(浙江專版)2018年高中物理 第十三章 光 第1節(jié) 光的反射和折射學(xué)案 新人教版選修3-4
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1、 第1節(jié) 光的反射和折射 [目標(biāo)早知道] 浙江選考·學(xué)習(xí)要求 知識內(nèi)容 考試要求 1.光的反射和折射 加試c 2.全反射 加試b 3.光的干涉 加試c 4.光的衍射 加試b 5.光的偏振 加試b 6.光的顏色、色散 加試b 7.激光 加試a 反射及反射定律 [探新知·基礎(chǔ)練] 1.光的反射 光從一種介質(zhì)射到它與另一種介質(zhì)的分界面時,一部分光會返回到第一種介質(zhì)的現(xiàn)象。 2.反射定律 反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);反射角等于入射角。 [辨是非](對的劃“√”,錯的劃“×”) 1.反射
2、角與入射角成正比。(×) 2.光的反射現(xiàn)象中有時光不遵循反射定律。(×) 3.在光的反射現(xiàn)象中,光路可逆。(√) [釋疑難·對點(diǎn)練] 1.在光的反射現(xiàn)象中,要注意反射角與入射角是指光線與法線的夾角。 2.在光的反射現(xiàn)象中,光路可逆。 [試身手] 1.如圖所示,在房間內(nèi)靠近墻角的天花板上有一面平面鏡,在房間地板上的B點(diǎn)放一點(diǎn)光源S,通過平面鏡的反射在豎直墻壁上出現(xiàn)一個光斑。若要使墻壁上光斑的面積增大一些,下面的方法中可行的是( ) A.保持光源的位置不變,將平面鏡繞過平面鏡O點(diǎn)且垂直紙面的軸,沿順時針方向轉(zhuǎn)動一個小角度 B.將光源沿地面向左移動一小段距離 C.將光源沿地
3、面向右移動一小段距離 D.將光源豎直向上移動一小段距離 解析:選B 如圖所示,利用平面鏡成像的對稱特點(diǎn),找出光源S通過平面鏡所成的像S′,作出過平面鏡邊緣的入射光線BE和反射光線EF,則OF表示光斑的大小。A項(xiàng)中,將平面鏡沿順時針方向轉(zhuǎn)動一個小角度,光源通過平面鏡所成的像的位置下移,F(xiàn)點(diǎn)上移,會使光斑變小,故A錯;B項(xiàng)中,減小了入射角和反射角,從而使F點(diǎn)下移,光斑變大,故B對;同理分析可知C錯;D項(xiàng)中,將光源豎直向上移動一小段距離,則像點(diǎn)下移,使F點(diǎn)上移,會使光斑變小,D錯。 光的折射及折射定律 [探新知·基礎(chǔ)練] 光的折射 光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時,一部
4、分光進(jìn)入第2種介質(zhì)的現(xiàn)象 入射角、折射角 入射角:入射光線與法線的夾角 折射角:折射光線與法線的夾角 折射定律 折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比,即: =n12 [辨是非](對的劃“√”,錯的劃“×”) 1.光發(fā)生折射現(xiàn)象時一定伴隨著反射現(xiàn)象。(√) 2.在光的折射現(xiàn)象中遵循光路可逆原理。(√) 3.入射角與折射角成正比。(×) [釋疑難·對點(diǎn)練] 1.光的方向 (1)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時,傳播方向一般要發(fā)生變化(斜射),但并非一定變化,當(dāng)光垂直界面入射時,傳播方向就不發(fā)生變化。
5、(2)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。 2.光的傳播速度 光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時,傳播速度一定變化,當(dāng)光垂直界面入射時,光的傳播方向雖然不變,但也屬于折射,因?yàn)楣鈧鞑サ乃俣劝l(fā)生了變化。 3.入射角與折射角的大小關(guān)系 光從真空(空氣)進(jìn)入某種介質(zhì)發(fā)生折射時,入射角大于折射角;反過來,光從某種介質(zhì)進(jìn)入真空(空氣)時,則入射角小于折射角。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光路的可逆性。 [試身手] 2.(多選)關(guān)于光的折射,下列說法正確的是( ) A.折射光線一定在法線和入射光線所確定的平面內(nèi) B.入射光線、法線與折射光線不一定在一個平面內(nèi) C.入射角總大于折射角 D.光線從空氣斜射入
