教科版 (2019)选择性必修 第一册1 光的折射定律教课课件ppt

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1.知道光的折射现象,理解折射率的概念。(物理观念)2.掌握光的折射定律,掌握折射率与光速的关系。(科学思维)3.会用插针法测定玻璃的折射率。(科学探究)4.学会用光的折射定律来处理相关问题。(科学思维)
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一、光的折射定律1.光的折射当光射到两种介质的界面时,一部分光　　　　第二种介质继续传播的现象。 2.光的折射定律　　　　　　与分界面垂直的线入射光线、折射光线和法线在同一平面内,入射光线与折射光线分居　　　　的两侧;入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数。 
情境链接如图所示,一束光线斜射入容器中,并在容器底部形成一个光斑。往容器中逐渐注水的过程中,图中的光斑的位置将如何变化?
提示 当向容器中加水时,光从空气斜射入水中,由光的折射规律可知,光会靠近法线,因此光传播到容器底时会向左移动。
教材拓展阅读教材P96“发展空间”中“绝对折射率和相对折射率”的内容,回答什么是绝对折射率,什么是相对折射率。
提示 光从真空射入某种介质时的折射率,叫作这种介质的绝对折射率,也简称为该种介质的折射率。光从介质1射入介质2时,不论入射角i大小怎样,入射角i的正弦值跟折射角r的正弦值的比值都是一个常数,这个常数叫作介质2对于介质1的相对折射率。
易错辨析(1)一束光从空气进入水中时传播方向一定改变。(　　)(2)无论是光的折射,还是反射,光路都是可逆的。(　　)(3)入射角越大,折射率越大。(　　)(4)若光从空气射入水中,它的传播速度一定增大。(　　)
探究点一　对光的折射定律的理解
导学探究将一根筷子竖直插入装有水的玻璃杯中,从水平方向拍摄的照片如图所示。看上去,浸在水中的这段筷子产生了侧移,而且变粗了。如何解释观察到的现象?
提示 筷子产生了侧移是因为折射,变粗是因为杯壁是一个曲面,与水组成一个凸透镜,有一定的放大作用。
知识归纳1.对折射现象的理解(1)现象:当光从一种介质斜射入另一种介质时,其传播方向发生了改变,即入射角i与折射角r不相等(i≠r)。特殊情况:当光垂直分界面射入另一种介质时,传播方向不变,但传播速度发生变化,也属于折射现象。(2)原理:光在不同介质中的传播速度不同,这正是光发生折射的原因。(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时,折射角与入射角的大小关系要看两种介质的折射率的大小关系。当光从真空斜射入介质时,入射角大于折射角;当光从介质斜射入真空时,入射角小于折射角。(4)光路是可逆的。
2.对折射定律的理解(1)“同面内”:“折射光线与入射光线、法线处在同一平面内”,这句话大体上说明了三线的空间位置——三线共面。(2)“线两旁”:“折射光线与入射光线分居法线两侧”,这句话把折射光线的位置又做了进一步的确定。(3)“正比例”:“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”,即 =n,折射角r随入射角i的变化而变化,入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是定值。
特别提示　解决光的折射问题的基本思路(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、折射角均以法线为标准。(3)利用折射定律、折射率公式求解。
应用体验【例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。
答案 5.3 m解析 树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示
对点演练1一个大游泳池,池底水平,水深1.0 m,有长OA=1.3 m的直杆直立于池底,当太阳光以与水平方向成37°角射在水面上时,测得杆在池底的影长OA'=1.15 m。sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,求:(1)水的折射率;(2)当池水深度变为0.7 m时杆在池底的影长OA″的长度。
探究点二　对折射率的理解
导学探究在探究光由真空射入某种透明介质发生折射的规律时得到的实验数据如下表所示。请在表格基础上分析:随着入射角的增大,折射角怎样变化?当入射角与折射角发生变化时,有没有保持不变的量?
提示 由表中数据可以看出,随着入射角的增大,折射角增大。但入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变。
知识归纳(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。(3)折射率与光速的关系:介质的折射率n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。(4)折射率的决定因素: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。
特别提示　(1)折射率的定义式中i为真空(空气)中的光线与法线的夹角,不一定是入射角;r为介质中的光线与法线的夹角,也不一定是折射角。(2)介质的折射率与介质的密度没有必然的联系。密度大,折射率未必大,如水和酒精,水的密度较大,但水的折射率较小。
对点演练2如图所示,一个储油桶的底面直径d=0.6 m。当桶内没有油时,从P点经桶壁上边缘O点恰能看到桶壁上的A点。当桶内装满油时,仍沿PA方向看去,恰好看到桶壁上的B点。已知A点的深度为0.8 m,B、O两点间距离为1.5 m,真空中光速c=3×108 m/s。求:(1)油的折射率;(2)光在油中传播的速度。
答案 (1)1.5　(2)2×108 m/s
1.(折射定律的理解与应用)如图所示,一束光沿AO从空气射入折射率为n的玻璃中。以O点为圆心、R为半径作圆,与折射光的交点为B,过B点向两介质的交界面作垂线,垂足为N,AO的延长线交BN于M,记OM=r;再以O点为圆心、r为半径作圆,则(　　)
2.(折射率)某透明材料制成的管道的横截面如图所示,a、b为以O点为圆心的同心圆。用两束平行光Q、P射向管道,光束P通过圆心,光束Q进入材料的折射光线恰好与圆a相切,并与光束P交于圆b上的M点。已知b的半径是a的两倍,则该材料的折射率为(　　)
解析 连线如图所示,已知b的半径是a的两倍,且根据几何关系可知,两光线入射点与O点组成了正三角形,所以Q光线入射角为60°,折射角为30°,
3.(折射定律的应用)如图所示,假设一条自身能发光的鱼在水面下2.88 m深度处水平向岸边匀速游动,岸上地面水平,且地面上有一竖直高塔,鱼发出的光束始终与水平面成53°角,鱼向岸边游动了2 m,其光束投到塔上的光斑高度相应下移了1.5 m。sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,真空中的光速c=3×108 m/s,求:
(1)水对该光的折射率n;(2)光从鱼所在位置传播到水面的时间t。
解析 (1)设折射角为θ,如图所示由几何关系知EF=GD由勾股定理得CG2=DG2+CD2
4.(折射定律的应用)彩虹是一种大气光学现象,是太阳光经过雨滴的折射和反射形成的。彩虹成因的简化示意图如图所示,红色细光束a射到折射率为 的透明球表面,入射角为45°,在球的内壁经过一次反射后,从球面射出的光线为b。球的半径为R,真空中的光速为c,求:(1)入射光线a与出射光线b之间的夹角α;(2)光在球内的传播时间。
解得折射角r=30°画出光路图如图所示则光线方向改变了45°-30°=15°光在球面内的入射角为30°,经一次反射,光线的传播方向改变了180°-2×30°=120°再射出球体时传播方向又改变15°,因此光线偏转了120°+2×15°=150°则入射光线a与出射光线b之间的夹角α=180°-150°=30°。