2013-2014学年高二物理(人教版)选修3-4精品练案:13.1 光的反射和折射(含解析)

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第十三章光13.1光的反射和折射【自主预习】一、反射及反射定律(1)光的反射:光从一种介质射到它与另一种介质的______时,一部分光会返回到第一种介质的现象。(2)反射定律:反射光线与入射光线、法线在______,反射光线与入射光线分别位于法线的______;反射角____入射角。二、折射及折射定律(1)光的折射:光从一种介质照射到两种介质的________时,一部分光进入另一种介质的现象。(2)折射定律:折射光线与入折射光线、法线处在________内,折射光线与入折射光线分别位于_________的两侧,_________与折射角θ2的正弦成正比,即________=n12(3)光路可逆性:在光的反射现象和折射现象中,光路都是_______的。三、折射率:(1)定义:光从_________射入某种介质发生折射时,入射角θ1的________与折射角θ2的________之比,叫该介质的绝对折射率,简称折射率,用________表示。(2)定义:n=_____。(3)折射率与光速的关系:光在不同介质中的________不同,且都________光在真空中的传播速度;某种介质的折射率等于光在________的速度与光在________的速度之比,即n=_____。(4)任何介质的折射率都1.四、光穿过平行板玻璃砖时有何规律?(1)不会改变入射光的性质和方向,只使光线向偏折方向平行偏移,且入射角i、玻璃砖厚度h和折射率n越大,侧移d越大。(2)平行光照射到平行玻璃砖上,出射光的宽度等于入射光的宽度,而玻璃砖中折射光的宽度随入射角增加而增大。【典型例题】一、光的折射【例1】如果光线以大小相等的入射角,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【例2】光在某介质中的传播速度是2.122×108m/s,当光线以30°入射角,由该介质射入空气时,折射角为多少?选修3-4二、折射率【例3】光线从空气射向折射率n=2的玻璃表面,入射角为θ1,求:(1)当θ1=45º时,折射角多大?(2)当θ1多大时,反射光线和折射光线刚好垂直?【例4】光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反线光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108m/s)(1)画出折射光路图;(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度;(3)当入射角变为45°时,折射角等于多大?(4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化?说明理由。三、测玻璃砖的折射率【例5】两束细平行光a和b相距为d,从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面,如图13-1-7所示,若玻璃对a的折射率大于对b的折射率。当它们从玻璃砖的下表面射出后,有()A.两束光仍平行,间距等于dB.两束光仍平行,间距大于dC.两束光仍平行,间距小于dD.两束光不再相互平行【课后练习】1.如图所示,平面镜AB水平放置,入射光线PO与AB夹角为30°,当AB转过20°角至A′B′位置时,下列说法正确的是()A.入射角等于50°B.入射光线与反射光线的夹角为80°C.反射光线与平面镜的夹角为40°D.反射光线与AB的夹角为60°2.关于光的反射与折射现象,下列说法正确的是()A.光发生反射时,光的传播方向一定改变B.光发生反射时,光的传播方向可能偏转90°C.光发生折射时,一定伴随着反射D.光发生折射时,光的传播方向可能偏转90°3.一束光从空气射入某种透明液体,入射角40°,在界面上光的一部分被反射,另一部分被折射,则反射光线与折射光线的夹角是()A.小于40°B.在40°与50°之间C.大于140°D.在100°与140°与间4.光线从空气射向玻璃砖,当入射光线与玻璃砖表面成30°角时,折射光线与反射光线恰好垂直,则此玻璃砖的折射率为()A.2B.3C.22D.335.井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井,一口是水井(水面在井口之下),两井底部各有一只青蛙,则()A.水井中的青蛙觉得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星B.枯井中的青蛙觉得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星C.水井中的青蛙觉得井口小些,晴天的夜晚,枯井中的青蛙能看到更多的星星D.两只青蛙觉得井口一样大,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星6.