6、玻璃時,入射角大于折射角 解析:選AD 由折射定律可知:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),A對,B錯;光由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)發(fā)生折射時,折射角與入射角的大小由兩種介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)決定,例如,光從空氣斜射入玻璃時,入射角大于折射角,由光路的可逆性知,光從玻璃斜射向空氣時入射角小于折射角,故C錯,D對。 折射率 [探新知·基礎(chǔ)練] 1.折射率意義 反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量。 2.定義 光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時,入射角的正弦與折射角的正弦之比,叫這種介質(zhì)的折射率。即n12=。 3.折射率與光速的關(guān)系 某種介質(zhì)的折射率,等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的
7、傳播速度v之比,即n=。 4.特點(diǎn) 任何介質(zhì)的折射率都大于1。 [辨是非](對的劃“√”,錯的劃“×”) 1.根據(jù)n=, n與sin θ1成正比,與sin θ2成反比。(×) 2.光從空氣射入水中,光的傳播速度一定增大。(×) 3.光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的,同一種介質(zhì),相對于其他不同的介質(zhì),可能是光密介質(zhì),也可能是光疏介質(zhì)。(√) [釋疑難·對點(diǎn)練] 1.入射角、折射角的正弦值 當(dāng)光由真空中射入某種介質(zhì)中時,入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的,但正弦值之比是一個常數(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常數(shù)n,但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù),
8、說明常數(shù)反映了介質(zhì)的光學(xué)特性。折射率可由入射角與折射角的正弦值之比來描述其大小,但與入射角及折射角的正弦值無關(guān),僅與介質(zhì)及入射光有關(guān)。 3.折射率與光速的關(guān)系 介質(zhì)的折射率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,因此,光從真空斜射入任何介質(zhì)中時,入射角均大于折射角。而光由介質(zhì)斜射入真空中時,入射角均小于折射角。 4.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,它的大小只由介質(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。 [特別提醒] 不論光從真空射入介質(zhì),還是從介質(zhì)射入真空,折射
9、率的定義式n=中,θ1都為真空中的光線與法線的夾角,而θ2為介質(zhì)中的光線與法線的夾角,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光路的可逆性。 [試身手] 3.如圖所示,有一玻璃三棱鏡ABC,頂角A為30°,一束光線a垂直于AB射入棱鏡,由AC射出進(jìn)入空氣,測得出射光線與入射光線間夾角為30°,則棱鏡的折射率為( ) A. B.2 C. D. 解析:選C 由題意及幾何關(guān)系可知,光線從棱鏡射向空氣中時,入射角為θ1=30°,折射角為θ2=60°,則棱鏡的折射率n==。故C正確。 測定玻璃的折射率 [探新知·基礎(chǔ)練] 1.實(shí)驗(yàn)原理 用插針法確定光路,找出跟入射光線相對應(yīng)的折
