（浙江专版）2019年高中物理第十三章光第1节光的反射和折射讲义（含解析）新人教版选修3_4.doc

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1、- 1 -光的反射和折射反射及反射定律探新知基础练1光的反射光从一种介质射到它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。辨是非(对的划“” ，错的划“”)1反射角与入射角成正比。()2光的反射现象中有时光不遵循反射定律。()3在光的反射现象中，光路可逆。()释疑难对点练1在光的反射现象中，要注意反射角与入射角是指光线与法线的夹角。2在光的反射现象中，光路可逆。试身手1如图所示，在房间内靠近墙角的天花板上有一面平面镜，在房间地板上的 B 点放一点光源 S，通过平面镜的反射在竖

2、直墙壁上出现一个光斑。若要使墙壁上光斑的面积增大一些，下面的方法中可行的是( )A保持光源的位置不变，将平面镜绕过平面镜 O 点且垂直纸面的轴，沿顺时针方向转动一个小角度B将光源沿地面向左移动一小段距离C将光源沿地面向右移动一小段距离D将光源竖直向上移动一小段距离解析：选 B 如图所示，利用平面镜成像的对称特点，找出光源S 通过平面镜所成的像 S，作出过平面镜边缘的入射光线 BE 和反射 光线 EF，则 OF 表示光斑的大小。A 项中，将平面镜沿顺时针方向转动 一- 2 -个小角度，光源通过平面镜所成的像的位置下移， F 点上移，会使光斑变小，故 A 错；B 项中，减小了入射角和反射角，从而使

3、 F 点下移，光斑变大，故 B 对；同理分析可知 C 错；D项中，将光源竖直向上移动一小段距离，则像点下移，使 F 点上移，会使光斑变小，D 错。光的折射及折射定律探新知基础练光的折射光从第 1 种介质射到它与第 2 种介质的分界面时，一部分光进入第 2种介质的现象入射角、折射角入射角：入射光线与法线的夹角折射角：折射光线与法线的夹角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： n12sin 1sin 2辨是非(对的划“” ，错的划“”)1光发生折射现象时一定伴随着反射现象。()2在光的折射现象中遵循光路可逆原理。

4、()3入射角与折射角成正比。()释疑难对点练1光的方向(1)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(斜射)，但并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化。(2)在光的折射现象中，光路是可逆的。2光的传播速度光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定变化，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，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真空(空气)进入某种介质发生折射时，入射角大于折射角；反过来，光从某种介质进入真空(空气)时，则入射角小于折射角。产生这种现象的原因是光路的可逆性。试身手2(多选)关于光的折射，下列说法正确的是( )A折射

5、光线一定在法线和入射光线所确定的平面内B入射光线、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- 3 -D光线从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角解析：选 AD 由折射定律可知：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，A 对，B错；光由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由两种介质的光学性质决定，例如，光从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角，由光路的可逆性知，光从玻璃斜射向空气时入射角小于折射角，故 C 错，D 对。折射率探新知基础练1折射率意义反映介质的光学性质的物理量。2.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，叫这种介质的折射率。即

6、n12 。sin 1sin 23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 。cv4特点任何介质的折射率都大于 1。辨是非(对的划“” ，错的划“”)1根据 n ， n 与 sin 1成正比，与 sin 2成反比。()sin 1sin 22光从空气射入水中，光的传播速度一定增大。()3光密介质和光疏介质是相对而言的，同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。()释疑难对点练1入射角、折射角的正弦值当光由真空中射入某种介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数。2关于常

7、数 n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数 n，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了介质的光学特性。折射率可由入射角与折射角的正弦值之比来描述其大小，但与入射角及折射角的正弦值无关，仅与介质及入射光有关。3折射率与光速的关系- 4 -介质的折射率跟光在其中的传播速度 v 有关，即 n ，由于光在真空中的传播速度 c 大cv于光在任何介质中的传播速度 v，所以任何介质的折射率 n 都大于 1，因此，光从真空斜射入任何介质中时，入射角均大于折射角。而光由介质斜射入真空中时，入射角均小于折射角。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，它的大小只由介质本身及光的性质共同决定，不

