人教版选修3-4 13.1 光的反射和折射 教案

我们生活在五彩缤纷的世界里,生活在光的世界中。毛泽东在他的词《菩萨蛮·大柏地》中写道:“赤橙黄绿青蓝紫,谁持彩练当空舞?”“彩练”是指雨后天空出现的彩虹,这是太阳光在通过空中的雨滴时,发生折射而色散的结果。大诗人李白在他的《梦游天姥吟留别》中写道:“海客谈瀛洲,烟涛微茫信难求。”意思是传说中的东海仙山实在难找,也有人认为这是指“海市蜃楼”,其实这是光发生全反射的结果。

光现象与我们的生活密不可分,如图所示,插入水杯中的筷子“弯曲”了,雨后马路上积水表面的油膜呈现出五颜六色,家用宽带用光纤送入……这一章我们将从光的反射、折射开始,学习光的干涉、衍射、激光的特性及应用等知识。让我们一起打开光学的大门,在光学世界的殿堂中遨游吧!

课时13.1 光的反射和折射

1.认识光的反射及折射现象,知道法线、入射角、反射角、折射角的含义。

2.理解反射和折射定律,会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。

3.理解折射率的概念,会测定玻璃的折射率。

重点难点:折射定律的应用和折射率的测量,以及折射定律与光路可逆原理相结合的应用。

教学建议:本节主要讲光的反射定律、折射定律和折射率的测定,教学中要充分重视。折射是在初中学习的知识上的进一步深化;折射率是一个全新的知识点,它对于后面理解全反射非常重要。在求解折射率时,切忌死套公式。在教科书的结构上,先介绍折射定律和折射率,再引入实验和例题,体现从基本知识到实际应用的过程。

导入新课:雨过天晴,顺着太阳看去,可以看到含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的“鹊桥”,俗称“彩虹”。你知道这“彩虹”是如何形成的吗?

1.光的反射与反射定律

(1)光的反射:光照射到两种介质的界面上,一部分返回①原来介质的现象。

(2)入射角与反射角:入射光线与②法线的夹角叫入射角,反射光线与③法线的夹角叫反射角。

(3)反射定律:在光的反射现象中,反射光线、入射光线和④法线在同一平面内,且反射光线与入射光线分别位于法线的两侧,反射角⑤等于入射角。

2.光的折射与折射定律

(1)光的折射:光照射到两种介质的界面上,除了一部分光返回原介质,还有一部分光会进入⑥另一种介质的现象。

(2)折射角:折射光线与⑦法线的夹角。

(3)折射定律:在光的折射现象中,折射光线、入射光线、法线⑧在同一平面内,且折射光线与入射光线分别位于法线两侧;入射角的正弦与折射角的⑨正弦成正比,其表达式是⑩=n12。

(4)光的折射与光的反射一样,光路是可逆的(填“可逆的”或“不可逆的”)。 3.折射率

(1)折射率:光由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绝对折射率,简称折射率。

(2)设介质的折射率为n,光在真空中的传播速度为c,在介质中传播的速度为v,它们的关系是n=。

(3)任何介质的折射率都>(填“>”“<”或“=”)1。

1.反射现象和折射现象中,光分别是在几种介质中传播?

解答:反射现象中,光在一种介质中传播;折射现象中,光在两种介质中传播。

2.反射是不是只发生在透明介质的表面?

解答:不是,不透明介质的表面也能发生反射。

3.若光从空气进入水中,折射定律中的比例常数n12的1和2分别代表什么介质?

解答:比例常数n12的1是空气,2是水。

主题1:光的反射

问题:(1)假如你在有月光的夜晚行走在凹凸不平有水洼的小路上,当你迎着月光走时,看到水洼是亮的还是暗的?当你背着月光走时,看到水洼是亮的还是暗的?为什么? (2)当你从镜子中看到另一个人的眼睛时,那个人能不能看到你的眼睛?这里隐含着什么规律?

解答:(1)迎着月光走,看到水洼是亮的;背着月光走,看到水洼是暗的。因为水洼处发生镜面反射,水洼周围地面发生漫反射。

(2)能看到你的眼睛。在光的反射现象中,光路是可逆的。

知识链接:镜面反射和漫反射都遵守反射定律。

主题2:光的折射

问题:(1)我们能不能说光从一种介质射入另一种介质时光的传播方向一定发生改变?为什么?

(2)我们能不能说光从一种介质射入另一种介质时光的传播速度一定发生改变?为什么?

(3)如果我们把真空当作一种介质来看待,真空的折射率是多大?

解答:(1)不能。入射光垂直界面射入时,光的传播方向不变。

(2)能。两种介质的折射率不同,光的传播速度一定不同。

(3)真空的折射率是1。

知识链接:光从一种介质垂直射入另一种介质时,虽然光的传播方向不变,但光也算发生了折射现象。

主题3:生活中的光学现象

情景:成语“鱼翔浅底”的意思是透明而清澈见底的江里,鱼群摆动鳍尾,任意遨游。寓意是对自由解放的向往和追求。

问题:(1)请观察鱼缸里的金鱼,从水面向下看,你认为鱼的实际位置比我们看到的位置深还是浅?通过实际观察得出结论。我们看到的水底是不是变浅了?

