人教版（2019）选择性必修第一册 4.1 光的折射 课件(共27张PPT)

(共27张PPT)
高二物理（人教版2019）
§4.1 光的折射
一、光的折射
1.定义：一般来说，光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射。
另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射。
1621 年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了两者之间的关系，并把它总结为光的折射定律。
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2.折射定律
（1）内容：折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
（2）表达式：
（3）注意：n12是比例常数，它与入射角、折射角大小无关，只与两种介质的性质有关。两种介质确定， n12是确定不变的。
3.光路可逆性
在光的反射和折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射。
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，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。
2.公式：
或
思考：光从真空进入某种介质，哪些物理量发生了变化？
——折射率的定义式
——折射率的决定式
3.n反映介质的光学性质，只与介质有关。
任何介质的折射率均大于1
二、折射率
说明：对于真空折射率等于1，空气约等于1，有时候将空气当真空处理
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二、折射率
4.折射率无单位。
5.折射率n越大，光线偏折越大。
6.当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时,入射角大于折射角,当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时,入射角小于折射角。
【例题】如图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，CB两点距离d/4．求油的折射率和光在油中传播的速度。
Ｂ
Ａ
d
C
O
D
N
Nˊ
θ2
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解：
折射率问题的分析方法
解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注意以下几点：
(1)根据题意正确画出光路图。
(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、折射角的确定。
(3)利用折射定律求解。
(4)注意光路的可逆性的利用。
例1　如图所示，光线以入射角θ1从空气射向一透明的介质表面，光线在透明介质中的折射角为θ2，已知入射角的正弦与折射角的正弦之比n12＝。求：
(1)当入射角θ1＝45°时，反射光线与折射光线的夹角θ为多大？
(2)当入射角θ1为多大时，反射光线和折射光线垂直？
[变式训练1]　一束光线射到一个玻璃球上，如图所示。光线进入该玻璃球时入射角的正弦与折射角的正弦之比是 ，光线的入射角是60°。求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向。(用与入射光线的夹角表示)
例2　如图所示，人站在距槽边D为L＝1.2 m处，刚好能看到槽底B的位置，人眼距地面的高度为H＝1.6 m。槽中注满某透明液体时，人刚好能看到槽中央O点处。求液体的折射率及光在液体中的传播速度。
[变式训练2]　人的眼球可简化为如图所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R的小球，会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为，且D＝ R。则光线的会聚角α为多少？
玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？
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三、实验：测量玻璃的折射率
活动1：图乙是图甲的原理图，为了测定长方形玻璃砖的折射率，最终需要知道什么量？
活动2：为了得到入射角的正弦值，需要确定入射光线的方向，以确定入射角。对此，应该怎么做？
活动3：为了得到折射角的正弦值，就要画出折射光线，实验过程中能直接画出吗？如果不能，应该怎么办？
活动4：为了精确测量光线的方位，可以借助多枚大头针，眼睛从玻璃砖一侧观察来自另一侧大头针的光线，那么如何确定入射光线AB的方向？
活动5：为了确定折射光线的方向，就要确定出射光线CD的方向，用大头针如何确定呢？

一、实验目的
掌握测量玻璃折射率的方法。
二、实验设计
1.实验方案
如图当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。
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三、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。
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，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。
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三、实验步骤
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1.图象法:
以sin θ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。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 ，故玻璃砖折射率 。
四、数据处理
2.单位圆法:在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法。
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sinθ1＝，sinθ2＝ ，OE＝OE′＝R，则n＝＝。只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
四、数据处理
五、实验误差
1.确定入射光线、出射光线时会造成误差，故确定光线方位时所插两枚大头针的间距应大一些，玻璃砖应宽一些。
2.入射角、折射角测量的不精确。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。
六、注意事项
1.实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。
2.不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。
3.大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大些，以减小确定光路方向时造成的误差。
4.实验中入射角不宜过小，否则会使测量误差较大；也不宜过大，否则在bb′一侧的光线偏向玻璃砖侧边缘，不易观察到P1、P2的像。
5.玻璃砖应选用宽度较大的，最好在5 cm以上，若玻璃砖的宽度太小，则测量误差较大。
例3　(多选)某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时，他的方法和操作步骤都正确无误，但他处理实验数据时，发现玻璃砖的两个光学面aa′和bb′不平行，如图，则(　　)
A．P1P2与P3P4两条直线平行
B．P1P2与P3P4两条直线不平行
C．他测出的折射率偏大
D．他测出的折射率不受影响
[变式训练3－1]　(2020·山东省枣庄市第三中学高二下期中)在做了“测量玻璃的折射率”的实验(如图)后，某同学得出下列几种结论，其中说法正确的是________。
A．玻璃砖的宽度适当大些
B．入射角应尽量小些
C．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
D．入射角越大越好，这样测量误差能尽可能减小
E．玻璃砖的折射率与入射角有关，入射角越大，测得的折射率越大
F．玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是入射角与折射角的比值是一个常数