高二物理光的反射和折射北师大版知识精讲

高二物理光的反射和折射北师大版知识精讲

高二物理光的反射和折射北师大版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 光的反射和折射 ‎（一）光的直线传播：‎ ‎1. 光在同种均匀介质中沿直线传播，真空中传播速度c=3.0×‎108m/s，介质中传播速度 ‎2. 几何光学是以光的直进为基础，通过几何作图的方法研究光具对光路的控制作用及成像规律，主要讨论光的反射、折射及所产生的光学现象。‎ ‎3. 影 由于光的直线传播、当光遇到不透明物体时，物体向光的表面被照明，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域，形成影。‎ ‎（1）影分本影和半影：若光源为非点光源时，将形成本影和半影。‎ 本影：光源的光线完全照不到的区域。‎ 半影：光源的一部分光线照射的区域。‎ ‎4. 光传播到两种介质的分界面上，一部分光返回原介质中，并且改变传播方向，这种现象称为光的反射；一部分光进入另一种介质中，并且改变了原来的传播方向，这种现象叫光的折射。‎ ‎（二）光的反射 ‎1. 反射定律：反射光线跟入射光线、法线在同一平面内，反射光与入射光分别位于法线两侧，反射角等于入射角。‎ ‎2. 平面镜控制光路及平面镜成像。‎ ‎（三）光的折射 ‎1. 折射定律：折射光线跟入射光线、法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于尔定律。‎ ‎2. 折射率：（n）光从真空射入某种介质发生折射的时候，入射角的正弦与折射角的正 某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比：‎ ‎3. 不同折射率的介质相比较，折射率大的叫光密介质，折射率小的叫光疏介质。‎ ‎【典型例题】‎ 例1. 关于日食和月食，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 在月球的本影区里能看到日全食 B. 在月球的半影区里能看到日偏食 C. 在月球进入地球的半影区时，可看到月偏食 D. 在月球全部进入地球的本影区时，可看到月全食 解析：本题应理解光直线传播形成影的原理。通过作出光线传播示意图甲可看到，在月球的本影区①里，太阳任何光线均不可能射入，故在①里可看到日全食。在月球的半影区②里，有部分太阳光线入射到，故在②里可看到日偏食。故A和B选项是正确的。‎ 在月球的半影区③里只有太阳边缘的光线射到，故在③可看到日环食。‎ 由图乙可看到，当月亮进入地球的半影区a、c时，由于仍有部分光射到整个月球，整个月球仍是亮的，只不过是比在半影区外稍暗一点，故在地球上不会看到月食。‎ 只有当月球的一部分进入地球的本影区b时，才看到月偏食，故C错；当月球全部进入地球的本影区时，看到月全食，故D选项正确。‎ 答案：ABD。‎ 例2. MN为一带刻度的标尺，A处开一小孔，现让一束激光沿垂直于MN的方向由A 射向与MN平行的平面镜，则光线沿OA方向反射。当平面镜受外界作用绕垂直于O的轴发生一小角度偏转后，其反射光打在标尺的B点。若标尺与平面镜间距为h，AB距离为l，则平面镜沿________时针方向转过的角度为____________。‎ 分析与解：如图所示，设反射光线转过θ角，则 说明：当入射光方向不变时，若平面镜顺时针方向转过α角，则反射光也将沿顺时针方向转动，且转过2α角，这就是所谓“光放大”作用。可用来显示微小形变。卡文迪许首先在实验室测万有引力恒量G就用到了这一点。‎ 答案：顺；‎ 例3. 一个人从远处走向一面竖直放置的平面镜，他在镜中的像的大小变化为（ ）‎ A. 逐渐变大 B. 逐渐变小 C. 大小不变 D. 无法确定 解析：据平面镜成像的特点，应成与物等大的像，与物离镜子距离无关。‎ 答案：C。‎ 说明：无论物体到镜面的距离（物距）有多远，像的大小总和物一样大，当我们站在穿衣镜前往后退时，看到镜中的自己变小，是由于像的两端到眼的连线的夹角变小的缘故，而不是像变小了。‎ 例4. 在折射率为n，厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S，从S发出的光线SA以入射角θ 射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如图所示若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等，点光源S到玻璃板上表面的垂直距离应是多少？‎ 分析：传到A和由A传到B的时间相等，可结合匀速直线运动规律求解。‎ 解：设点光源S到玻璃板上表面的垂直距离为L，光线在玻璃中的折射角为γ，则光 答案：‎ 例5. 如图所示，有一圆筒形容器，高H=‎20cm，筒底直径为d=‎15cm，人眼在筒旁某点向筒内壁观察，可看到内侧深h=‎11.25cm。如果将筒内注满水观察者恰能看到筒壁的底部，求水的折射率。‎ 分析：注满水后观察者看到的筒壁的底部即筒壁底部在水中所成的像，据成像规律画出光路图，如图所示，图中实线为入射光线和折射光线，虚线为折射光线反向延长线，必过像点，据光路可逆及折射定律，则问题可求。‎ 解：设入射角γ，出射角i则：‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1. 