[疑难聚焦]人教新课标版高二选修3-4 12.4光的反射和折射

光的反射和折射
疑难点一、对光的折射现象及折射定律的理解
疑难点突破：
1．在掌握折射定律时，首先要理解定律“根据入射光线确定折射光线”的方法，体会定律在确定一条光线时采用的从“空间→平面→线”的科学表述方式．其次，定律给出了＝n，这个常数n就是这种介质的折射率．
2．在光的折射中，注意光线偏折的方向：如果光线从折射率小的介质射向折射率大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)．
3．折射光路是可逆的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射，定律中的公式就变为＝，式中θ1、θ2分别为此种情况的入射角和折射角．
典型例题：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．某些区域提前，在另一些区域延后
D．不变
解析：假如地球周围没有大气层，太阳光将沿直线传播，如图所示，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，并且离地球表面越近，大气层的密度越大，折射率越大，太阳光将沿如图所示AB曲线进入在B处的人眼中，使在B处的人看到日出，但在B处的人认为光是沿直线传播的,则认为太阳位于地平线上的A′点，而此时太阳还在地平线以下，相当于日出时刻提前了,所以无大气层时观察到日出的时刻将延后．
答案：B
规律方法：人眼是根据最终射入的光的方向来确定发光物体位置的，光在空气中的折射，人眼是觉察不到的．
变式训练1　(2012年温州高二质量检测)如图所示，眼睛在a处看到鱼在水中的b处,若从a处射出一束激光欲照射到鱼身上,则激光应对着哪一位置射出(　　)
A．b的下方　　　　B．b的上方
C．b处 D．无法确定
解析：选C.人眼看到的是鱼的虚像，鱼发出的光线经水面折射后进入人眼，由光路可逆知当激光从a向b发射时，经水面折射后将刚好照射到鱼身上．
疑难点二、对折射率的理解
疑难点突破：
1．物理意义
折射率是一个反映介质的光学性质的物理量，由n＝可知；当θ1一定时，n越大，θ2越小，此时光线的偏折角Δθ＝θ1－θ2就越大，即n越大，光线的偏折角度就越大．
2．决定因素
折射率的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，“折射率与入射角的正弦成正比”的说法和“折射率与折射角的正弦成反比”的说法都是错误的．
3．大小特点
介质的折射率跟光在其中的传播速率的关系是：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都大于1.光从真空斜射向任何其他介质时，入射角都大于折射角．
4．相对折射率
光从介质1射入介质2时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比叫做介质2对介质1的相对折射率，通常用n12表示，如果介质1、介质2的折射率分别是n1、n2，光在介质1、介质2中的传播速度分别是v1、v2，那么，n12＝＝＝，所以n1v2＝n2v1或n1sinθ2＝n2sinθ1，这个结论是普遍适用的
疑难点三、解决光的折射问题的常规思路和两类典型问题
疑难点突破：
1．常规思路
(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、折射角均是与法线的夹角．
(3)利用折射定律、折射率公式列式求解．
2．视深问题
(1)视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离．在中学阶段，一般都是沿着界面的法线方向去观察，在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有≈≈，这是在视深问题中经常用到的关系式．
(2)当沿竖直方向看水中物体时，“视深”是实际深度的倍，n是水的折射率．
3．玻璃砖对光的折射问题
常见的玻璃砖有半圆形玻璃砖和长方形玻璃砖．对于半圆形玻璃砖，若光线从半圆面射入，且其方向指向圆心，则其光路图如图13－1－1甲所示，光线只发生一次偏折．对于两个折射面相互平行的长方形玻璃砖，其折射光路如图乙所示，光线经过两次折射后，出射光线与入射光线的方向平行，但发生了侧移．
101小贴士：画光路图时应注意的问题：
(1)光路是可逆的．
(2)垂直界面入射的光线，折射光线与入射光线在同一直线上．
(3)过半圆形玻璃砖圆心的光线在圆弧处不偏折．
典型例题：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)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？说明理由．
思路点拨：先画出玻璃与空气的界面，再过入射点作出界面的垂线即为法线，然后根据光的反射定律和折射定律作出入射光线、反射光线和折射光线．求出折射角θ2后，根据n＝求出n，当入射角变化时，比值保持不变，即玻璃的折射率并不改变，再根据n＝求出光在玻璃中的传播速度v.
解析：(1)由题意知入射角θ1＝60°，反射角θ3＝60°，折射角θ2＝90°－60°＝30°，折射光路图如图所示．
(2)n＝＝＝.
根据n＝得v＝＝ m/s，
故v＝1.7×108 m/s.
(3)折射率不会变化，折射率由介质和入射光的频率决定，而跟入射角的大小无关．
规律方法：(1)准确、规范地画出光路图是解决几何光学问题的前提和关键．
(2)从光路图上找准入射角和折射角，应用n＝列式求解．
典型例题：(2012年徐州模拟)如图所示，半圆玻璃砖的半径R＝10 cm，折射率为n＝，直径AB与屏幕垂直并接触于A点，激光a以入射角i＝30°射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现了两个光斑．求两个光斑之间的距离L.
解析：画出如图所示光路图，
设折射角为γ，根据折射定律n＝解得γ＝60°由几何知识得，△OPQ为直角三角形，所以两个光斑PQ之间的距离L＝PA＋AQ＝Rtan30°＋2Rsin60°
解得L＝≈23.1 cm.
答案：23.1 cm
规律方法：解答此类问题要注意：(1)根据题意画出正确的光路图；(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入射角、折射角的确定；(3)利用反射定律、折射定律求解；(4)注意光路可逆性、对称性的应用．