教科版 (2019)選擇性必修 第一冊1 光的折射定律教課課件ppt

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1.知道光的折射現(xiàn)象,理解折射率的概念。(物理觀念)2.掌握光的折射定律,掌握折射率與光速的關(guān)系。(科學(xué)思維)3.會(huì)用插針法測定玻璃的折射率。(科學(xué)探究)4.學(xué)會(huì)用光的折射定律來處理相關(guān)問題。(科學(xué)思維)
基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
一、光的折射定律1.光的折射當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面時(shí),一部分光　　　　第二種介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。?2.光的折射定律　　　　　　與分界面垂直的線入射光線、折射光線和法線在同一平面內(nèi),入射光線與折射光線分居　　　　的兩側(cè);入射角的正弦值與折射角的正弦值之比為一常數(shù)。?
情境鏈接如圖所示,一束光線斜射入容器中,并在容器底部形成一個(gè)光斑。往容器中逐漸注水的過程中,圖中的光斑的位置將如何變化?
提示 當(dāng)向容器中加水時(shí),光從空氣斜射入水中,由光的折射規(guī)律可知,光會(huì)靠近法線,因此光傳播到容器底時(shí)會(huì)向左移動(dòng)。
教材拓展閱讀教材P96“發(fā)展空間”中“絕對折射率和相對折射率”的內(nèi)容,回答什么是絕對折射率,什么是相對折射率。
提示 光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率,叫作這種介質(zhì)的絕對折射率,也簡稱為該種介質(zhì)的折射率。光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時(shí),不論入射角i大小怎樣,入射角i的正弦值跟折射角r的正弦值的比值都是一個(gè)常數(shù),這個(gè)常數(shù)叫作介質(zhì)2對于介質(zhì)1的相對折射率。
易錯(cuò)辨析(1)一束光從空氣進(jìn)入水中時(shí)傳播方向一定改變。(　　)(2)無論是光的折射,還是反射,光路都是可逆的。(　　)(3)入射角越大,折射率越大。(　　)(4)若光從空氣射入水中,它的傳播速度一定增大。(　　)
探究點(diǎn)一　對光的折射定律的理解
導(dǎo)學(xué)探究將一根筷子豎直插入裝有水的玻璃杯中,從水平方向拍攝的照片如圖所示?？瓷先?浸在水中的這段筷子產(chǎn)生了側(cè)移,而且變粗了。如何解釋觀察到的現(xiàn)象?
提示 筷子產(chǎn)生了側(cè)移是因?yàn)檎凵?變粗是因?yàn)楸谑且粋€(gè)曲面,與水組成一個(gè)凸透鏡,有一定的放大作用。
知識歸納1.對折射現(xiàn)象的理解(1)現(xiàn)象:當(dāng)光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí),其傳播方向發(fā)生了改變,即入射角i與折射角r不相等(i≠r)。特殊情況:當(dāng)光垂直分界面射入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向不變,但傳播速度發(fā)生變化,也屬于折射現(xiàn)象。(2)原理:光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同,這正是光發(fā)生折射的原因。(3)入射角與折射角的大小關(guān)系:光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),折射角與入射角的大小關(guān)系要看兩種介質(zhì)的折射率的大小關(guān)系。當(dāng)光從真空斜射入介質(zhì)時(shí),入射角大于折射角;當(dāng)光從介質(zhì)斜射入真空時(shí),入射角小于折射角。(4)光路是可逆的。
2.對折射定律的理解(1)“同面內(nèi)”:“折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)”,這句話大體上說明了三線的空間位置——三線共面。(2)“線兩旁”:“折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)”,這句話把折射光線的位置又做了進(jìn)一步的確定。(3)“正比例”:“入射角的正弦與折射角的正弦成正比”,即 =n,折射角r隨入射角i的變化而變化,入射角i的正弦與折射角r的正弦之比是定值。
特別提示　解決光的折射問題的基本思路(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖。(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系,要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。(3)利用折射定律、折射率公式求解。
應(yīng)用體驗(yàn)【例1】 如圖所示,一小孩站在寬6 m的河邊,在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3 m的樹,樹的正下方河底有一塊石頭,小孩向河面看去,可同時(shí)看到樹頂和石頭兩者的像,并發(fā)現(xiàn)兩個(gè)像重合。若小孩的眼睛離河面高為1.5 m,河水的折射率為 ,試估算河水深度。
答案 5.3 m解析 樹頂反射和石頭折射成像的光路圖如圖所示
對點(diǎn)演練1一個(gè)大游泳池,池底水平,水深1.0 m,有長OA=1.3 m的直桿直立于池底,當(dāng)太陽光以與水平方向成37°角射在水面上時(shí),測得桿在池底的影長OA'=1.15 m。sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,求:(1)水的折射率;(2)當(dāng)池水深度變?yōu)?.7 m時(shí)桿在池底的影長OA″的長度。
探究點(diǎn)二　對折射率的理解
導(dǎo)學(xué)探究在探究光由真空射入某種透明介質(zhì)發(fā)生折射的規(guī)律時(shí)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。請?jiān)诒砀窕A(chǔ)上分析:隨著入射角的增大,折射角怎樣變化?當(dāng)入射角與折射角發(fā)生變化時(shí),有沒有保持不變的量?