一束光由空气入射入某介质,入射角为60°,其折射光线恰好与反射光线垂直,则光在该介质中的传播速度为()A.2×108m/sB.3×108m/sC.23×108m/sD.33×108m/s7.如图13-5所示,玻璃三棱镜ABC,顶角A为30°,一束光线垂直于AB射入棱镜,由AC射出进入空气,测得出射光线与入射光线间夹角为30°,则棱镜的折射率为()A.12B.22C.3D.338.如图13-1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()A.光的反射B.光的折射C.光的直线传播D.小孔成像9.若某一介质的折射率较大,那么()A.光由空气射入该介质时折射角较大B.光由空气射入该介质时折射角较小C.光在该介质中的速度较大D.光在该介质中的速度较小10.光从某种介质中射入空气中,入射角θ1从零开始增大时,折射角θ2也随之增大,下列说法正确的是()A.比值θ1θ2不变B.比值sinθ1sinθ2不变C.比值sinθ1sinθ2是一个大于1的常数D.比值sinθ1sinθ2是一个小于1的常数11.一束光从某种介质射入空气中时,入射角θ1=30°,折射角θ2=60°,折射光路如图所示,则下列说法正确的是()A.此介质折射率为33B.此介质折射率为3C.相对于空气此介质是光密介质D.光在介质中速度比在空气中大12.一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上,球体由折射率为3的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线,平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表面射出,如图所示。已知入射光线与桌面的距离为3R/2。求出射角θ。例题答案:1.【答案】C【解析】根据折射定律,sinθ1sinθ2=n12,当光以相等的入射角从真空向介质入射时,sinθ1一定,n12越大,sinθ2就越小,θ2越小。说明光偏离原来的传播方向角度就越大。故选C。2.3.4.【答案】(1)如图13-1-3所示(2)33×108m/s(3)arcsin66(4)不会变化【解析】(1)由题意知入射角θ1=60°,反射角β=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,折射光路图如图13-1-3所示。(2)n=sinθ1sinθ2=sin60°sin30°=3,据n=cv得v=cn=3.0×1083m/s,v≈1.7×108m/s。(3)据n=sinθ1sinθ2得sinθ2=sinθ1n,代sinθ1=sin45°=22及n=3入上式,可求得sinθ2=66,解得θ2=arcsin66。(4)折射率不会变化,折射率由介质和入射光的频率决定,而跟入射角的大小无关。5.【答案】C【解析】如图13-1-8所示,根据折射定律na=sinθsinθa,nb=sinθsinθb,由题意知,nanb,则θaθb,故d′d,光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变,折射光线是平行的,所以C正确。课后练习:1.B2.AB3.D4.B5.解析:作出两口井的光路图如图所示,从图中可知枯井中青蛙的视角α比水井中青蛙的视角β要大,所以枯井中青蛙觉得井口大些;而看到井外的范围是在两条实线所示光线范围内,所以水井中青蛙的视野要大些。答案:B6.B7.解析:由光路图可知,i=∠A=30°,由于入射光线与出射光线成30°,所以r=30°+i=60°,故n=sinrsini=sin60°sin30°=3,C项正确。答案:C8.解析:光经过大气层,其空气分布不均匀,而折射率不同,光发生折射现象使光传播方向发生改变所致。答案:B9.解析:由sinθ1sinθ2=n,且n>1,可得sinθ2=1n·sinθ1,即θ1<θ2。又因为n=cv,得v=cn,故v<c。答案:B、D10.解析:根据折射定律,光由一种介质进入另一种介质中,sinθ1sinθ2=常数,可知B正确;由光路的可逆定理可知sinθ2sinθ1=n,且n>1,故sinθ1sinθ2=1n<1,D正确。答案:B、D11.解析:由折射定律及入射角、折射角的含义知n=sinθ2sinθ1=3,则此介质比空气折射率大,故为光密介质,又由n=cv知D错误。答案:B、C12.解析:设入射光线与1/4球体的交点为C,连接OC,OC即为入射点的法线,图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线,垂足为B。依题意,∠COB=α。又由△OBC知sinα=32,①设光线在C点的折射角为β,由折射定律得sinαsinβ=3,②由①②式得β=30°。由几何关系知,光线在球体的竖直表面上的入射角γ(如图所示)为30°。由折射定律得sinγsinθ=13,因此sinθ=32,解得θ=60°。

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