2020--2021物理人教版选修3-4课件：第13章 1 光的反射和折射41张含答案
文档属性
| 名称 | 2020--2021物理人教版选修3-4课件：第13章 1 光的反射和折射41张含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-06-03 20:38:11 | ||
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文档简介
(共41张PPT)
第13章
1 光的反射和折射
第13章
1 光的反射和折射
读一读·思一思
辨一辨·议一议
一、反射定律和折射定律
阅读教材第44、45页,认识光的反射现象,理解反射定律。认识光的折射现象,理解折射定律,会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。
1.什么是光的反射?
答案:光从一种介质照射到与另一种介质的分界面时,一部分光会返回到第一种介质的现象。
2.什么是反射定律?
答案:反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
3.什么是光的折射?
答案:光从一种介质斜射到两种介质的分界面时,进入另一种介质的一部分光线传播方向发生改变的现象。
4.什么是折射定律?
答案: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。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
二、折射率
阅读教材第45~47页,理解折射率的概念,会测定玻璃的折射率。
1.折射率的概念是什么?
答案: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,用符号n表示。
2.折射率的物理意义是什么?
答案:是一个与介质有关的常数,反映介质的光学性质。
3.折射率有什么特点?
答案:任何介质的折射率都大于1。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
1.思考辨析。
(1)光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。
( )
解析:如果光垂直分界面入射时,光的传播方向就不会变化。
答案:×
(2)介质的密度越大,其折射率一定也越大。
( )
解析:介质的折射率与介质的密度没有必然联系,密度大,其折射率不一定大。
答案:×
(3)光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角。
( )
答案:√
读一读·思一思
辨一辨·议一议
2.探究讨论。
(1)反射现象和折射现象中,光分别是在几种介质中传播?
答案:反射现象中,光在一种介质中传播;折射现象中,光在两种介质中传播。
(2)反射是不是只发生在透明介质的表面?
答案:不是,不透明介质的表面也能发生反射。
(3)若光从空气进入水中,折射定律中的比例常数n12的1和2分别代表什么介质?
答案:比例常数n12的1是空气,2是水。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对光的折射现象的理解
问题导引
有经验的渔民叉鱼时,不是正对着看到的鱼去叉,而是对着所看到鱼的下方叉,如图所示。你知道这是为什么吗?
探究一
探究二
探究三
当堂检测
要点提示:从鱼身上反射的光线由水中进入空气时,在水面上发生折射,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼逆着折射光线的方向看去,就会觉得鱼变浅了,眼睛看到的是鱼的虚像,在鱼的上方,所以叉鱼时要瞄准像的下方,如图所示。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.光的方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化,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。
2.光的速度:光从一种介质进入另一种介质时,速度一定变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射现象,因为光传播的速度发生了变化。
3.入射角与折射角的大小关系:光从一种介质进入另一种介质发生折射时,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关系而定。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
4.对折射现象的理解
(1)特殊情况:当光垂直于界面入射时,虽然光的传播方向不变,但光速变了,因此也属于折射。
(2)光线的偏折方向:光线从折射率小的介质斜射入折射率大的介质,折射光线向法线偏折,反之将偏离法线。
(3)光路可逆性:光由介质射入空气或真空时,折射角θ2大于入射角θ1。根据光路可逆,可认为光由空气或真空以入射角θ2入射,对应的折射角为θ1。
在折射现象中,光路是可逆的。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题1如图所示,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,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5
m,河水的折射率为
,试估算河水深度。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
【思考问题】
解答本题的思路是什么?
提示:根据题意,正确作出光路图,明确入射角、反射角、折射角间的关系是解答此题的关键。
解析:树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示
答案:5.3
m
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结解决光的反射、折射问题的方法
(1)根据题意准确、规范地画出光路图,确定好界面和法线。
(2)在光路图中找出入射角、反射角和折射角,利用几何关系确定光路图中的边、角关系,与折射定律n=
中的各量准确对应。结合数学的三角函数的知识进行运算,必要时可利用光路可逆原理辅助解题。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练1一条光线以40°的入射角从真空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40°
B.在50°~100°之间
C.在100°~140°之间
D.大于140°
解析:由
>1得折射角θ2<θ1=40°,由反射定律得θ3=θ1=40°,如图所示,故折射光线与反射光线的夹角φ=180°-θ3-θ2=140°-θ2,所以100°<φ<140°,故选项C正确。
答案:C
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对折射率的理解
问题导引
下表是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射时的规律时得到的实验数据,请在表格基础上思考以下问题:
探究一
探究二
探究三
当堂检测
(1)随着入射角的增大,折射角怎样变化?
(2)当入射角与折射角发生变化时,有没有保持不变的量?
