2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理选择性必修第一册-4.1 光的折射 学案
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理选择性必修第一册-4.1 光的折射 学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 83.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-01 15:40:20 | ||
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文档简介
第1节 光的折射 学案
学习目标：
1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题.
2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系，并会进行相关计算．
基础知识：
一.探究折射角与入射角的关系
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，一部分光会进入第2种介质的现象。如图所示。
(1)光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定．
(2)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角．
二.光的折射定律
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＝n12(式中n12是比例常数)．
三、折射率
1．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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝.
2．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＝.
3．理解：由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.
不同颜色的光在同一种介质中的传播速度不相同，折射率也不相同．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，折射率最小；紫光的传播速度最小，折射率最大．
重难点理解：
一、光的折射定律
1．光的折射
(1)光的方向：①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化．
②当光垂直界面入射时，光的传播方向不变．
(2)入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角．
2．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、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角．
(3)利用折射定律n＝，结合数学三角函数的关系进行运算．
典例1、如图所示为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，BC为半径R＝12 cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点。一束红光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光的折射率为n＝，求两个亮斑与A点间的距离分别为多少。
解析 光路图如图所示，设折射光斑为P1，折射角为r，
根据折射定律n＝ 可得sin r＝
由几何关系可得tan r＝
解得AP1＝6 cm
设反射光斑为P2，由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形，故AP2＝12 cm。
答案 6 cm 12 cm
二、折射率的理解与计算
(1)关于正弦值：当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数．
(2)关于常数n：入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性．
(3)折射率与光速的关系：光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1.
(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，它的大小由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化．(1)关于正弦值：当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数．
典例2、利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散程度．在如图所示的光路中，A为激光的出射点，O为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO过半圆顶点．若某条从A点发出的与AO成α角的光线，以入射角i入射到半圆弧上，出射光线平行于AO，则此玻璃的折射率为( )
A. B.
C. D.
B [根据光路图，由折射定律得n＝，
由几何关系得r＝i－α，故n＝.故B正确．]
巩固练习：
1．插入水中的筷子，水里部分从水面斜着看起来是( )
A．向上曲折 B．向下曲折
C．没有变化 D．与水对光线的反射有关，难以确定
2．一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90°，折射光线与反射光线间的夹角为105°，则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为( )
A.，c B.， C.，c D.，
3．(多选)关于折射率，下列说法正确的是( )
A．某种介质的折射率等于光在介质中传播速度v和光在真空中的传播速度c的比值
B．折射角和入射角的大小决定着折射率的大小
C．两种介质相比较，折射率小的介质称为光疏介质
D．任何介质的折射率都大于1
4.如图所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于BC边入射，经棱镜折射后从AC边射出．已知∠A＝θ＝60°，光在真空中的传播速度为c.求：
(1)该棱镜材料的折射率；
(2)光在棱镜中的传播速度．
参考答案：
1.A 2.D 3.CD
4.答案 (1) (2)c
解析 (1)作出光路图如图所示．
根据几何关系可知φ＝∠B＝30°，所以α＝60°.
根据折射定律有n＝＝，
又因为α＝θ＝60°，所以β＝γ.
又β＋γ＝60°，故β＝γ＝30°. 则n＝＝.
(2)光在棱镜中的传播速度v＝＝c.
学习目标：
1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题.
2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系，并会进行相关计算．
基础知识：
一.探究折射角与入射角的关系
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，一部分光会进入第2种介质的现象。如图所示。
(1)光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定．
(2)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角．
二.光的折射定律
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＝n12(式中n12是比例常数)．
三、折射率
1．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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝.
2．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＝.
3．理解：由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.
不同颜色的光在同一种介质中的传播速度不相同，折射率也不相同．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，折射率最小；紫光的传播速度最小，折射率最大．
重难点理解：
一、光的折射定律
1．光的折射
(1)光的方向：①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化．
②当光垂直界面入射时，光的传播方向不变．
(2)入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角．
2．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、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角．
(3)利用折射定律n＝，结合数学三角函数的关系进行运算．
典例1、如图所示为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，BC为半径R＝12 cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点。一束红光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光的折射率为n＝，求两个亮斑与A点间的距离分别为多少。
解析 光路图如图所示，设折射光斑为P1，折射角为r，
根据折射定律n＝ 可得sin r＝
由几何关系可得tan r＝
解得AP1＝6 cm
设反射光斑为P2，由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形，故AP2＝12 cm。
答案 6 cm 12 cm
二、折射率的理解与计算
(1)关于正弦值：当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数．
(2)关于常数n：入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性．
(3)折射率与光速的关系：光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1.
(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，它的大小由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化．(1)关于正弦值：当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数．
典例2、利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散程度．在如图所示的光路中，A为激光的出射点，O为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO过半圆顶点．若某条从A点发出的与AO成α角的光线，以入射角i入射到半圆弧上，出射光线平行于AO，则此玻璃的折射率为( )
A. B.
C. D.
B [根据光路图，由折射定律得n＝，
由几何关系得r＝i－α，故n＝.故B正确．]
巩固练习：
1．插入水中的筷子，水里部分从水面斜着看起来是( )
A．向上曲折 B．向下曲折
C．没有变化 D．与水对光线的反射有关，难以确定
2．一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90°，折射光线与反射光线间的夹角为105°，则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为( )
A.，c B.， C.，c D.，
3．(多选)关于折射率，下列说法正确的是( )
A．某种介质的折射率等于光在介质中传播速度v和光在真空中的传播速度c的比值
B．折射角和入射角的大小决定着折射率的大小
C．两种介质相比较，折射率小的介质称为光疏介质
D．任何介质的折射率都大于1
4.如图所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于BC边入射，经棱镜折射后从AC边射出．已知∠A＝θ＝60°，光在真空中的传播速度为c.求：
(1)该棱镜材料的折射率；
(2)光在棱镜中的传播速度．
参考答案：
1.A 2.D 3.CD
4.答案 (1) (2)c
解析 (1)作出光路图如图所示．
根据几何关系可知φ＝∠B＝30°，所以α＝60°.
根据折射定律有n＝＝，
又因为α＝θ＝60°，所以β＝γ.
又β＋γ＝60°，故β＝γ＝30°. 则n＝＝.
(2)光在棱镜中的传播速度v＝＝c.