8、随入射角、折射角的变化而变化。特别提醒 不论光从真空射入介质，还是从介质射入真空，折射率的定义式 n中， 1都为真空中的光线与法线的夹角，而 2为介质中的光线与法线的夹角，产sin 1sin 2生这种现象的原因是光路的可逆性。试身手3.如图所示，有一玻璃三棱镜 ABC，顶角 A 为 30，一束光线 a 垂直于 AB 射入棱镜，由 AC 射出进入空气，测得出射光线与入射光线间夹角为 30，则棱镜的折 射率为( )A. B212C. D.333解析：选 C 由题意及几何关系可知，光线从棱镜射向空气中时，入射角为 130，折射角为 260，则棱镜的折射率 n 。故 C 正确。sin 2sin 1 3

9、测定玻璃的折射率探新知基础练1实验原理用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测出入射角 1和折射角 2，根据折射定律计算出玻璃的折射率 n 。sin 1sin 22实验器材两面平行的玻璃砖，方木板，白纸，图钉(若干)，大头针四枚，直尺，量角器，铅笔。辨是非(对的划“” ，错的划“”)1测定玻璃折射率时可以利用三棱镜等其它形状的玻璃，不一定用平行玻璃砖。()2测定玻璃折射率时， 入射角取得越大越好。()3玻璃砖的折射面要画准，可用玻璃砖界面代替直尺画界线。()释疑难对点练- 5 -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

10、)，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，画出玻璃砖的另一长边 bb。(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

11、)连接 OO，入射角 1 AON，折射角 2 O ON，用量角器量出 1和 2，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在设计的表格中。(7)用上述方法测出入射角分别为 30、45、60时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。(8)算出不同入射角下的正弦比值 ，最后求出在几次实验中比值 的平均sin 1sin 2 sin 1sin 2值，即为玻璃砖的折射率。2注意事项(1)实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。(2)不能用手触摸玻璃砖光洁面或把玻璃砖当尺子用。(3)大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针 P1与 P2间、 P3与 P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成

12、的误差。(4)实验中入射角不宜过小，否则会使测量误差大，也不宜过大。(5)本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是三棱镜、半圆形玻璃砖等，则只是出射光和入射光不平行，同样能测出折射率。试身手4在测定玻璃砖折射率的实验中为了减小实验误差，以下说法错误的是( )A玻璃砖的宽度宜大些B入射角应尽量小些C大头针应垂直地插在纸面上D大头针 P1与 P2及 P3与 P4之间的距离应适当大些解析：选 B 玻璃砖宽度大些，可减小测量误差；大头针垂直插在纸面上以及大头针 P1与 P2及 P3与 P4之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，A、C、D 正确；入射角不能太大也不能太小，入射角较小时，测量

13、误差较大，B 错误。- 6 -对折射定律的理解典例 1 如图所示，光线以入射角 1从空气射向折射率 n 的玻璃表面。2(1)当入射角 145时，反射光线与折射光线的夹角 为多 大？(2)当入射角 1为多大时，反射光线和折射光线垂直？解析 (1)设折射角为 2，由n ，sin 1sin 2得 sin 2 ，sin 1n sin 452 12所以 230。又反射角 145，则反射光线与折射光线的夹角 180 1 2105。(2)当反射光线和折射光线垂直时，即 1 290， n sin 1sin 2 sin 1cos 1tan 1 ，sin 1cos 1 2则入射角 1arctan 。2答案 (1)

14、105 (2)arctan 2解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注意以下几点：(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。折射定律的应用典例 2 一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面 AOB 镀- 7 -银(圆中粗线)， O 表示半圆截面的圆心。一束光线在横截面内从 M 点入射，经过 AB 面反射后从 N 点射出。已知光线在 M 点的入射角为 30， MOA60， NOB30，sin15。求：6 22(1)光线在 M 点的折射角；(2)透明物

15、体的折射率。解析 (1)如图所示，透明物体内部的光路为折线 MPN， Q、 M 点相对于底面 EF 对称，Q、 P 和 N 三点共线。设在 M 点处，光的入射角为 i，折射角为 r， OMQ ， PNF 。根据题意有 30由几何关系得， PNO PQO r，则 r60且 r 由式得r15。(2)根据折射率公式有sin i nsin r由式得 n 。6 22答案 (1)15 (2)6 22遇到球形、半球形玻璃砖，或圆柱形玻璃砖时，均需过入射点做该点与球心的连线，此连线即为入射光线的法线，从而确定入射角和折射角。测定玻璃的折射率典例 3 用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜

