1、1 光的反射和折射学 习 目 标 知 识 脉 络1.知道光的反射定律2理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题3知道折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行有关计算(重点 )4掌握插针法测折射率的方法.反射定律和折射定律先 填 空 1光的反射(1)定义光从第 1 种介质射到它与第 2 种介质的分界面时，一部分光会返回到第 1 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2光的折射和折射定律 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
2、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 n 12sin 1sin 2光路可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的.再 判 断 1反射定律是确定反射光线位置的规律()2不是所有的反射现象都遵循反射定律()3发生漫反射时，反射角不等于入射角()4一束光从空气进入水中时传播方向一定改变()后 思 考 1人站在平面镜前面会看到自己的像平面镜成像的特点是什么？【提示】 平面镜成的像是虚像，像和物等大，像和物到镜面的距离相等2入射角、折射角哪一个较大？【提示】
3、没有前提条件，无法确定核 心 点 击 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，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化2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1关于光的反射与折射，下列说法正确的是( )A光发生反射时，光的传播方向不一定改变B光发生反射时，光的传播方向可能偏转 90C光发生反射时，光的传播方向一定改变D光发生折射时，一定伴随着反射现象E光发生反射时，一定伴随着折射现象【
4、解析】 发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变 90，A 错，B、C对；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象，D 对，E错【答案】 BCD2.如图 1311 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( ) 图 1311AbO 可能是入射光线BaO 可能是入射光线CcO 可能是入射光线DOb 可能是反射光线EPQ 可能是法线【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
5、 是入射光线， Ob 是反射光线， Oc 是折射光线【答案】 BDE3如图 1312 所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况造成这种现象的原因是什么？图 1312【解析】 太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，使人感觉太阳的位置比实际位置偏高【答案】 光的折射1在反射、折射现象中，光路都是可逆的2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，但并非一定要变化；当光垂直分界面入射时，光的传播方向就不会变化折射率先 填 空 1物理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
6、角的正弦之比，简称折射率，即 n .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.再 判 断 1当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为 0.()2折射率大的介质，密度不一定大()后 思 考 1是否可以由折射率的定义式 n 得出介质的折射率与入射角 1 的正弦成正比，sin 1sin 2与折射角 2 的正弦成反比？【提示】 不可以折射率 n 由介质的性质和光的颜色决定，与入射角 1和折射角 2无关2光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？【提示】 由 v 知，n 越大
7、，v 越小cn核 心 点 击 1关于正弦值当光由真空射入某种介质中，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3光传播速度介质的折射率 n 跟光在其中的传播速率 v 有关，即 n ，由于光在真空中的传播速率cvc 大于光在任何介质中的传播速率 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时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，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，它的大小只能由介质本身及光的
8、性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化4若某一介质的折射率较大，那么光在该介质中的速度较_【解析】 由 n 可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小cv【答案】 小5一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 n_，光在该介质中的传播速度v_c(c 为真空中光速) 【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 r18045 105 30，则折射率 n ，所以光在该介质中的速度 v c.sin 45sin 30 2 cn c2 22【答案】 2226一束光线从空气射向折射率为 1.5 的玻
9、璃内，入射角为 45，画出反射和折射的光路示意图【解析】 光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射；由反射定律知反射角为45，根据折射定律 n 得 1 2.sin 1sin 2【答案】 1折射率的定义式中 1 为真空 空气中的光线与法线的夹角，不一定是入射角； 2 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.测定玻璃的折射率核 心 点 击 1实验目的掌握测玻璃折射率的方法；加深对折射定律的理解2实验过程用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角 i 和折射角 r
10、，根据折射定律计算出玻璃的折射率 n .sin isin r3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(或直尺) 、铅笔4实验步骤(1)如图 1313 所示，把白纸用图钉钉在木板上在白纸上画一条直线 aa作为玻璃砖的上界面，画一条线段 AO 作为入射光线，并过 O 点画出界面 aa的法线 NN.图 1313(2)把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟 aa严格对齐，并画出玻璃砖的另一个长边 bb.(3)在 AO 线段上竖直地插上两枚大头针 P1、P 2.(4)眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使 P2 把 P1 挡住，在眼睛这侧沿视线方向插上大头针 P3，使它把
11、 P1、P 2 挡住(5)用同样的方法在玻璃砖的 bb一侧再插上大头针 P4，使 P4 能同时挡住 P3 本身和P1，P 2 的虚像记下 P3、P 4 的位置，移去玻璃砖和大头针过 P3、P 4 引直线 OB 与 bb交于 O点，连接 O、O 两点，OO就是入射光 AO 在玻璃砖内的折射光线的方向入射角iAON，折射角 rO ON.(6)用量角器量出入射角 i 和折射角 r.从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记录在自己设计的表格里(7)用上面的方法分别测出入射角是 15、30、45 、60和 75时的折射角查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记录在上述的表格里(8)计算出不同入射角
12、时 的值比较一下，看它们是否接近一个常数求出几次实sin isin r验中测得的 的平均值，就是玻璃的折射率sin isin r5注意事项(1)玻璃砖的上折射面必须与直线 aa严格对齐，才能准确地确定法线，准确地画出入射角和折射角(2)实验时，尽可能将大头针竖直地插在纸上，且 P1 和 P2 之间、P 2 和 O 之间、P 3 和P4 之间、 P3 和 O之间距离要稍大一些重合的时候要看玻璃砖里面的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的头部(3)入射角 i 应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜过大，在操作时，手不能触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能用玻璃砖的界面代替直尺画界线(4)在实验的过
13、程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变6数据处理及误差分析此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入 n 中求玻璃的折射率除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：sin 1sin 2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，用直尺量出 CC和 DD的长，如图 1314 所示图 1314由于 sin ，sin .CCCO DDDO而 CODO，所以折射率 n1 .sin sin CCDD重复以上实验，求得各次
14、折射率，然后求其平均值即为玻璃折射率的测量值7在“测定玻璃折射率”的实验中：(1)操作步骤如下：先在白纸上画出一条直线 aa代表两种介质的界面，过 aa上的 O 点画出界面的法线NN，并画一条线段 AO 作为入射光线把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟 aa对齐在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P 2，透过玻璃砖观察大头针 P1、P 2 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、P 4，使P3 挡住 P1、P 2 的像，P 4 挡住 P1、P 2 的像和 P3，记下 P3、 P4 的位置移去大头针和玻璃砖，连接 P3、P 4 作为折射光线，
15、测量出入射角 1 与折射角 2，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 1 与折射角 2，并作出了 sin 1sin 2 图象如图 1315 所示则下列说法正确的_图 1315A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【解析】 (1)步骤中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面 bb，步骤中应通过P3，P 4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)由图可看出入射角 1小于折射角 2，因此，光线应该是由玻璃射入空气；则玻璃折射率 n 1.5，所以选项 C 正确sin 2sin 1
16、 0.450.30【答案】 (1)见解析 (2)C8.由某种透明物质制成的等腰直角棱镜 AOB，两腰都为 16 cm，且两腰与 Ox 与 Oy 轴都重合，如图 1316 所示，从 BO 边的 C 点注视 A 点，发现 A 点的位置在 D 点，在 C、D两点插上大头针，测出 C 点的坐标为 (0,12)，D 点的坐标为 (9,0)，由此可以算出该透明物质的折射率为多大？ 图 1316【解析】 假设从 A 点发出一条光线射在 C 点，经折射后，射入眼睛当逆着折射光线看去，好似光线是从 D 点射出sin 1cos ACO 12122 162 1220sin 2cos DCO 12122 92 1215所以，该透明物质的折射率n .sin 2sin 1 2015 43【答案】 43
