小，由 n可知，光在介质中传播的速度最小、介质中最大，选项 A、B 正确，C、D 错误cv答案 AB7以往，已知材料的折射率都为正值(n0)现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n0)，称为负折射率材料位于空气中的这类材料，入射角 i与折射角 r 依然满足n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)sin isin r现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出若该材料对此电磁波的折射率 n1, 正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是(