10、射光線,用量角器測出入射角θ1和折射角θ2,根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n=。 2.實(shí)驗(yàn)器材 兩面平行的玻璃磚,方木板,白紙,圖釘(若干),大頭針?biāo)拿叮背?,量角器,鉛筆。 [辨是非](對的劃“√”,錯的劃“×”) 1.測定玻璃折射率時可以利用三棱鏡等其它形狀的玻璃,不一定用平行玻璃磚。(√) 2.測定玻璃折射率時, 入射角取得越大越好。(×) 3.玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn),可用玻璃磚界面代替直尺畫界線。(×) [釋疑難·對點(diǎn)練] 1.實(shí)驗(yàn)步驟(1)如圖所示,將白紙用圖釘釘在平木板上。 (2)在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線),過aa′上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN′,并畫
11、一條線段AO作為入射光線。 (3)把長方形玻璃磚放在白紙上,使它的長邊跟aa′對齊,畫出玻璃磚的另一長邊bb′。 (4)在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線方向直到P2的像擋住P1的像。再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3及P1、P2的像,記下P3、P4的位置。 (5)移去大頭針和玻璃磚,過P3、P4所在處作直線O′B與bb′交于O′,直線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向。 (6)連接OO′,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O′ON′,用量角器量出θ1和θ2,從三
12、角函數(shù)表中查出它們的正弦值,把這些數(shù)據(jù)記錄在設(shè)計(jì)的表格中。 (7)用上述方法測出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角,查出它們的正弦值,填入表格中。 (8)算出不同入射角下的正弦比值,最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中比值的平均值,即為玻璃磚的折射率。 2.注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)中,玻璃磚在紙上的位置不可移動。 (2)不能用手觸摸玻璃磚光潔面或把玻璃磚當(dāng)尺子用。 (3)大頭針應(yīng)豎直插在白紙上,且玻璃磚每一側(cè)兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應(yīng)適當(dāng)大些,以減小確定光路方向時造成的誤差。 (4)實(shí)驗(yàn)中入射角不宜過小,否則會使測量誤差大,也不宜過大。 (5)本實(shí)驗(yàn)中如果采用的不是兩面
13、平行的玻璃磚,而是三棱鏡、半圓形玻璃磚等,則只是出射光和入射光不平行,同樣能測出折射率。 [試身手] 4.在測定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,以下說法錯誤的是( ) A.玻璃磚的寬度宜大些 B.入射角應(yīng)盡量小些 C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上 D.大頭針P1與P2及P3與P4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大些 解析:選B 玻璃磚寬度大些,可減小測量誤差;大頭針垂直插在紙面上以及大頭針P1與P2及P3與P4之間的距離適當(dāng)大些,可減小確定光路方向時的誤差,A、C、D正確;入射角不能太大也不能太小,入射角較小時,測量誤差較大,B錯誤。 對折射定律的理解 [典例1] 如
14、圖所示,光線以入射角θ1從空氣射向折射率n=的玻璃表面。 (1)當(dāng)入射角θ1=45°時,反射光線與折射光線的夾角θ為多大? (2)當(dāng)入射角θ1為多大時,反射光線和折射光線垂直? [解析] (1)設(shè)折射角為θ2,由 n=, 得sin θ2===, 所以θ2=30°。 又反射角θ1′=45°,則反射光線與折射光線的夾角 θ=180°-θ1′-θ2=105°。 (2)當(dāng)反射光線和折射光線垂直時,即θ1′+θ2=90°,n====tan θ1=, 則入射角θ1=arctan 。 [答案] (1)105° (2)arctan 解決此類光路問題,關(guān)鍵是辨清“三線、兩角、一界面
