人教版（2019）选择性必修第一册 4.1 光的折射 课件(共44张PPT)

(共44张PPT)
第四章 光
第1节 光的折射
【学习目标】
1.理解折射定律的确切含义，并能解释光现象和计算有关的问题；
2.理解折射率（指绝对折射率）的定义，以及折射率是反映介质光学性质的物理量；
3.知道折射率与光速的关系，并能用来进行计算。
【引入】光的折射现象
小实验：猜一猜杯子里有几枚硬币？
上面的硬币是通过水面的折射而成的像，
下面的通过杯子侧面水的折射而形成的。
一、折射定律
A
O
B
C
① 折射光线、入射光线、法线在同一平面内；
②折射光线和入射光线分居法线两侧；
③光路是可逆的
【复习回顾】
光从一种介质射入到另一介质时传播方向发生改变的现象．
θ1
θ2
空气
玻璃
N
N'
A
O
B
θ1
入射光线和法线的夹角——入射角
θ2
折射光线和法线的夹角——折射角
1.光的折射
一、折射定律
入射角i
10
30
40
50
60
70
80
折射角r
6.6
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
i / r
1.51
1.54
1.57
1.63
1.70
1.80
1.95
sini/sinr
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
入射角的正弦跟折射角的正弦成正比
=n（n为常数）
实验结论：
以光从空气射入玻璃为例
折射角和入射角有什么关系呢？
sini/sinr
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
入射角i
10
20
30
40
50
60
70
80
折射角r
6.6
13.2
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
玻璃
水
折射角r
7.5
14.9
22.1
28.9
35.2
40.6
45
47.8
sini/sinr
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
金刚石
折射角r
4.1
8.1
11.9
15.4
18.5
21
22.9
24
sini/sinr
2.42
2.43
2.42
2.42
2.41
2.42
2.41
2.42
可看出：光从一种介质进入到另一种介质时，总有入射角的正弦与折射角的正弦之比相等。
1621年，荷兰数学家斯涅耳终于找到了入射角和折射角之间的关系，并把它总结为光的折射定律．
斯涅耳
一、折射定律
2.折射定律：
（斯涅耳定律）
（1）入射光线、折射光线、法线在同一平面内；
（2）入射光线、折射光线分居法线两侧；
（3）入射角的正弦与折射角的正弦之比为常数
一、折射定律
小结提升1
折射定律
1.内容：三线共面；分居两侧；入射角的正弦与折射角的正弦之比为常数
2.光路具有可逆性
空气
玻璃
N
N'
O
A
i
r
介质 折射率 介质 折射率
金刚石 2.42 空气 1.00028
酒精 1.36 水 1.33
水晶 1.55 玻璃 1.5~1.8
几种介质的折射率：
二、折射率
1.定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比n，叫这种介质的折射率
2.物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。
3.定义式： ，不能说n与sin θ1成正比、与sin θ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。
4.计算式： 何介质的折射率总大于 1
例1.如图所示，一条单色光线从某介质射入空气时，若入射光线与界面的夹角为60°，折射光线与界面的夹角30°，求该介质的折射率
60°
空气
介质
30°
解析：根据光路的可逆性可知：入射角为60°，折射角为30°
例2.光线以60o的入射角从空气射入到玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直.求玻璃的折射率和光在玻璃中传播的速度.（空气中的光速约等于真空中光速c）
i
解析：入射角为60°，由题中折射光线与反射光线恰好垂直可知：折射角为30°
例3.如图所示，一储油桶，底面直径与高均为1m。当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，由点A沿方向AB看去，看到桶底上的点C，两点C、B相距0.25m。求油的折射率和光在油中的传播速度。
O
A
C
B
G
D
F
O
A
C
B
G
D
F
因底面直径和桶高相等,由此可知
∠AOF= ∠ABG=450
又∵OD=2CD
油的折射率
光在油中的传播速度
解:
水中鱼的实际位置比看上去的要深．
4.视深问题
有大气，看到太阳更早
没有大气，将迟一些看到太阳
没有大气时
小结提升2
折射率的理解
1.不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。
2.折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。
3.折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质，光疏介质不是指密度小的介质。
4.折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
5.任何介质的折射率都大于1
测量玻璃的折射率
实验目的
掌握测定玻璃折射率的方法。
实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。
测量玻璃的折射率
实验过程
一、实验步骤
1.如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。
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。
测量玻璃的折射率
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的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针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。
出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角。
测量玻璃的折射率
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i=∠AON,折射角r=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角。
7.用上述方法测
测量玻璃的折射率
数据处理
1.计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入 中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。
2.图像法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sini-sinr图像,由 可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
测量玻璃的折射率
3.单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。
(1)以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′,如图所示。
(2)由图中关系 OE=OE′=R则 只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
测量玻璃的折射率
误差分析
1.入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大。
2.入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。
测量玻璃的折射率
注意事项
1.实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。
2.入射角i应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。
3.在操作时手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
4.在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。
1
2
1
2
3
4
1
2
θ1
θ2
3
4
1
2
θ1
θ2
3
4
θ2
θ1
1
2
3
4
θ1
θ2
A
B
C
D
1.不能用铅笔直接靠着玻璃砖画,以免损伤玻璃砖的光学表面。
注意事项：
2.大头针间距应该适当大一些, 以减小确定光路向时出现的误差,提高测量的准确度。
3.入射角不要过小，也不要过大。因为入射角过小,折射角更小,测量误差大; 入射角过大,则折射光的能量将减少,像不清楚,给观察大头针的像造成困难。
4.大头针应垂直地插在白纸上
5.改变入射角的大小，求出几组数据的平均值
1.一束光射向一块玻璃砖，画出这束光进入玻璃和离开玻璃后的径迹（注意标出法线）。
1
2
3
4
θ1
θ2
界面比玻璃砖更宽？
θ2偏大
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θ1
θ2
谢谢