(2)当一根筷子斜插入清澈的水中,看上去这根筷子像是折断了,这是什么原因呢?

解答:(1)鱼的实际位置比你看到的位置深。实际观察中可以在鱼缸里放一个石子,从侧面看与从上面看进行比较即可。所以我们看到的水底真的是变浅了。

(2)这是光的折射现象。水中的筷子反射的光从水中进入空气中后光线的传播方向发生了变化,但人们认为光是沿直线传播的,所以看到的位置与实际位置不符。 知识链接:有经验的渔夫总是用渔叉对着鱼头叉鱼,你明白原因了吧!

主题4:光路图

问题:一束光从空气射向某介质,在界面上同时发生了反射和折射现象,某同学画出的光路如图所示。由于该同学没有标注光线的传播方向,只是知道两根相互垂直的虚线,一个表示界面、一个表示法线,请你帮他确定入射光线、反射光线和折射光线。

解答:在光的反射与折射中,法线与介质的界面垂直,而且反射光线、折射光线和入射光线都位于法线两侧。从这个意义上讲,两条虚线都可能是介质的界面或法线。而根据反射定律中反射角等于入射角这个条件,以及相关的几何知识可知,入射光线只能是CO,竖直的虚线为介质的界面,水平的虚线为法线。所以CO是入射光线,OB为反射光线,OA为折射光线。

知识链接:光路图中要用箭头表示出光的传播方向,界面用实线表示,法线用虚线表示。

1.(考查光的反射和折射)下列说法正确的是( )。

A.光只有照射在两种介质的平整界面上才能发生反射现象

B.反射现象中入射光线和反射光线不可能相互垂直

C.光从一种介质进入另一种介质时,一定会发生偏折

D.光从真空进入某种介质后,速度要减小

【解析】两种介质的任何界面上都能发生反射现象,当入射角等于45°时,入射光线和反射光线是相互垂直的,故A、B错误;当光线沿法线方向入射到另一种介质中时,光线方向不发生改变,故C错误;如果光线从真空进入某种介质时,传播速度一定减小,因为空气和真空折射率认为相等且等于1,其他介质的折射率都大于1,故D选项正确。

【答案】D

【点评】光如果从垂直于两种介质的界面入射,方向将不发生改变,折射定律不适用。

2.(考查光的折射现象)如果光线以大小相等的入射角(入射角不为零)从真空射入不同介质,若介质的折射率越大,则( )。

A.折射角越大,说明折射光线偏离原来方向的程度越大

B.折射角越大,说明折射光线偏离原来方向的程度越小

C.折射角越小,说明折射光线偏离原来方向的程度越大

D.折射角越小,说明折射光线偏离原来方向的程度越小

【解析】由折射率的定义式n=可知,入射角θ1相同时,介质的折射率n越大,则折射角θ2越小,折射光线偏离原传播方向的程度越大,选项C正确。

【答案】C

【点评】入射角一定,折射角越小,折射率越大。

3.(考查折射率)光从某种介质射入空气中,入射角θ1从零开始增大时,始终有光射入空气中,折射角θ2也随之增大,下列说法正确的是( )。

A.比值θ1∶θ2基本不变

B.比值基本不变

C.比值是一个大于1的常数

D.比值是一个小于1的常数

【解析】设介质的折射率为n,当光由介质射入空气中时,根据光路的可逆性和介质折射率的定义得=,因n>1,可知为一小于1的常数,选项B、D正确,选项A、C错误。

【答案】BD

【点评】本题一定要分清是光从空气射入介质,还是从介质射入空气。

4.(考查反射定律与折射定律)光从真空进入某种介质,入射角为40°,则反射光线与折射光线间的夹角可能的范围是( )。 A.大于140° B.大于100°,小于140°

C.大于60°,小于100° D.大于10°,小于60°

【解析】入射角为40°,则反射角也为40°,折射角应大于0,小于40°,所以反射光线与折射光线间的夹角大于100°,小于140°。

【答案】B

【点评】要学会这种确定光线边界条件的方法。

拓展一:对折射定律与折射率的理解

1.有一束单色光从介质A射入介质B,再由介质B射入介质C,如图所示。根据图中所给的情况判断,下列说法中正确的是 ( )。

A.介质B的折射率最大

B.介质C的折射率最大

C.光在介质B中的速度最大

D.光在介质C中的速度最大

【分析】本题考查的是如何利用光路图比较各种介质的折射率。应该注意到,题给的三种介质的界面是平行的。

【解析】如果光线由真空射入介质中,根据折射率的定义n=可知,θ1>θ2。在光的折射现象中,光线与法线的夹角越小,则该介质折射率越大。

光线由介质A进入介质B时,根据光路图可知,A的折射率大于B的折射率;光由介质B进入介质C时,根据光路图可知,B的折射率小于C的折射率。所以介质B的折射率最小,光在其中传播速度最大。由光路的可逆性可知,光由B进入A时,如果入射角为60°,则折射角为45°;而光由B进入C时,如果入射角为60°,则折射角为30°。由此比较可知,介质C的折射率最大,光在其中传播速度最小。

【答案】BC