15、”間的關(guān)系。注意以下幾點(diǎn): (1)根據(jù)題意正確畫出光路圖。 (2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,注意入射角、反射角、折射角的確定。 (3)利用反射定律、折射定律求解。 (4)注意光路的可逆性的利用。 折射定律的應(yīng)用 [典例2] 一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示,底面AOB鍍銀(圓中粗線),O表示半圓截面的圓心。一束光線在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)入射,經(jīng)過AB面反射后從N點(diǎn)射出。已知光線在M點(diǎn)的入射角為30°,∠MOA=60°,∠NOB=30°,sin15°=。求: (1)光線在M點(diǎn)的折射角; (2)透明物體的折射率。 [解析] (1)如圖所示,透明物體內(nèi)部的光路為折線
16、MPN,Q、M點(diǎn)相對于底面EF對稱,Q、P和N三點(diǎn)共線。設(shè)在M點(diǎn)處,光的入射角為i,折射角為r,∠OMQ=α,∠PNF=β。根據(jù)題意有 α=30°① 由幾何關(guān)系得,∠PNO=∠PQO=r,則 β+r=60°② 且α+r=β③ 由①②③式得 r=15°。④ (2)根據(jù)折射率公式有 sin i=nsin r⑤ 由④⑤式得n=。 [答案] (1)15° (2) 遇到球形、半球形玻璃磚,或圓柱形玻璃磚時,均需過入射點(diǎn)做該點(diǎn)與球心的連線,此連線即為入射光線的法線,從而確定入射角和折射角。 測定玻璃的折射率 [典例3] 用三棱鏡做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn),先在白紙上放好三棱
17、鏡,在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在棱鏡的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2擋住。接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3和P1、P2的像,在紙上標(biāo)出大頭針位置和三棱鏡輪廓,如圖所示。 (1)在本題的圖上畫出所需的光路。 (2)為了測出棱鏡玻璃的折射率,需要測量的量是________________,在圖上標(biāo)出它們。 (3)計(jì)算折射率的公式是n=________。 [解析] (1)如圖所示,畫出通過P1、P2的入射光線交AC面于O,畫出通過P3、P4的出射光線交AB面于O′,則光線OO′就為入射光線P1、P2在三棱鏡中的折射光
18、線。 (2)在所畫的圖上,標(biāo)明入射角θ1和折射角θ2,并畫出虛線部分。用量角器測量出θ1和θ2或用刻度尺測出線段EF、OE、GH、OG的長度。 (3)n=或因?yàn)閟in θ1=, sin θ2= 則n=·。 [答案] (1)光路圖見解析圖 (2)入射角θ1 折射角θ2(或EF和OE、GH和OG) 如解析中圖所示 (3)(或·) [課堂對點(diǎn)鞏固] 1.關(guān)于光的反射與折射現(xiàn)象,下列說法不正確的是( ) A.光發(fā)生反射時,光的傳播方向一定改變 B.光發(fā)生反射時,光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90° C.光發(fā)生折射時,一定伴隨著反射 D.光發(fā)生折射時,光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90°
19、解析:選D 由光的反射定律可知,反射角等于入射角,不管入射角多大,光發(fā)生反射時,光的傳播方向都要改變,選項(xiàng)A正確;光發(fā)生反射時,當(dāng)入射角等于45°時,光的傳播方向偏轉(zhuǎn)90°,選項(xiàng)B正確;光從一種介質(zhì)射到與另一種介質(zhì)的分界面時,一定有部分光發(fā)生反射,選項(xiàng)C正確;光發(fā)生折射時,光的傳播方向偏轉(zhuǎn)一定小于90°,選項(xiàng)D錯誤。 2.(多選)如圖所示,虛線表示兩種介質(zhì)的界面及其法線,實(shí)線表示一條光線射向界面后發(fā)生反射和折射的光線,以下說法正確的是( ) A.bO不可能是入射光線 B.a(chǎn)O可能是入射光線 C.cO可能是入射光線 D.Ob可能是反射光線 解析:選ABD 由于入射角等于反射角,入射
