(浙江专用)2018-2019学年高中物理 第十三章 光学案新人教版选修3-4【共6套68页】

解析 介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量,由介质本身和光的频率共同决定,与入射角、折射角无关,故选项A、B均错;由于真空中的光速是个定值,故n与v成反比是正确的,这也说明折射率与光在该介质中的传播速度是有联系的,选项C正确;由于v=

λf,当f一定时,v与λ成正比,又n与v成反比,故n与λ也成反比,选项D正确。

答案 CD

名师点睛 折射率n反映了介质的光学性质,它的大小只由介质本身和入射光的频率决定,与入射角和折射角的大小无关 ,切不可认为n与入射角的正弦成正比,与折射角的正弦成反比。

【跟踪训练1】 如图1所示,在空气中有一直角棱镜ABC,∠A=30°,一束单色光从AB边射入棱镜,入射角为45°,垂直于BC边射出,则该棱镜的折射率为( )

图1

A.

2

2

B.2 D.3

C.1.5

sin 45°

解析 由图中几何关系可知光在AB界面的折射角为30°,故其折射率n==2,

sin 30°B正确。 答案 B

要点2 解决光的折射问题的基本思路 (1)根据题意画出正确的光路图。

(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系,要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。

sin θ1c(3)利用折射定律n=、折射率与光速的关系n=列方程,结合数学三角函数的关系

sin θ2v进行计算。

1

【例2】 一半径为R的球体放置在水平面上,球体由折射率为3的透明材料制成。现有一

4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2所示。已知入射光线与桌面的距离为

3

R。求出射角θ。 2

图2

1

解析 设入射光线与球体的交点为C,连接OC,OC即入

4射点的法线。因此,图中的角α为入射角。过C点作球体竖直表面的垂线,垂足为B。

依题意,∠OCB=α。又由△OBC知sin α=设光线在C点的折射角为β,由折射定律得 sin α=3 ② sin β由①②式得β=30° ③

sin γ1

由几何关系知,光线在球体的竖直表面上的入射角γ为30°。由折射定律得=

sin θ3④

因此sin θ=答案 60°

名师点睛 在解决光的折射问题中正确画出光路图是前提,利用几何关系确定边、角关系是关键。

3

,解得:θ=60°。 2

3

① 2

知识点三 实验:测定玻璃的折射率

[要 点 精 讲]

操作指要

1.将白纸用图钉固定在绘图板上。

2.在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线),过aa′上的一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线。

3.把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一边bb′。 4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P2挡住P1的像。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,

P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。

5.移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O′B,与bb′交于O′,直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。

6.连接OO′,入射角α=∠AON,折射角β=∠O′ON′。用量角器量出入射角和折射角,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在自己设计的表格中。

7.用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中。

sin αsin α8.算出不同入射角时的比值,最后求出在几次实验中所测的平均值,即为玻璃

sin βsin β砖折射率的测量值。

【例3】 (2017·11月浙江选考考试,21)在“测定玻璃的折射率”实验时, (1)下列做法正确的是________。 A.入射角越大,误差越小

B.在白纸上放好玻璃砖后,用铅笔贴着光学面画出界面 C.实验时既可用量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量 D.判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的头部

(2)小明同学在插针时玻璃砖的位置如图3所示,根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点,依据上述操作所测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

图3

(3)小明同学经正确操作后,在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3和P4,AB和CD是描出的玻璃砖的两个边,如图所示,请在答题纸上画出光路图。

解析 (1)本实验在应用插针法时,角度不宜过大,否则很难确定折射角,选项A错误;在实验前,用铅笔贴着光学面画出玻璃砖的上、下表面,可能会损坏光学面,应该铅笔贴着上、sin i下表面各选两个点,拿走玻璃砖画出界面,选项B错误;本实验通过n=,也可以通

sin r

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