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1、光的反射和折射 【学习目标】1通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律 2学会用光的折射、反射定律来处理有关问题3知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念 4能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题5明确测定玻璃砖的折射率的原理 6知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤知识回顾：1. 初中我们学过光的传播是直线还是曲线？答：光的传播是直线2. 光的遇到平面镜透明玻璃会发生什么？答：反射、折射3. 光的折射大小和什么有关？答：和材料有关知识点一、光的反射和折射光的反射现象和折射现象：如图所示，当光线入射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光线，这种现象叫做光的反射另一部分
2、光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线，这种现象叫做光的折射现象，光线称为折射光线折射光线与法线的夹角称为折射角（）反射定律：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；反射角等于入射角折射定律：（1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧入射角的正弦跟折射角的正弦成正比即常数如图所示 折射率公式中的（1）定义： 实验表明，光线在不同的介质界面发生折射时相同入射角的情况下折射角不同这意味着定律中的值是与介质有关的，表格中的数据，是在光线从真空中射向介质时所测得的值，可以看到不同介质的值不同，表明值与介质的光学
3、性质有关，人们把这种性质称为介质的折射率实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比。，叫做这种介质的折射率：（2）对折射率的理解： 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跟光在这种介质中传播速度之比，即，单色光在折射率较大的介质中光速较小 折射率是反映介质光学性质的物理量：它的大小由介质本身及人射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关，“折射率与成正比，跟成反比”的说法和“折射率跟光速”成反比的说法是错误的例题1.如图所示，光线以入射角从空气射向折射率的玻璃表面 （1）当入射角时，反射光线与折射光线间的夹角为多少？（2）当入射角为
4、多少时，反射光线和折射光线垂直？ 【思路点拨】根据题意画出正确的光路图，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，利用反射、折射定律求解。【答案】见解析【解析】（1）设折射角为，由， ，所以，又，则反射光线与折射光线的夹角（2）当反射光线和折射光线垂直时，则入射角【总结升华】分析解决光的折射问题的一般方法：（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、折射定律求解；（4）注意在折射现象中，光路是可逆的课堂练习一：为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直。从
5、圆柱底面中心看出去,可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角。已知该玻璃的折射率为,圆柱长为 ,底面半径为,则视场角是 （ ） A BC D【答案】B【解析】如图所示: ，据 ，所以 ，故 ，即B项正确。 课堂练习二：空中有一只小鸟，距水面，其下方距水面深处的水中有一条鱼已知水的折射率为，则鸟看水中的鱼离它，鱼看天上的鸟离它【答案】【解析】首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示 由于是在竖直方向上看，所以入射角很小，即图中的和均很小，故有，由图可得：，则鸟看水中的鱼离它：同理可得鱼看鸟时：，则 【总结升华】在水面上方观察水的视深，是一个近似结论这时的虚像点在点的正上方若眼在侧面（不在正上面
6、，如右侧）观察，则不在正上方（偏右），眼越靠近水面，像侧移（右偏）越大但在高中阶段都是利用近似计算来进行求解课堂练习三：如图所示，一不透明的圆柱形容器内装满折射率为的透明液体，容器底部正中央点处有一点光源，平面镜与底面成角放置若容器高为，底面半径为，在容器中央正上方处水平放置一足够长的刻度尺求光源发出的光线经平面镜反射后，照射到刻度尺上的长度（不考虑容器侧壁和液面的反射） 【思路点拨】根据题意画出正确的光路图，这是解决反射和折射综合题时的关键，利用几何关系确定光路中的边、角关系，利用反射、折射定律求解。 【答案】见解析【解析】如图： 点光源在液体中通过平面镜成的像为，入射光线的反射光线垂直于底
7、边，经液面折射不改变方向，垂直射向刻度尺上的点；连则为沿容器边缘的出射光线，经液面折射交刻度尺于点；由折射定律可得，在图示的三角形中，而，故得在三角形中，得，因此照射到刻度尺上的长度 【总结升华】解光的反射和折射综合题时，画好光路图是解决问题的前提例题2.半径为的玻璃半圆柱体，截面如图所示，圆心为，两束平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，若玻璃对此单色光的折射率，则两条光线经柱面和底面折射后的交点与点的距离为（ ） A B C D【答案】B【解析】如图所示： 光线过圆心传播方向不变光线经过柱面时，折射角为，由折射定律得：，得，由几何知识可得 ， 光线BE从E点射入空气，折射角：， 由几
8、何知识得：故选项B是正确的 【总结升华】应用折射定律要着重分析每一个界面处的入射角和折射角往往需要结合数学中有关角度的几何知识找边角关系课堂练习一：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某些区域将提前，在另一些区域将延后 D不变【思路点拨】地球表面存在大气，而大气并不是均匀介质，高空空气稀薄，折射率小，而接近地面大气密度大，折射率较大，可认为大气折射率由高空到地面是逐渐增大的【答案】B【解析】由于地球表面存在大气，而大气并不是均匀介质，高空空气稀薄，折射率小，而接近地面大气密度大，折射率较大，可认为大气折射率由高空到地面是逐渐增大的阳光经过大气层时就要发生折射使光线逐渐偏折沿曲线传播如果假设没有大气层，光将沿直线传播如图所示： 在地球上点的人将在太阳到达点时看到日出；而地球表面有大气层时，由于空气的折射率大于，太阳光将沿如图所示。曲线进入在处的人眼中，使在处的人看到了日出，但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点，而此时太阳的实际位置还在地平线以下，相当于日出时刻提前了，所以无大气层时日出的时间将延后，故选B