提示 由表中數(shù)據(jù)可以看出,隨著入射角的增大,折射角增大。但入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不變。
知識歸納(1)關(guān)于正弦值:當(dāng)光由真空射入某種介質(zhì)時(shí),入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的,但正弦值的比值是一個(gè)常數(shù)。(2)關(guān)于常數(shù)n:入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個(gè)常數(shù),但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù),說明常數(shù)反映了該介質(zhì)的光學(xué)特性。(3)折射率與光速的關(guān)系:介質(zhì)的折射率n跟光在其中的傳播速度v有關(guān),即n= 。由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何介質(zhì)中的傳播速度v,所以任何介質(zhì)的折射率n都大于1。(4)折射率的決定因素:介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量,它的大小由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同決定,不隨入射角、折射角的變化而變化。
特別提示　(1)折射率的定義式中i為真空(空氣)中的光線與法線的夾角,不一定是入射角;r為介質(zhì)中的光線與法線的夾角,也不一定是折射角。(2)介質(zhì)的折射率與介質(zhì)的密度沒有必然的聯(lián)系。密度大,折射率未必大,如水和酒精,水的密度較大,但水的折射率較小。
對點(diǎn)演練2如圖所示,一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑d=0.6 m。當(dāng)桶內(nèi)沒有油時(shí),從P點(diǎn)經(jīng)桶壁上邊緣O點(diǎn)恰能看到桶壁上的A點(diǎn)。當(dāng)桶內(nèi)裝滿油時(shí),仍沿PA方向看去,恰好看到桶壁上的B點(diǎn)。已知A點(diǎn)的深度為0.8 m,B、O兩點(diǎn)間距離為1.5 m,真空中光速c=3×108 m/s。求:(1)油的折射率;(2)光在油中傳播的速度。
答案 (1)1.5　(2)2×108 m/s
1.(折射定律的理解與應(yīng)用)如圖所示,一束光沿AO從空氣射入折射率為n的玻璃中。以O(shè)點(diǎn)為圓心、R為半徑作圓,與折射光的交點(diǎn)為B,過B點(diǎn)向兩介質(zhì)的交界面作垂線,垂足為N,AO的延長線交BN于M,記OM=r;再以O(shè)點(diǎn)為圓心、r為半徑作圓,則(　　)
2.(折射率)某透明材料制成的管道的橫截面如圖所示,a、b為以O(shè)點(diǎn)為圓心的同心圓。用兩束平行光Q、P射向管道,光束P通過圓心,光束Q進(jìn)入材料的折射光線恰好與圓a相切,并與光束P交于圓b上的M點(diǎn)。已知b的半徑是a的兩倍,則該材料的折射率為(　　)
解析 連線如圖所示,已知b的半徑是a的兩倍,且根據(jù)幾何關(guān)系可知,兩光線入射點(diǎn)與O點(diǎn)組成了正三角形,所以Q光線入射角為60°,折射角為30°,
3.(折射定律的應(yīng)用)如圖所示,假設(shè)一條自身能發(fā)光的魚在水面下2.88 m深度處水平向岸邊勻速游動(dòng),岸上地面水平,且地面上有一豎直高塔,魚發(fā)出的光束始終與水平面成53°角,魚向岸邊游動(dòng)了2 m,其光束投到塔上的光斑高度相應(yīng)下移了1.5 m。sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,真空中的光速c=3×108 m/s,求:
(1)水對該光的折射率n;(2)光從魚所在位置傳播到水面的時(shí)間t。
解析 (1)設(shè)折射角為θ,如圖所示由幾何關(guān)系知EF=GD由勾股定理得CG2=DG2+CD2
4.(折射定律的應(yīng)用)彩虹是一種大氣光學(xué)現(xiàn)象,是太陽光經(jīng)過雨滴的折射和反射形成的。彩虹成因的簡化示意圖如圖所示,紅色細(xì)光束a射到折射率為 的透明球表面,入射角為45°,在球的內(nèi)壁經(jīng)過一次反射后,從球面射出的光線為b。球的半徑為R,真空中的光速為c,求:(1)入射光線a與出射光線b之間的夾角α;(2)光在球內(nèi)的傳播時(shí)間。
解得折射角r=30°畫出光路圖如圖所示則光線方向改變了45°-30°=15°光在球面內(nèi)的入射角為30°,經(jīng)一次反射,光線的傳播方向改變了180°-2×30°=120°再射出球體時(shí)傳播方向又改變15°,因此光線偏轉(zhuǎn)了120°+2×15°=150°則入射光線a與出射光線b之間的夾角α=180°-150°=30°。