1、四川省广安市岳池县第一中学高中物理第四章 光的折射学案 教科版选修 3-4 一、光的折射定律、全反射规律的应用 几何 光学是以光线为工具研究光的传播规律，所以解决几何光学问题的关键是根据“光的 传播规律”画出光路图，然后再利用几何学知识，寻找相应的边 角关系 (1)几何光学主要包括四条原理：光的直线传 播规律；光的反射定律；光的折射定律； 光路可逆原理其中折射定律、不同色光的折射率、全反射现象是高考的重点和热 点解题时常用的三个公式： 折射定律公式：n ； sin isin r 折射率与速度的关系：n ；全反射的临界角：sin C . cv 1n (2)注意法线的画法：法线画成虚线；法线垂直于
2、界面，如果界面是圆面，那应该垂直于圆 的切线，即法线沿半径指向圆心 例 1 (2012山东37(2)如图 1 所示，一玻璃球体的半径为 R，O 为球心，AB 为 直径来 自 B 点的光线 BM 在 M 点射出，出射光线平行于 AB，另一光线 BN 恰好在 N 点发生全反 射已知ABM30 ，求： 图 1 玻璃 的折射率； 球心 O 到 BN 的距离 例 2 如图 2 所示，某种透明物质制成的直角三棱镜 ABC，A 等于 30.一束光线在纸面 内垂直 AB 面射入棱镜，如图 2 所示，发现光线刚好不能从 BC 面射出，而是最后从 AC 面射出求： 图 2 (1)透明物质的折射率 n. (2)光线
3、从 AC 面射出时的折射角 .(结果可以用 的三角函数表示) 二、测折射率的方法 测折射率常见的方法有成像法、插针法及全反射法，不管哪种方法其实质相同，由折射定 律知 n ，只要确定出入射角 1 及折射角 2 即可测出介质的折射率，下面以测定水 sin 1sin 2 的折射率为例对上述方法举例说明 (1)成像法 原理：利用水面的反射成像和水的折射成像 图 3 方法举例：如图 3 所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直插一直尺，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 P 点看到直尺在水下最 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
4、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 n .(BC2 d2)/(AC2 d2) (2)插针法 原理：光的折射定律 图 4 方法举例：如图 4 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PON45)，在直线 OP 上的 P、Q 两点垂直插两枚大头针把木 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
5、1、2，则水的折射率 nsin 1/sin 2. (3)全反射法 原理：全反射现象 图 5 方法举例：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图 5 所示在水面上观察，看到 一圆的发光面，量出发光面直径 D 及 水深 h，则水的折射率 n . D2 4h2D 例 3 某同学利用 “插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行正确操作后， 作出的光路图及测出的相关角度如图 6 所示(1)此玻璃的折射率计算式为 n_( 用 图中的 1、2 表示)；(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差， 应选用宽度_(填“大 ”或“小”) 的玻璃砖来测量 图 6 三、光的波速、折射率与频
6、率的综合应用 例 4 半 圆形玻璃砖横截面如图 7 所示，AB 为直径，O 点为圆心在该界面内有 a、b 两 束单色可见光从空气垂直于 AB 射入玻璃砖，两入射点到 O 点的距离相等两束光在半圆 边界上反射和折射的情况如图 4 所示，则 a、b 两束光( ) 图 7 A在同种均匀 介质中传播，a 光的传播速度大 B以相同的入射角从空气斜射入水中，b 光的折射角大 C从同一介质以相同的入射角射向空气，若 a 光不能进入空气，则 b 光也不能进 入空气 Da 光的频率大于 b 光的频率 1(光的折射定律)一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光 a、b.已知 a 光的频率小于
7、b 光的频率下列光路图中可能正确的是( ) 2(光的折射定律)如图 8 所示， 一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻 璃砖射出后分成 a、b 两束单色光则( ) 图 8 A玻璃砖对 a 光的折射率为 2 B玻璃砖对 a 光的折射率为 1.5 Cb 光的频率比 a 光的频率大 Db 光在玻璃中的传播速度比 a 在玻璃中的传播速度大 3(对全反射的理解)如图 9 所示，扇形 AOB 为透明柱状介质的横截面，圆心角 AOB60. 一束平行于角平分线 OM 的单色光由 OA 射入介质，经 OA 折射的光线恰平 行于 OB. 图 9 (1)求该介质的折射率 (2)折射光线中恰好射到 M 点的光线 _(填“能”或“不能”)发生全反射 4(2014新课标34(2)一厚度为 h 的大平 板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为 r 的 圆形发光面在玻璃板上表面放置一半径为 R 的圆 纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同 一竖直线上已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射) ，求平 板玻璃的折射率
