高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 光的折射说课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 光的折射说课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，知识概览，答案15，答案C，二对折射率的理解，答案D，2图像法等内容，欢迎下载使用。
目 标 素 养1.理解光的折射定律,并能用来解释和计算有关的问题,培养科学思维能力。2.会依据光的折射定律作出光路图,培养分析解决实际问题的能力。3.理解折射率的物理意义,知道折射率与光速的关系,形成正确的物理观念。4.会用插针法测量玻璃的折射率。
一、折射定律1.光的折射现象:光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时,一部分光会进入第2种介质的现象。2.光的折射定律: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______________。
3.在光的反射和折射现象中,光路是可逆的。
微判断1 1.一束光从空气进入水中时传播方向一定改变。(　　)2.光的折射现象中,光路是可逆的。(　　)3.发生折射现象时,入射角与折射角成正比。(　　)
微训练1(多选)如图所示,虚线表示两种介质的分界面及其法线,实线表示一条光线射向分界面后发生反射和折射的光线,以下说法正确的是(　　)A.bO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可能是反射光线答案:BD
解析:由于反射角等于入射角,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。
二、折射率1.绝对折射率:光从真空中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,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率, ,其中θ1为真空中的入射角。2.物理意义:反映介质光学性质的物理量。不同的介质有不同的折射率。3.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_______。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,因此任何介质的折射率n都大于1。
微判断2 1.光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。(　　)2.若光从空气中射入水中,它的传播速度一定减小。(　　)3.光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角。(　　)4.折射率大的介质,密度一定大。(　　)
三、插针法测量玻璃砖的折射率如图所示,当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时,只要找出与入射光线 AO 相对应的出射光线 O'D ,就能够画出光从空气射入玻璃砖后的折射光线 OO' ,于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律,就可以求出玻璃的折射率。
微训练2 在测量玻璃的折射率的实验中,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lOB=8 cm,lCD=4 cm,由此可得出玻璃的折射率n为多少?
一 折射定律的理解和应用
重难归纳1.光的方向。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),并非一定变化,当光垂直分界面入射时,传播方向就不发生变化。2.光的传播速度。光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,当光垂直分界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射,光传播的速度发生变化。
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不要一概而论,要视两种介质的折射率大小而定。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。
有经验的渔民叉鱼时,不是正对着看到的鱼去叉,而是对着所看到鱼的下方叉,如图所示。你知道这是为什么吗?
提示:从鱼身上反射的光线由水中进入空气时,在水面上发生折射,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼逆着折射光线的方向看去,就会觉得鱼变浅了,眼睛看到的是鱼的虚像,在鱼的上方,所以叉鱼时要瞄准像的下方,如图所示。
典例剖析(多选)根据图中的漫画,下列说法正确的是(　　)A.人看到的是鱼的实像,位置变浅了些B.人看到的是鱼的虚像,位置变浅了些C.鱼看到的是人的实像,位置偏低了些D.鱼看到的是人的虚像,位置偏高了些答案:BD
解析:鱼反射的光线经过水面折射后进入人眼,射入人眼的光线的反向延长线相交后形成虚像,人看到的是这个虚像。光线从水射向空气中时,折射角大于入射角,将折射光线反向延长,得到的交点为人所看到的鱼的虚像,如图所示,可以看出虚像的位置变浅了,选项B正确,A错误。同理,鱼看到的是人反射的光线经过水面折射形成的虚像,鱼看到人的虚像的位置偏高了,选项D正确,C错误。
名师点睛解决光的折射问题的思路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。
学以致用“井底之蛙”这个成语常被用来讽刺没有见识的人,现有井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井,一口是水井(水面在井口处),两井底都各有一只青蛙,则(　　)A.枯井中青蛙觉得井口比较大,水井中青蛙看到井外的范围比较大B.两只青蛙觉得井口一样大,水井中青蛙看到井外的范围比较小C.两只青蛙觉得井口一样大,水井中青蛙看到井外的范围比较大D.枯井中青蛙觉得井口比较小,水井中青蛙看到井外的范围比较大
解析:根据光的直线传播作出青蛙在枯井中的视野范围,如图甲所示。当井里灌满水后,光线照到井面会发生折射现象,由于光是从空气射向水,所以入射角大于折射角,因此井底之蛙看到的视野范围比没水时更大;变化的大致范围如图中两条入射光线之间的阴影区域所示,如图乙所示。所以两只青蛙觉得井口一样大,水井中青蛙看到井外的范围比较大。故选项C正确,A、B、D错误。
重难归纳1.关于正弦值。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,但入射角的正弦值与折射角的正弦值之比是一个常数。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,说明常数反映着该介质的光学特性。
是否可以由折射率的定义式 得出,介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比,与折射角θ2的正弦成反比?