要点提示:(1)折射角增大。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
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。
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。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
光从一种介质垂直射入另一种介质时,虽然光的传播方向没有变,但光也算发生了折射现象。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题2光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108
m/s)
(1)画出折射光路图。
(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度。
(3)当入射角变为45°时,折射角的正弦值是多大?
(4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化?
探究一
探究二
探究三
当堂检测
解析:(1)由题意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,光路图如图所示。
(4)折射率不会变化,折射率由介质和入射光线的频率决定,跟入射角的大小无关。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练2如图所示,一束激光垂直于AC面照射到等边玻璃三棱镜的AB面上。已知AB面的反射光线与折射光线的夹角为90°。光在真空中的传播速度为c。求:
(1)玻璃的折射率。
(2)激光在玻璃中传播的速度。
解析:(1)如图所示,由几何关系知:光在AB界面的入射角θ1=60°,折射角θ2=30°
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结解决折射率问题的注意点
(2)所有物质的折射率都大于1。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
测定玻璃的折射率
问题导引
做实验用的玻璃砖是梯形的,我们通常用两个相互平行的面来测定玻璃的折射率,想一想是否可以用相邻的两个不平行的面来测定玻璃的折射率呢?
要点提示:可以。根据光的折射定律,只要确定了入射光线和折射光线,就可以测定出玻璃砖的折射率。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.实验步骤
(1)如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。
(2)在白纸上画出一条直线aa'作为界面(线),过aa'上的一点O画出界面的法线NN',并画一条线段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'。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
(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P1、P2的像,记下P3、P4的位置。
(5)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O'B与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。
(6)连接OO',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用量角器量出入射角和折射角。
(7)用上述方法测出入射角θ1分别为30°、45°、60°时的折射角θ2。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
2.数据处理
(1)计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入n=
中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。
(2)图象法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sin
θ1-sin
θ2图象,由n=
可知图象应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
(3)单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。
①以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO'于E'点,过E作NN'的垂线EH,过E'作NN'的垂线E'H',如图所示。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.注意事项
(1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。
(2)入射角θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。
(3)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,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)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5
cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
4.实验误差
(1)入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大。
(2)入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题3(2019·天津卷)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)下列哪些措施能够提高实验准确程度( )
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
探究一
探究二
探究三
当堂检测
(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下图所示,其中实验操作正确的是( )
(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,如图所示,则玻璃的折射率n= 。(用图中线段的字母表示)?
探究一
探究二
探究三
当堂检测
解析:(1)在插针法测定玻璃的折射率实验中,使用两光学面间距大的玻璃砖能更准确地确定玻璃砖内光线的位置,有利于减小实验误差,而两光学面是否平行对测量折射率没有影响,选项A正确、B错误;插针时要求后插的针挡住先插的针或先插的针的像,故选用细一点的大头针能更准确地确定光线位置,提高实验精确度,选项C错误;实验中是根据同侧两枚大头针的连线来确定入射光线或出射光线,故距离大些更好,选项D正确。
(2)由题图可知实验使用的是平行玻璃砖,故出射光线应该与入射光线平行,选项A出射光线与入射光线在同一直线上,选项B、C中出射光线与入射光线不平行,故只有选项D正确。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练3某同学设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示。在一个圆形木盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF,在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2的位置不变,每次测量时,让圆盘的BFC部分竖直浸入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2。同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值。这样只要根据P3所插的位置,就可直接读出液体折射率的值。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
(1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所对应的折射率的值为 。?
(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大? 。?
(3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率的值应为 。?
探究一
探究二
探究三
当堂检测
(2)P4对应的入射角大,折射角相同,所以对应的折射率大。
(3)当在K位置时,入射角与折射角相等,所以折射率等于1。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
1.(考查对折射率的理解)关于折射率,下列说法正确的是
( )
解析:某种介质的折射率只与介质本身有关,与角度无关,选项A错
答案:C
探究一
探究二
探究三
当堂检测
2.(考查光的折射定义)关于光的折射,下列说法错误的是
( )
A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内
B.入射光线和法线与折射光线不一定在一个平面内
C.入射角总大于折射角
D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角
解析:根据折射定律,入射光线、折射光线和法线一定在同一平面内,选项B错误;入射角不一定总大于折射角,选项C错误。
答案:BC
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.(考查光的反射角、折射角)一束光线与水面方向成30°,从空气射入水中,其反射光线和折射光线恰好垂直,则反射角和折射角分别为( )
A.30°,30°
B.60°,60°
C.60°,30°
D.30°,60°
解析:画光路图如图所示,入射角与反射角相等,故入射角为60°,反射角也为60°,故选项A、D错误;由几何知识,折射角为30°,故选项B错误,C正确。
答案:C
探究一
探究二
探究三
当堂检测
4.(考查折射率的测定方法)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,如图,则( )
A.P1P2与P3P4两条直线平行
B.P1P2与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
探究一
探究二
探究三
当堂检测
答案:BD
第13章
1 光的反射和折射
第13章
1 光的反射和折射
读一读·思一思
辨一辨·议一议
一、反射定律和折射定律
阅读教材第44、45页,认识光的反射现象,理解反射定律。认识光的折射现象,理解折射定律,会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。
1.什么是光的反射?
