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第15章 光的反射和折射(2)

分析解答:

根据光的反射定律作好光路图,注意利用几何关系分析求解:由图可知:a=∠OBC+∠OCB∠OCB=2(90°-∠1)∠OBC=2(90°-∠2)∠1+∠2=180°-θ∴a=2θ当两平面镜正对时θ=0°,所以a=2θ=0°,两平面镜垂直时θ=90°,a=2θ=180°,平行反射回去。

典型例题2:关于平面镜成像

如图所示,MN为一平面镜,P为一不透光的障碍物,S为一发光点。试用作图法画出在P的右侧能看到S虚像的位置,要求画出所有必要光线的光路图,并在直线CD上用AB线段标出范围。

分析与解答:

从点光源S发出的光入射到平面镜上反射后能传到P的右侧的只能是一部分光。由点光源和障碍物直接画光线SE,可确定出最右侧的反射光。入射到镜面E点左侧的光反射后仍可传到P的右侧,但不是无限制。确定这个限制需要作出点光源经平面镜成的像S,根据对称性很容易确定S的位置。连接S与障碍物的右端可确定反射光到达的最左侧位置。从而确定了AB线段。如图所示。

说明:以上所画出的SE光线和SA光线来确定反射光的传播范围的方法是解决平面镜问题中常用且重要的方法。

光的折射

【教学目标】

知识目标

1理解折射定律的确切含义,并能用来解释光现象和计算有关的问题。

2理解折射率(指绝对折射率)的定义,以及折射率是反映介质光学性质的物理量。

3知道折射率与光速的关系,并能用来进行计算。

能力目标

1知道折射光线是可逆的,并能解释光现象和计算有关的问题。

2能解释自然界中出现的光的折射现象,如:海市蜃楼、水中观象等。

情感目标

通过生活中大量的折射现象的分析,激发学生学习物理知识的热情,并正确认识生活中的自然现象。

【实验建议】

1光的折射现象的演示,可用激光光学演示仪,它的优点是可以不在暗室中进行实验。本实验利用半圆形玻璃砖的平面和光盘上“90°”刻度线重合,圆心和光盘圆心重合,使入射光射向圆心让入射光从空气射入玻璃,折射光从柱面射出,因沿半径方向而不再折射。这样改变入射角,可以从光盘读出几组不同的i、r值,计算正弦比值,加深对折射定律的理解。

2在讲光的全反射现象时,可以增加一个演示实验,以使学生对全反射现象留下深刻的印象。“用一个直径2cm以上的表面粗糙的金属球悬挂起来,表面用蜡烛燃烧冒出烟将其熏黑。使其浸入水中从侧面观察是一个亮亮的银球。提出水后是一个黑球。”学生看后很惊奇,然后引导学生用全反射产生的条件分析现象产生的原因,效果较好。

3测玻璃的折射率的学生实验,作图时要求精确,本实验要让学生知道:(1)处理数据的方法不仅可以直接测量入射角i和折射角r,还可以通过在入射光线和折射光线上量取等长线段,然后向法线做垂线的方法,如图用刻度尺测量出AD和BP的长度,n=sinisinr=AD/AOBP/PO=ADBP这种方法中,AO=PO且注意AO和PO尽量取得长一些,例如要大于10cm,一般可得到三位有效数字,取不同的入射角得到的n值很接近。

(2)本实验也可以不用平行板玻璃砖、实验的关键在于用插针法确定射出玻璃砖的出射光线,然后通过连接入射点和出射点找到折射光线。

【教学设计示例】

(一)引入新课

当光从一种介质进入另一种介质时,将发生反射和折射现象,光的折射现象,我们在初中也已经初步了解,上一节我们学习了光的反射,现在我们讨论光的折射。

(二)教学过程

光传播到两种介质交界面时,同时发生反射和折射现象。

1折射定律:

(1)折射光线、入射光线、法线在同一平面内。

(2)折射光线,入射光线在法线两侧。

(3)n=sinisinr。n为折射率。它是反映介质的光学性质的物理量。对于同一介质无论i、r如何变化,sini/sinr是不变的。对于不同介质sini/sinr的值是不同的。介质的折射率n与光的其中传播速度有关,n=cv。由此可知光在不同介质中传播光速大小是不同的。必须指出光线入射的介质为真空;另一种介质可是任意的,如此定义的折射率为介质对真空的折射率又叫绝对折射率。如果光线在任意两种介质中传播,折射率大的介质对折射率小的介质叫光密介质,反之叫光疏介质。它们是相对的。

