物理人教版（2019）选择性必修第一册4.1光的折射（共24张ppt）

(共24张PPT)
第4章 光
4.1 光的折射
学习目标
1.物理观念：理解折射率的物理意义。
2.科学思维：理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关的问题。
3.科学探究：掌握测定玻璃折射率的实验，会解决与实验相关的问题。
引入
筷子“折断” 是不是光的反射呢？
如果不是，那么这属于哪种现象呢？
山峦在湖泊中的倒影是光的反射现象
加水
一、光的反射定律和折射定律
1．光的反射(1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的_______时，一部分光_______到第1种介质的现象。(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在_______内，反射光线与入射光线分别位于______________；反射角
入射角。
思考：当光从一种介质射到另一种介质时，会发生哪些现象？
介质1
介质2
2．光的折射(1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的_______时，一部分光_______第2种介质的现象。
实验数据（光从空气射入水中）
入射角(°) 折射角(°)
10 7.5
20 15
30 22
40 29
50 36
60 42
70 47
/
1.31
1.33
1.36
1.38
1.39
1.43
1.49
找一找折射现象中入射角和折射角间的定量关系；
sin/sin
1.31
1.31
1.30
1.31
1.30
1.30
1.29
光从空气射入水中，入射角的正弦与折射角的正弦之比为定值，约为1.30
(2)折射定律折射光线与入射光线、法线处在_______内，折射光线与入射光线分别位于__________；__________与_________成正比，即＝n12(式中n12是比例常数)(3)在光的折射现象中，光路是_______的.
思考：光从一种介质进入另一种介质时,传播方向是否一定变化？
例1、如图所示，某同学记录了光线在空气和某介质的分界面上发生的光路变化，则
分界面是： ，入射光线是： 。 法线是： ，反射光线是： 。 折射光线是： 。
二、　折射率
1．定义：
光从真空射入某种介质发生折射时，______________与______________之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝ 。 2．折射率与光速的关系
某种介质的折射率，等于光在_______中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝ 。
3．理解
（1）由于c＞v，故任何介质的折射率n都_______(填“大于”“小于”或“等于”)1。
（2）n的大小与θ1和θ2无关，与介质和入射光的频率有关，对于确定的介质，n是定值。光以相同入射角从真空射入玻璃和水中，大体上画出其折射光线。
（3）折射率反映介质对光的偏折作用，n越 光线偏折越 。
例2、一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，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是( )
A. B．
C. D．
D
例3、两束平行的细激光束垂直于半圆柱形玻璃的平面射入，如图所示．已知其中一束光沿直线穿过玻璃，它的入射点是O，另一束光的入射点是A，穿过玻璃后两条光线交于P点．已知玻璃半圆截面的半径为R，OA＝，OP＝R.求玻璃的折射率．
例4：边长为d的正方体透明介质置于真空中，其横截面ABCD如图所示。有两束平行光Ⅰ、Ⅱ分别从上表面的A点和AB的中点沿与水平方向成30°角同时斜射入介质中，两种光在界面上折射后恰好相交于正方体底面的C点。已知真空中光速为c，求：
(1)介质对光Ⅰ、Ⅱ的折射率；
(2)光Ⅰ、Ⅱ到达C点的时间差。
1．实验原理
用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测出入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝ .
2．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．
3．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．
三、测玻璃砖的折射率
(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．
(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θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O ′ON ′，用量角器量出入射角和折射角．
(7)用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角．
4、数据处理(1)方法一：平均值法
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，即为玻璃砖的折射率。
(2)方法二：图象法
以 值为横坐标、 值为纵坐标，建立直角坐标系，如右图所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线．求解图线斜率k，则k＝ ，故玻璃砖折射率n＝ 。
在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为 ，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示．由于sinθ1＝ ，sinθ2＝ ，且CO＝DO，所以折射率n1＝ ＝ 。
(3)方法三：作图法
例5、如图1所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′，O为直线AO与aa′的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有____。A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′。测量图1中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n＝____ 。
(3)如图2所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值____准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。
(4)另一位同学准确地画好玻璃砖的界面aa′和bb′后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图3所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值____ 准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。
本课小结
1.折射定律
折射光线、入射光线、法线在同一平面内。折射光线和入射光线分居法线两侧。入射角的正弦与折射角的正弦成正比， 即： n12
式中n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。
2.理解（1）当入射光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角。
（2）当入射光从水或玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角。
（3）当入射角增大时，折射角也随着增大。
（4）在光的折射现象中，光路是可逆的。
3.测量玻璃的折射率：插针法
巩固练习
1.如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2。已知光从空气射向玻璃时入射角的正弦与折射角的正弦的比值为，入射角为45°(相应的折射角为24°)。现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示。则(　　)
A．光束1转过15° B．光束1转过30°
C．光束2转过的角度小于15° D．光束2转过的角度大于15°
2、一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距d/4 。求油的折射率和光在油中传播的速度。
3、真空中有一半径为R＝5 cm、球心为O、质量均匀分布的玻璃球，其球心O的横截面如图所示．一单色光束SA从真空以入射角θ1在玻璃球表面的A点射入玻璃球，又从玻璃球表面的B点射出．已知∠AOB＝120°，该光在玻璃中的折射率为，光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s，求：
(1)入射角θ1的值；
(2)该光束在玻璃球中的传播时间t