如图所示，MN为平面镜，S为点光源，请画出从S点发出、经MN反射后通过P点的光线。‎ ‎2. 如图所示，AB代表物体，MN代表平面镜。试画出能从镜中看到AB完整的像的范围。‎ ‎3. 如图所示，MN为平面镜，镜面朝下；P为一堵砖墙。试画出从E点通过平面镜MN看到砖墙P的右侧空间的范围。‎ ‎4. 两平面镜镜面相对、平行放置，中间有一个发光点S。当其中的一面镜子以速率v沿垂直于镜面的方向向光点S移动时，在离镜面最近的四个像中（ ）‎ A. 有两个像速为2v B. 有三个像速为2v C. 有两个像朝S运动 D. 有三个像朝S运动 ‎5. 手持一平面镜，镜高h=‎40cm，当它距眼a=‎50cm时，一座房子的像刚好占满平面镜的全部镜高。若平面镜距房子D=‎19.5m，这座房子的高度H=__________m。‎ ‎6. 以下说法正确的是：（ ）‎ A. 如果甲能从平面镜中看到乙的脚，乙也一定能从平面镜中看到甲的脚 B. 光束射向平面镜，若平面镜绕入射点转动θ角，反射光线将转动2θ角 C. 只有镜面反射才遵循反射定律，漫反射不遵循反射定律 D. 平面镜反射不改变入射光束的性质：平行光入射，反射后仍为平行光；会聚光束反射后仍为会聚光；发散光束反射后仍为发散光 ‎7. 以下说法正确的是：（ ）‎ A. 从岸上看湖底感觉比实际的深度浅 B. 从水面下看岸上的物体的高度感觉比实际高度低 C. 鱼能在水中看到水面以上所有景物 D. 在两种透明介质的界面处，如果出现反射现象，就一定同时出现折射现象 ‎8. 一条单色光线由空气入射某介质时，入射角是60°‎ ‎，折射光线与反射光线垂直，那么该介质的折射率为（ ）‎ A. B. C. D. 2‎ ‎9. 对于光由空气射入水中的情况，下面说法中正确的是（ ）‎ A. 光的传播方向一定改变 B. 折射角的正弦值一定大于入射角的正弦值 C. 光速一定变大 D. 光的频率不变 ‎10. 用某种材料制成顶角A为30°的直角三棱镜，使一束光从它的直角边AB垂直射入，如图所示，当这束光从AC边射出时，偏向角为30°，求这种材料的折射率。‎ ‎11. 如图所示，一平面镜置于折射率为的某种液体中，镜面与水平面成30°角，液面上方是真空，要使光线经平面镜反射后能沿原光路返回真空中，求光线射入液体时的入射角为多大。‎ ‎12. 如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中（ ）‎ A. 1，2，3（彼此平行）中的任一条都有可能 B. 4，5，6（彼此平行）中的任一条都有可能 C. 7，8，9（彼此平行）中的任一条都有可能 D. 只能是4，6中的某一条 ‎13. 一束光以45°角从空气入射到某种介质表面时，测得反射光线与折射光线间的夹角为105°，求这种介质的折射率及光在这种介质中的传播速度。‎ ‎14. 光从真空进入某种介质表面，入射角为40°，则反射光线与折射光线间的夹角可能范围是：（ ）‎ A. 大于140°‎ B. 大于100°，小于140°‎ C. 大于60°，小于100°‎ D. 大于10°，小于60°‎ ‎15. 如图所示，太阳光以37°仰角照射到水池边长‎3m的竖直标尺上，标尺标明水深‎1.5m。求标杆在池底的影子有多长？（设池底是水平的，水的折射率sin37°=0.6）‎ ‎16. 如图所示，MN是竖直放置的长L=‎0.5m的平面镜，观察者在A处观察，有一小球从某处自由下落，小球下落的轨迹与平面镜相距d=‎0.25m，观察者能在镜中看到小球像的时间△t=0.2s。已知观察的眼睛到镜面的距离s=‎0.5m，求小球从静止开始下落经多长时间，观察者才能在镜中看到小球的像。（取g=‎10m/s2）‎ ‎17. 一束光线以60°入射角射入折射率为的玻璃球中，经过一次反射再经过一次折射后，光线从玻璃球中射出，试作图并证明出射光线与入射光线平行反向。‎ 试题答案 ‎1. 光路如图所示。‎ 提示：作P点的像P’，连接S、P’作入射光线SA交镜面于A点，连接A点和P点作反射光线 ‎2. 光路如图所示 提示：作物体AB的像A’B’，分别将虚像的两个端点A’、B’与镜面的两个端点M、N连接，作反射光线，这些反射光线共同区域（如图所示的灰色区域）就是可以看到AB完整的像A’、B’的区域。‎ ‎3. 如图所示 提示：把E的像E’当作光源，E’通过镜面照亮的区域就是在E点可以看到的区域。‎ 注意：这个区域受到镜面的大小和墙的厚度限制，在图中，如果镜面再宽些，可见区域还要大一些。‎ ‎4. B、D ‎5. 16m 提示：根据题意和平面镜成像规律，画出光路图如图所示，物像相对镜面距离为D，E为眼睛，看到像充满镜面，即从镜面边缘反射过来的光都能进入眼睛。由几何关系即可求出物高。‎ ‎6. BD 7. AC 8. B 9. D ‎10. ‎ ‎11. 60°‎ 提示：折射进入水中的光线要垂直平面镜入射。‎ ‎12. B 提示：据光的折射规律，玻璃狭缝中透明介质可能折射率，也可能，还可能，故4、‎ ‎5、6三条光线都有可能。‎ ‎13. ‎ ‎14. B 提示：入射角，反射角，反射光线与界面间的夹角；因为光从空气进入介质，折射角一定小于入射角：，折射光线与界面间的夹角β必定大于50°：，则反射光线和折射光线之间的夹角 但是在入射角大于零的情况下，折射角不可能为零，所以反射光线与折射光线间的夹角必定小于。‎ ‎15. ‎ 提示：如图所示，标杆在水面上的投影 根据折射定律，折射角的正弦 求得 投影的水下部分 ‎16. ‎ ‎17. 如图所示，证明略。‎