20、光線、反射光線關(guān)于法線對稱,所以aO、Ob應(yīng)是入射光線或反射光線,PQ是法線。又因?yàn)榉瓷涔饩€、折射光線都不與入射光線位于法線同側(cè),所以aO是入射光線,Ob是反射光線,Oc是折射光線。故A、B、D正確。 3.現(xiàn)在高速公路上的標(biāo)志牌都用“回歸反光膜”制成,夜間行車時,它能把車燈射出的光逆向返回,所以標(biāo)志牌上的字特別醒目。這種“回歸反光膜”是用球體反射元件制作的。如圖所示,一束單色光射入一玻璃球體,入射角為60°。已知光線在玻璃球內(nèi)經(jīng)一次反射后,再次折射回到空氣中時與入射光線平行。此玻璃的折射率為( ) A. B.1.5 C. D.2 解析:選C 如圖所示,為光線在玻璃球內(nèi)
21、的光路圖。A、C為折射點(diǎn),B為反射點(diǎn),作OD平行于入射光線,故∠AOD=∠COD=60°,所以∠OAB=30°,玻璃的折射率n==,故C正確。 4.某同學(xué)由于沒有量角器,他在完成了光路圖后,以O(shè)點(diǎn)為圓心,10 cm為半徑畫圓,分別交線段OA于A點(diǎn),交線段OO′的延長線于C點(diǎn),過A點(diǎn)作法線NN′的垂線AB交NN′于B點(diǎn),過C點(diǎn)作法線NN′的垂線CD交NN′于D點(diǎn),如圖所示。用刻度尺量得OB=8 cm,CD=4 cm,由此可得出玻璃的折射率n=________。 解析:由題圖可知sin∠AOB=,sin∠DOC=,OA=OC=10 cm,根據(jù)n=知,n====1.5。 答案:1.5 [
22、課堂小結(jié)] [課時跟蹤檢測十一] 一、單項(xiàng)選擇題 1.若某一介質(zhì)的折射率較大,那么( ) A.光由空氣射入該介質(zhì)時折射角較大 B.光由空氣射入該介質(zhì)時折射角較小 C.光在該介質(zhì)中的速度較大 D.光在該介質(zhì)中的速度較小 解析:選D 由n=可知,光由空氣射入介質(zhì)時的折射角是由折射率n和入射角θ1共同決定的,所以A、B均錯;由n=可知,介質(zhì)的折射率越大,光在該介質(zhì)中的速度越小,故C錯,D對。 2.如果光以同一入射角從真空射入不同介質(zhì),則折射率越大的介質(zhì)( ) A.折射角越大,表示這種介質(zhì)對光線偏折作用越大 B.折射角越大,表示這種介質(zhì)對光線偏折作用越小 C.折射角
23、越小,表示這種介質(zhì)對光線偏折作用越大 D.折射角越小,表示這種介質(zhì)對光線偏折作用越小 解析:選C 根據(jù)折射率n=,在入射角相同的情況下,折射率越大的介質(zhì),其折射角越小,該介質(zhì)對光的偏折作用越大。C正確。 3.關(guān)于光的折射現(xiàn)象,下列說法中正確的是( ) A.折射角一定小于入射角 B.折射率跟折射角的正弦值成反比 C.折射角增大為原來的2倍,入射角也增大為原來的2倍 D.折射率大的介質(zhì),光在其中的傳播速度小 解析:選D 光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時,折射角大于入射角,選項(xiàng)A錯誤;折射率由介質(zhì)材料決定,與折射角的大小無關(guān),選項(xiàng)B錯誤;折射率n=,折射角增大為原來的2倍,
24、入射角并不增大為原來的2倍,選項(xiàng)C錯誤;折射率與光速的關(guān)系是n=,則n大時v小,選項(xiàng)D正確。 4.光線由空氣射向某介質(zhì),當(dāng)入射角為i時,折射光線與反射光線正好垂直,那么這種介質(zhì)的折射率和光在該介質(zhì)中的速度分別為( ) A.n=sin i,v=c·sin i B.n=tan i,v=c·tan i C.n=tan i,v= D.n=cos i,v= 解析:選C 由于折射光線與反射光線正好垂直,所以折射角r=90°-i,則n=tan i,A、D項(xiàng)錯誤;又n=,故v=,B項(xiàng)錯誤,C項(xiàng)正確。 5.如圖所示,P、Q是兩種透明材料制成的兩塊直角梯形的棱鏡,疊合在一起組成一個長方體。某單