16、的一侧插上两枚大头针 P1和 P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使 P1的像被 P2挡住。接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 P3、 P4，使 P3挡住 P1、 P2的像， P4挡住 P3和 P1、 P2的像，在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓，如图所示。- 8 -(1)在本题的图上画出所需的光路。(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_，在图上标出它们。(3)计算折射率的公式是 n_。解析 (1)如图所示，画出通过 P1、 P2的入射光线交 AC 面于 O， 画出通过 P3、 P4的出射光线交 AB 面于 O，则光线 OO就为入 射光线 P1、 P2在三棱镜中的折射光线。(2)在所画

17、的图上，标明入射角 1和折射角 2，并画出 虚线部分。用量角器测量出 1和 2或用刻度尺测出线段 EF、 OE、 GH、 OG 的长度。(3)n 或因为 sin 1 ，sin 1sin 2 EFOEsin 2GHOG则 n 。EFOE OGGH答案 (1)光路图见解析图 (2)入射角 1 折射角 2(或 EF 和 OE、 GH 和 OG) 如解析中图所示 (3) (或 )sin 1sin 2 EFOE OGGH课堂对点巩固1关于光的反射与折射现象，下列说法不正确的是( )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D光发生折射时，

18、光的传播方向可能偏转 90解析：选 D 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；光从一种介质射到与另一种介质的分界面时，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。- 9 -2(多选)如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是( )A bO 不可能是入射光线B aO 可能是入射光线C cO 可能是入射光线D Ob 可能是反射光线解析：选

19、 ABD 由于入射角等于反射角，入射光线、反射光线关于法线对称，所以aO、 Ob 应是入射光线或反射光线， PQ 是法线。又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以 aO 是入射光线， Ob 是反射光线， Oc 是折射光线。故 A、B、D 正确。3.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行 车时，它能把车灯射出的光逆向返回，所以标志牌上的字特别醒目。 这种“回归反光膜”是用球体反射元件制作的。如图所示，一束单色 光射入一玻璃球体，入射角为 60。已知光线在玻璃球内经一次反射 后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为( )A. B1.5 C. D22 3

20、解析：选 C 如图所示，为光线在玻璃球内的光路图。 A、 C 为折射 点，B 为反射点，作 OD 平行于入射光线，故 AOD COD60，所 以 OAB30，玻璃的折射率 n ，故 C 正确。sin 60sin 30 34某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以 O 点为 圆心，10 cm 为半径画圆，分别交线段 OA 于 A 点，交线段 OO的延 长线于 C 点，过 A 点作法线 NN的垂线 AB 交 NN于 B 点，过 C 点作法线 NN的垂线 CD 交NN于 D 点，如图所示。用刻度尺量得 OB8 cm， CD4 cm，由此可得出玻璃的折射率n_。解析：由题图可知 sin AOB ，

21、sin DOC ， OA OC10 cm，根据 n 知，ABOA CDOC sin 1sin 2n 1.5。sin AOBsin DOC ABCD 102 824答案：1.5课堂小结 - 10 -课时跟踪检测十一一、单项选择题1若某一介质的折射率较大，那么( )A光由空气射入该介质时折射角较大B光由空气射入该介质时折射角较小C光在该介质中的速度较大D光在该介质中的速度较小解析：选 D 由 n 可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率 n 和入射角sin 1sin 2 1共同决定的，所以 A、B 均错；由 n 可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越cv小，故 C 错，D 对。2如果光以同

22、一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质( )A折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越大B折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越小C折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越大D折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越小解析：选 C 根据折射率 n ，在入射角相同的情况下，折射率越大的介质，其sin 1sin 2折射角越小，该介质对光的偏折作用越大。C 正确。3关于光的折射现象，下列说法中正确的是( )A折射角一定小于入射角B折射率跟折射角的正弦值成反比C折射角增大为原来的 2 倍，入射角也增大为原来的 2 倍D折射率大的介质，光在其中的传播速度小解析：选 D 光从折射率大的介质斜射入

23、折射率小的介质时，折射角大于入射角，选项A 错误；折射率由介质材料决定，与折射角的大小无关，选项 B 错误；折射率 n ，折sin isin r- 11 -射角增大为原来的 2 倍，入射角并不增大为原来的 2 倍，选项 C 错误；折射率与光速的关系是 n ，则 n 大时 v 小，选项 D 正确。cv4光线由空气射向某介质，当入射角为 i 时，折射光线与反射光线正好垂直，那么这种介质的折射率和光在该介质中的速度分别为( )A nsin i， v csin i B ntan i， v ctan iC ntan i， v D ncos i， vctan i ctan i解析：选 C 由于折射光线与反