答案:光从一种介质照射到与另一种介质的分界面时,一部分光会返回到第一种介质的现象。
2.什么是反射定律?
答案:反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
3.什么是光的折射?
答案:光从一种介质斜射到两种介质的分界面时,进入另一种介质的一部分光线传播方向发生改变的现象。
4.什么是折射定律?
答案: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。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
二、折射率
阅读教材第45~47页,理解折射率的概念,会测定玻璃的折射率。
1.折射率的概念是什么?
答案: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,用符号n表示。
2.折射率的物理意义是什么?
答案:是一个与介质有关的常数,反映介质的光学性质。
3.折射率有什么特点?
答案:任何介质的折射率都大于1。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
1.思考辨析。
(1)光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。
( )
解析:如果光垂直分界面入射时,光的传播方向就不会变化。
答案:×
(2)介质的密度越大,其折射率一定也越大。
( )
解析:介质的折射率与介质的密度没有必然联系,密度大,其折射率不一定大。
答案:×
(3)光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角。
( )
答案:√
读一读·思一思
辨一辨·议一议
2.探究讨论。
(1)反射现象和折射现象中,光分别是在几种介质中传播?
答案:反射现象中,光在一种介质中传播;折射现象中,光在两种介质中传播。
(2)反射是不是只发生在透明介质的表面?
答案:不是,不透明介质的表面也能发生反射。
(3)若光从空气进入水中,折射定律中的比例常数n12的1和2分别代表什么介质?
答案:比例常数n12的1是空气,2是水。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对光的折射现象的理解
问题导引
有经验的渔民叉鱼时,不是正对着看到的鱼去叉,而是对着所看到鱼的下方叉,如图所示。你知道这是为什么吗?
探究一
探究二
探究三
当堂检测
要点提示:从鱼身上反射的光线由水中进入空气时,在水面上发生折射,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼逆着折射光线的方向看去,就会觉得鱼变浅了,眼睛看到的是鱼的虚像,在鱼的上方,所以叉鱼时要瞄准像的下方,如图所示。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.光的方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化,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。
2.光的速度:光从一种介质进入另一种介质时,速度一定变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射现象,因为光传播的速度发生了变化。
3.入射角与折射角的大小关系:光从一种介质进入另一种介质发生折射时,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关系而定。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
4.对折射现象的理解
(1)特殊情况:当光垂直于界面入射时,虽然光的传播方向不变,但光速变了,因此也属于折射。
(2)光线的偏折方向:光线从折射率小的介质斜射入折射率大的介质,折射光线向法线偏折,反之将偏离法线。
(3)光路可逆性:光由介质射入空气或真空时,折射角θ2大于入射角θ1。根据光路可逆,可认为光由空气或真空以入射角θ2入射,对应的折射角为θ1。
在折射现象中,光路是可逆的。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题1如图所示,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,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5
m,河水的折射率为
,试估算河水深度。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
【思考问题】
解答本题的思路是什么?
提示:根据题意,正确作出光路图,明确入射角、反射角、折射角间的关系是解答此题的关键。
解析:树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示
答案:5.3
m
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结解决光的反射、折射问题的方法
(1)根据题意准确、规范地画出光路图,确定好界面和法线。
(2)在光路图中找出入射角、反射角和折射角,利用几何关系确定光路图中的边、角关系,与折射定律n=
中的各量准确对应。结合数学的三角函数的知识进行运算,必要时可利用光路可逆原理辅助解题。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练1一条光线以40°的入射角从真空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40°
B.在50°~100°之间
C.在100°~140°之间
D.大于140°
解析:由
>1得折射角θ2<θ1=40°,由反射定律得θ3=θ1=40°,如图所示,故折射光线与反射光线的夹角φ=180°-θ3-θ2=140°-θ2,所以100°<φ<140°,故选项C正确。
答案:C
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对折射率的理解
问题导引
下表是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射时的规律时得到的实验数据,请在表格基础上思考以下问题:
探究一
探究二
探究三
当堂检测
(1)随着入射角的增大,折射角怎样变化?
(2)当入射角与折射角发生变化时,有没有保持不变的量?