提示:不可以。折射率n由介质的性质和光的性质决定,与入射角θ1和折射角θ2无关。
典例剖析一束光由空气射入某介质时,入射光线与反射光线间的夹角为90°,折射光线与反射光线间的夹角为105°,则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为(　　)
解析:由反射定律和题意可知,反射角和入射角均为45°,折射角为180°-45°-105°=30°,
特别提醒折射率的定义式 中的θ1为真空中的光线与法线的夹角,不一定为入射角;而θ2为介质中的光线与法线的夹角,也不一定为折射角。
学以致用如图所示,光线以入射角θ1从空气射向折射率为 的玻璃表面。
(1)当入射角θ1=45°时,反射光线与折射光线间的夹角θ为多大?(2)当入射角θ1为多少时,反射光线与折射光线垂直?
三 测量玻璃的折射率
重难归纳1.实验目的。掌握测量玻璃折射率的方法。2.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,用量角器测入射角θ1和折射角θ2,根据折射定律计算出玻璃的折射率
3.实验器材。玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或刻度尺)、铅笔。
4.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'作为分界面(线),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)连接OO',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用量角器量出入射角和折射角,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在自己设计的表格中。(7)用上述方法求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中。
5.数据处理。(1)平均值法。在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与AO交于C点,与OO'(或OO'的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN'作垂线,交NN'于C'、D',用刻度尺量出CC'和DD'的长,如图所示。
重复以上实验,求得各次折射率的计算值,然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。
在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上,以sin θ1值为横坐标、以sin θ2值为纵坐标,建立直角坐标系如图乙所示,描数据点,过数据点连线得到一条过原点的直线。
6.注意事项。(1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。(2)入射角θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。(3)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖当刻度尺画线。(4)在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。(5)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。
7.实验误差。(1)入射光线和出射光线确定得不够精确。因此要求插大头针时两大头针间距应稍大。(2)入射角、折射角测量得不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。
名师点睛插针的作用是找出玻璃砖内的光路,其关键是确定入射点和出射点,而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与分界面相交而得到的,故实验的关键是插准大头针,画准玻璃砖边界线,而与所选玻璃砖两边是否平行无关。如用半圆形、圆形或三角形玻璃砖,均可测出其折射率,光路如图所示。
在测量玻璃折射率的实验中,aa'和bb'不平行时,能否根据P1P2、P3P4得到光在玻璃砖内的传播路径?提示:可以。P1P2、P3P4与玻璃砖两分界面交点O、O'的连线即光在玻璃砖内的传播路径。
典例剖析在测量玻璃折射率的实验中:(1)操作步骤如下。①先在白纸上画出一条直线aa'代表两种介质的分界面,过aa'上的O点画出法线NN',并画一条线段AO作为入射光线。②把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐。③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向,直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像, P4挡住P1、P2的像和P3,记下P3、P4的位置。
④移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4作为折射光线,测量出入射角θ1与折射角θ2,填入表格中。上述操作步骤中存在严重的缺漏,应做的补充是  　 。(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2,并作出了sin θ1-sin θ2图像如图所示。则下列说法正确的是　　。 A.实验时,光线是由空气射入玻璃B.玻璃的折射率为0.67C.玻璃的折射率为1.5答案:(1)见解析　(2)C
解析:(1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个分界面bb',步骤④中应通过P3、P4的连线与bb'的交点O'和aa'上的入射点O,作出玻璃砖中的光线OO'。(2)由题图可看出入射角θ1小于折射角θ2,因此,光线应该是由玻璃射入空气;则玻璃折射率 ,所以选项C正确。
规律总结测量玻璃折射率的基本思路1.确定一条从空气斜射入玻璃(或者从玻璃斜射入空气)的光路。 2.通过作图确定入射角和折射角。 3.由折射率的定义式 计算出玻璃的折射率。
学以致用如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,过O与P3作一条直线,图中MN为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。
(1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量　　　　　　,则玻璃砖的折射率可表示为　　　　　　。 (2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
1.(多选)关于光的折射,下列说法正确的是(　　)A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内B.入射光线、法线和折射光线不一定在一个平面内C.入射角总大于折射角D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角答案:AD解析:由光的折射定律知,折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内,故选项A正确,B错误。光线从玻璃斜射入空气时,入射角小于折射角,故选项C错误。光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角,故选项D正确。
2.光线以30°入射角从玻璃中射到玻璃与空气的分界面上,它的反射光线与折射光线的夹角为90°,则这块玻璃的折射率应为(　　)答案:B
解析:入射角为30°,则反射角也为30°。由于反射光线与折射光线夹角为90°,由图可知,折射角为r=60°,因此折射率 ,选项B正确。
3.如图所示,在测量玻璃的折射率的实验中,以下说法正确的是(　　)
A.为了提高实验准确度,必须选用两光学表面平行的玻璃砖B.在白纸上放好玻璃砖后,首先要用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出边界C.判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的头部D.大头针P1与P2、P3与P4的间距适当远一些,可以减小实验误差答案:D
解析:光学表面是否平行不影响该实验的准确度,选项A错误;为了防止弄脏玻璃砖,铅笔不能贴着玻璃砖的光学面画出界面,选项B错误;判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的整个部分,不能只观察其头部,选项C错误;大头针P1与P2、P3与P4的间距适当远一些,可以减小实验误差,选项D正确。
4.一半圆柱形透明物体横截面如图所示,底面AOB镀银,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°, ∠MOA=60°,∠NOB=30°。求:(1)光线在M点的折射角;(2)透明物体的折射率。