25、色光沿與P的上表面成θ角的方向斜射向P,其折射光線正好垂直通過兩棱鏡的界面。已知材料的折射率nP<nQ,則下列說法正確的是( ) A.一定沒有光線從Q的下表面射出 B.從Q的下表面射出的光線一定與入射到P的上表面的光線平行 C.如果光線從Q的下表面射出,出射光線與下表面所夾的銳角一定大于θ D.如果光線從Q的下表面射出,出射光線與下表面所夾的銳角一定小于θ 解析:選D 作出光路圖,如圖所示。由題意可知,光線垂直射入Q,根據(jù)折射定律,則有:nP=,nQ=;因?yàn)閚P<nQ,β=r,所以α<i,所以D對。 二、多項(xiàng)選擇題6.如圖所示,一玻璃柱體的橫截面為半圓形。單色光束從空氣射到柱體的
26、O點(diǎn)(半圓的圓心),產(chǎn)生反射光束1和折射光束2。已知玻璃柱的折射率為,入射角為45°(相應(yīng)的折射角為24°)?,F(xiàn)保持入射光束不變,將半圓柱繞通過O點(diǎn)垂直于紙面的軸線順時針轉(zhuǎn)過15°,如圖中虛線所示,則( ) A.光束1轉(zhuǎn)過15° B.光束1轉(zhuǎn)過30° C.光束2轉(zhuǎn)過的角度小于15° D.光束2轉(zhuǎn)過的角度大于15° 解析:選BC 轉(zhuǎn)動前,光束1(反射光)與入射光線間的夾角為A=45°×2=90°,光束2(折射光)的反向延長線與入射光線間的夾角為B=45°-24°=21°;轉(zhuǎn)動后,反射光線與入射光線的夾角A′=60°×2=120°,根據(jù)折射定律=,得r=30°,則折射光線的反向延長線與
27、入射光線間的夾角為B′=60°-30°=30°,得ΔA=A′-A=30°,ΔB=B′-B=9°,故B、C項(xiàng)正確。 7.如圖所示,光在真空和介質(zhì)的界面MN上發(fā)生偏折,那么下列說法正確的是( ) A.光是從真空射向介質(zhì) B.介質(zhì)的折射率約為1.73 C.光在介質(zhì)中的傳播速度約為1.73×108 m/s D.反射光線與折射光線成60°角 解析:選BC 因?yàn)檎凵浣谴笥谌肷浣牵怨馐菑慕橘|(zhì)射向真空的,選項(xiàng)A錯誤;據(jù)折射率公式n=,所以n≈1.73,選項(xiàng)B正確;再由折射率n=,代入數(shù)據(jù)得v≈1.73×108 m/s, 選項(xiàng)C正確;由幾何關(guān)系易知,反射光線與折射光線成90°角,選項(xiàng)D錯誤。
28、 三、非選擇題 8. 如圖所示為某同學(xué)在測定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時,先在白紙上作一與玻璃圓柱同半徑的圓,圓心為O,將玻璃圓柱平放在白紙上,使其邊界與所畫的圓重合。在玻璃一側(cè)豎直插兩枚大頭針P1和P2,再在另一側(cè)先后插兩枚大頭針P3和P4,使從另一側(cè)隔著玻璃觀察時,大頭針P4和P3與P2和P1的像恰在一條直線上,移去玻璃圓柱和大頭針后,在本題的圖中畫出: (1)沿P1和P2連線方向的入射光線通過圓柱形玻璃后的傳播方向;光線在玻璃內(nèi)的傳播方向;在光線的入射點(diǎn)作法線,標(biāo)出入射角θ1和折射角θ2。 (2)寫出計(jì)算玻璃折射率的公式(不必計(jì)算)。 解析:(1)如圖所示,過P1、P2作直線
29、交圓周于O1點(diǎn),過點(diǎn)O1作法線O1O;過P3、P4作直線為出射光線,交圓周于O2點(diǎn);過O2O作直線為法線。連接O1O2為入射光線在玻璃內(nèi)的折射光線。P1P2與O1O的夾角即為入射角θ1,O1O2與O1O的夾角即為折射角θ2。 (2)量出圖中標(biāo)出的入射角θ1和折射角θ2,折射率n12=。 答案:(1)見解析圖 (2)n12= 9.如圖所示,一等腰直角三棱鏡放在真空中,斜邊BC=d,一束單色光以60°的入射角從AB側(cè)面的中點(diǎn)入射,折射后從側(cè)面AC射出。已知三棱鏡的折射率n=,單色光在真空中的光速為c,求: (1)第一次折射時的折射角; (2)此單色光在三棱鏡中的傳播速度; (3)此單色光通過三棱鏡的時間。 解析:(1)單色光在AB面上發(fā)生折射,光路如圖所示。 根據(jù)折射定律得n=,n= 由以上兩式得α=45°。 (2)光在棱鏡中的速度 v=c。 (3)因α=45°,故光在棱鏡內(nèi)傳播的路徑DE與BC平行,且DE=BC=,所以,t=。 答案:(1)45° (2)c (3) 13
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