高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射导学案及答案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射导学案及答案，共6页。


主题1 光的折射和全反射
1．正确、灵活地理解、应用折射率公式
教材中给出的折射率公式为n＝eq \f(sin i,sin r)(i为真空中的入射角，r为某介质中的折射角)．根据光路可逆原理，入射角、折射角是可以随光路的逆向而“换位”的．我们可以这样来理解、记忆：n＝eq \f(sin i空,sin r介)⇒eq \f(1,n)＝eq \f(sin i介,sin r空)．
2．对临界角的理解
光线从介质进入真空或空气，r＝90°时，发生全反射，此时的入射角i(介)叫临界角C．
则eq \f(1,n)＝eq \f(sin i介,sin r空)＝sin C．
【典例1】 如图所示，△ABC为一直角三棱镜的横截面，其顶角α＝30°，P为垂直于直线BCO的光屏，现有一宽度为H＝AB的单色平行光束垂直射向AB面，结果在光屏上形成一条宽为eq \f(H,2)的光带，BO＝eq \f(\r(3),2)H．
(1)求出射光的偏折角；
(2)求介质的折射率．
[解析] (1)AC面上的入射角θ1＝α＝30°，D点为PO的中点，即光屏上光带的最高点，延长AD交BCO的延长线于E点，由几何知识可知BO＝OE＝eq \f(\r(3),2)H，OD＝eq \f(H,2)，tan ∠OED＝eq \f(OD,OE)＝eq \f(\r(3),3)，由数学关系可知折射角θ2＝60°，所以偏折角为30°．
(2)n＝eq \f(sin θ2,sin θ1)＝1.732．
[答案] (1)30° (2)1.732
解答全反射类问题的技巧
(1)光必须从光密介质射入光疏介质．
(2)入射角大于或等于临界角．
(3)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析．
主题2 测介质的折射率
1．测玻璃的折射率
插针法：运用光在玻璃两个界面处的折射．
如图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移．用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，量出入射角i和折射角r，据n＝eq \f(sin i,sin r)计算出玻璃的折射率．
2．测水的折射率
(1)成像法
原理：利用水面的反射成像和水的折射成像．
方法：如图所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直插入一直尺，在直尺的对面观察水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点P看到直尺在水下最低点的刻度B的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像A′(反射成像)重合，读出AC、BC的长，量出烧杯内径d，即可求出水的折射率为n＝eq \r(\f(BC2＋d2,AC2＋d2))．
(2)插针法
原理：光的折射定律．
方法：如图所示，取一方木板，在板上画出互相垂直的两条线AB、MN，从它们的交点O处画直线OP(使∠PON＜45°)，在直线OP上P、Q两点垂直地插两枚大头针．把木板放入水中，使AB与水面相平，MN与水面垂直．在水面上观察，调整视线使P的像被Q的像挡住，再在木板S、T处各插一枚大头针，使S挡住Q、P的像，T挡住S及Q、P的像．从水中取出木板，画出直线ST，量出图中的角i、r，则水的折射率n＝eq \f(sin i,sin r)．
(3)视深法
原理：利用视深公式h′＝eq \f(h,n)．
方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根针，如图所示．调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面的距离即为杯中水的视深h′，再测出水的实际深度h，则水的折射率n＝eq \f(h,h′)．
(4)全反射法
原理：全反射现象．
方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示．在水面上观察，看到一圆形的发光面，量出发光面直径D及水深h，则水的折射率n＝eq \f(\r(D2＋4h2),D)．
【典例2】 如图1所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′．O为直线AO与aa′的交点．在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针．
图1 图2 图3
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________
A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像
B．插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像
C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3
D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′．测量图中角α和β的大小．则玻璃砖的折射率n＝________．
(3)如图2所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽．若其他操作正确，则折射率的测量值________准确值(选填“大于”、“小于”或“等于”)．
(4)另一位同学准确地画好玻璃砖界面aa′和bb′后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些．如图3所示，若其他操作均正确，则折射率的测量值________准确值(选填“大于”、“小于”或“等于”)．
[解析] (1)该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像．确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像．故该同学接下来要完成的必要步骤有：BD．
(2)根据折射定律得：玻璃砖的折射率为 n＝eq \f(sin β,sin α)．
(3)将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致α角偏大，由于n＝eq \f(sin β,sin α)，故折射率的测量值将偏小．
(4)如图所示，虚线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而实线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，该同学测得的折射率将不变．
[答案] (1)BD (2)eq \f(sin β,sin α) (3)小于 (4)等于
测定玻璃折射率的关键词转化：