24、射光线正好垂直，所以折射角 r90 i，则 ntan i，A、D 项错误；又 n ，故 v ，B 项错误，C 项正确。cv ctan i5.如图所示， P、 Q 是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜， 叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与 P 的上表面成 角的方向斜 射向 P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率nP nQ，则下列说法正确的是( )A一定没有光线从 Q 的下表面射出B从 Q 的下表面射出的光线一定与入射到 P 的上表面的光线平行C如果光线从 Q 的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于 D如果光线从 Q 的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小

25、于 解析：选 D 作出光路图，如图所示。由题意可知，光线垂直射入Q，根据折射定律，则有： nP ， nQ ；因为sin sin sin isin rnP nQ， r，所以 i，所以 D 对。二、多项选择题6如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形。单色光束从空气射到柱体的 O 点(半圆的圆心)，产生反射光束 1 和折射光束 2。已知玻璃柱 的折射率为 ，入射角为 45(相应的折射角为 24)。现保持入射光3 束不变，将半圆柱绕通过 O 点垂直于纸面的轴线顺时针转过 15，如 图中虚线所示，则( )A光束 1 转过 15B光束 1 转过 30C光束 2 转过的角度小于 15D光束 2 转过的角度大于

26、 15解析：选 BC 转动前，光束 1(反射光)与入射光线间的夹角为 A45290，光束2(折射光)的反向延长线与入射光线间的夹角为 B452421；转动后，反射光线与入射光线的夹角 A602120，根据折射定律 ，得 r30，则折射sin 60sin r 3- 12 -光线的反向延长线与入射光线间的夹角为 B603030，得 A A A30， B B B9，故 B、C 项正确。7如图所示，光在真空和介质的界面 MN 上发生偏折，那么下 列说法正确的是( )A光是从真空射向介质B介质的折射率约为 1.73C光在介质中的传播速度约为 1.73108 m/sD反射光线与折射光线成 60角解析：选

27、BC 因为折射角大于入射角，所以光是从介质射向真空的，选项 A 错误；据折射率公式 n ，所以 n1.73，选项 B 正确；再由折射率 n ，代入数据得sin 1sin 2 cvv1.7310 8 m/s, 选项 C 正确；由几何关系易知，反射光线与折射光线成 90角，选项 D错误。三、非选择题8. 如图所示为某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射 率时，先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的圆，圆心为 O，将玻璃圆 柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合。在玻璃一侧竖直插两枚 大头针 P1和 P2，再在另一侧先后插两枚大头针 P3和 P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4和 P3与 P2和

28、P1的像恰在一条直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在本题的图中画出：(1)沿 P1和 P2连线方向的入射光线通过圆柱形玻璃后的传播方向；光线在玻璃内的传播方向；在光线的入射点作法线，标出入射角 1和折射角 2。(2)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算)。解析：(1)如图所示，过 P1、 P2作直线交圆周于 O1点，过点 O1作法线 O1O；过 P3、 P4作直线为出射光线，交圆周于 O2点；过 O2O 作直线为法线。连接 O1O2为入射光线在玻璃内的折射光线。 P1P2与 O1O 的夹角即为入射角 1， O1O2与 O1O 的夹角即为折射角 2。(2)量出图中标出的入射角 1和折射角 2，折射率

29、 n12 。sin 1sin 2答案：(1)见解析图 (2) n12sin 1sin 29如图所示，一等腰直角三棱镜放在真空中，斜边 BC d，一 束单色光以 60的入射角从 AB 侧面的中点入射，折射后从侧面 AC 射 出。- 13 -已知三棱镜的折射率 n ，单色光在真空中的光速为 c，求：62(1)第一次折射时的折射角；(2)此单色光在三棱镜中的传播速度；(3)此单色光通过三棱镜的时间。解析：(1)单色光在 AB 面上发生折射，光路如图所示。根据折射定律得 n ， nsin 60sin 62由以上两式得 45。(2)光在棱镜中的速度v c。63(3)因 45，故光在棱镜内传播的路径 DE 与 BC 平行，且 DE BC ，所以， t12 d2。6d4c答案：(1)45 (2) c (3)63 6d4c