理解和掌握折射率的物理意义是掌握折射定律的关键。

一束光射到两种介质的界面时,其能量分配成反射和折射两部分,随着入射角的不同,其能量分配的比例也不同、在一般情况下,一束光在两个介质的界面上会同时产生反射和折射,其中反射光线遵循反射定律,折射光线遵循的规律与折射率有关。

对于折射率应从下面几个层次来理解:

A.在光的折射现象中,折射角随着入射角的变化而变化,而两角的正弦值之比是个常数。

B.对于不同的介质,此常数的值是不同的。如光从真空进入水中,这个常数为4/3,光从真空进入玻璃中,该常数为3/2。显然,这个常数能反映介质的光学性质,我们把它定义为介质的绝对折射率,简称为折射率,用字母n表示。

C.介质的折射率是由介质本身性质决定的。它取决于光在介质中传播的速度。

D.由于不同频率的色光在同一种介质中传播速度不同,红光的传播速度最大,折射率最小,紫光的传播速度最小,折射率最大。

只有掌握了折射率的内涵,才能理解光的折射现象,不仅能掌握折射定律,而且为研究全反射现象打下良好的基础。

【习题精选】

1人看到沉在水杯底的硬币,其实看到的是:A.硬币的实像,其位置比硬币实际所在位置浅B.硬币的实体,其位置即硬币的实际位置C.硬币的虚像,但位置比硬币的实际位置浅D.硬币的虚像,其位置比硬币的实际位置深2如图所示,在两束光的交点P前,放一块长方形的玻璃砖则交点位置:A.不变B.向左C.向右

D.可能向左、也可能向右,由光的颜色决定的3光线以某一入射角从空气进入折射率为的玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直,则入射角等于。

A.30°B.45°C.60°D.80°4光从某种介质射入空气中,入射角i从零开始逐渐增大时,折射角r也随之增大,下述说法正确的是A.比值i/r不变B.比值sini/sinr不变C.比值sini/sinr是一个大于1的常数D.比值sini/sinr是一个小于1的常数5观察者看见太阳刚从地平线升起时,关于太阳位置的叙述正确的是A.太阳位于地平线之上

B.太阳位于地平线之下

C.太阳位于地平线

D.大气密度不知,无法判断

6水对空气的折射率为4/3,在水面下放一个可以在竖直方向上下移动的点光源,则在水平上可看到一个面积变化的圆形光斑,若看到光斑的面积正在扩大,那么A.光源正在下沉B.光源正在上浮C.光源不动D.条件不足无法确定7水的折射率等于玻璃的折射率,光在水中的传播速度与在玻璃中的传播速度之比等于。

8玻璃的折射率是1.50,水晶的折射率是1.55,让一块厚度为1cm的玻璃片与一块水晶片叠放在一起,若光线垂直射入时,通过它们所用时间相等,则水晶片厚度是cm.

9一个大游泳池,池底是水平面,池水深1.2m,有一直杆竖直立于地底,浸入水中部分杆是全长的一半,当太阳光以与水平面成37°角射在水面上时,测得杆在池底的影长为2.5m,求水的折射率。

【参考答案】

1C2C3C4BD5B6A79:880.9794/3

【典型例题】

关于折射率的求解

一束平行光以45°入射角射向玻璃,在玻璃中的折射角为30°。求:(1)玻璃的折射率;(2)光在玻璃中的传播速度。

分析解答:

(1)折射率n=sinisinr=sin45°sin30°=2

(2)根据公式n=cv

则光在玻璃中的传播速度v=cn=3.00×1082m/s≈2.13×108m/s全反射【教学目标】

知识目标

1知道什么是光疏介质和光密介质,理解光的全反射现象,掌握发生全反射的条件。

2理解临界角的物理意义,会根据公式确定光从介质射入真空(空气)时的临界角。

能力目标

能判断是否发生全反射,并能解决有关的问题。

能运用全反射的知识分析和解释一些简单的现象了解光的全反射在光导纤维上的应用。

情感目标

1通过这部分知识的学习,使学生对自然界中许多美好的现象进行充分的认识,学会用科学知识来解释自然现象。

2了解我国光纤技术的进展以及光导纤维在现代科技中的应用,培养爱国主义热情和科学态度。

【教学设计示例】

(一)引入新课

通过光的折射实验演示折射角和入射角的大小关系,然后由光的可逆性推断可能发生的现象,并用实验证实全反射现象。

(二)教学过程

1做好演示实验:光的折射和光的全反射实验。

2带领学生分析发生全反射的条件。

光由光疏介质进入光密介质时,折射角小于入射角,不会发生全反射,而光由光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角,随着入射角的增大,折射角先达到90°,就发生了全反射现象。

强调:

全反射:光照射到两种介质的界面上,光线全部反射回原介质的现象叫全反射。

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