要点提示:(1)折射角增大。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
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。
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。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
光从一种介质垂直射入另一种介质时,虽然光的传播方向没有变,但光也算发生了折射现象。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题2光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108
m/s)
(1)画出折射光路图。
(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度。
(3)当入射角变为45°时,折射角的正弦值是多大?
(4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化?
探究一
探究二
探究三
当堂检测
解析:(1)由题意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,光路图如图所示。
(4)折射率不会变化,折射率由介质和入射光线的频率决定,跟入射角的大小无关。
探究一
探究二
探究三
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变式训练2如图所示,一束激光垂直于AC面照射到等边玻璃三棱镜的AB面上。已知AB面的反射光线与折射光线的夹角为90°。光在真空中的传播速度为c。求:
(1)玻璃的折射率。
(2)激光在玻璃中传播的速度。
解析:(1)如图所示,由几何关系知:光在AB界面的入射角θ1=60°,折射角θ2=30°
探究一
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归纳总结解决折射率问题的注意点
(2)所有物质的折射率都大于1。
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测定玻璃的折射率
问题导引
做实验用的玻璃砖是梯形的,我们通常用两个相互平行的面来测定玻璃的折射率,想一想是否可以用相邻的两个不平行的面来测定玻璃的折射率呢?
要点提示:可以。根据光的折射定律,只要确定了入射光线和折射光线,就可以测定出玻璃砖的折射率。
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名师精讲
1.实验步骤
(1)如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。
(2)在白纸上画出一条直线aa'作为界面(线),过aa'上的一点O画出界面的法线NN',并画一条线段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'。
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(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P1、P2的像,记下P3、P4的位置。
(5)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O'B与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。
(6)连接OO',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用量角器量出入射角和折射角。
(7)用上述方法测出入射角θ1分别为30°、45°、60°时的折射角θ2。
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2.数据处理
(1)计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入n=
中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。
(2)图象法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sin
θ1-sin
θ2图象,由n=
可知图象应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
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(3)单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。
①以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO'于E'点,过E作NN'的垂线EH,过E'作NN'的垂线E'H',如图所示。
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3.注意事项
(1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。
(2)入射角θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。
(3)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,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)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5
cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。
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4.实验误差
(1)入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大。
(2)入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。
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典例剖析
例题3(2019·天津卷)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)下列哪些措施能够提高实验准确程度( )
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
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(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下图所示,其中实验操作正确的是( )
(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,如图所示,则玻璃的折射率n= 。(用图中线段的字母表示)?
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解析:(1)在插针法测定玻璃的折射率实验中,使用两光学面间距大的玻璃砖能更准确地确定玻璃砖内光线的位置,有利于减小实验误差,而两光学面是否平行对测量折射率没有影响,选项A正确、B错误;插针时要求后插的针挡住先插的针或先插的针的像,故选用细一点的大头针能更准确地确定光线位置,提高实验精确度,选项C错误;实验中是根据同侧两枚大头针的连线来确定入射光线或出射光线,故距离大些更好,选项D正确。
(2)由题图可知实验使用的是平行玻璃砖,故出射光线应该与入射光线平行,选项A出射光线与入射光线在同一直线上,选项B、C中出射光线与入射光线不平行,故只有选项D正确。
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变式训练3某同学设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示。在一个圆形木盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF,在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2的位置不变,每次测量时,让圆盘的BFC部分竖直浸入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2。同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值。这样只要根据P3所插的位置,就可直接读出液体折射率的值。
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(1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所对应的折射率的值为 。?
(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大? 。?
(3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率的值应为 。?
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(2)P4对应的入射角大,折射角相同,所以对应的折射率大。
(3)当在K位置时,入射角与折射角相等,所以折射率等于1。
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1.(考查对折射率的理解)关于折射率,下列说法正确的是
( )
解析:某种介质的折射率只与介质本身有关,与角度无关,选项A错
答案:C
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2.(考查光的折射定义)关于光的折射,下列说法错误的是
( )
A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内
B.入射光线和法线与折射光线不一定在一个平面内
C.入射角总大于折射角
D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角
解析:根据折射定律,入射光线、折射光线和法线一定在同一平面内,选项B错误;入射角不一定总大于折射角,选项C错误。
答案:BC
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3.(考查光的反射角、折射角)一束光线与水面方向成30°,从空气射入水中,其反射光线和折射光线恰好垂直,则反射角和折射角分别为( )
A.30°,30°
B.60°,60°
C.60°,30°
D.30°,60°
解析:画光路图如图所示,入射角与反射角相等,故入射角为60°,反射角也为60°,故选项A、D错误;由几何知识,折射角为30°,故选项B错误,C正确。
答案:C
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4.(考查折射率的测定方法)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,如图,则( )
A.P1P2与P3P4两条直线平行
B.P1P2与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
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答案:BD