4.1 光的折射定律 课件 (1)

课件46张PPT。4.1 光的折射定律1.惠更斯提出：介质中波阵面上的每一个点，都可以看作一个
_________。
2.波在遇到障碍物时会发生反射现象，反射现象遵守反射定
律，反射角等于_______。新的波源入射角3.波从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，入射角
的正弦与折射角的正弦之比是_________。
4.在波的传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方
向_________的现象，叫做波的折射。一个常数发生偏折一、光的折射及斯涅耳定律(折射定律)
1.光的折射与折射定律：
(1)光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向
发生_____的现象。
(2)斯涅耳定律(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_____的两侧；入
射角的正弦与折射角的正弦成_____。
2.光路可逆：在光的反射和折射现象中，光路都是_____的。改变同一平面法线正比可逆二、折射率
1．定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦
与折射角r的正弦的比值n，叫这种介质的折射率，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．特点：任何介质的折射率都大于__。
4.意义：反映了光在介质中的_________。真空1偏折程度三、测量介质的折射率、折射现象的解释
1.在测量介质的折射率的实验中，作出的光路图如图所示。
图中AO为_________,OE为_________,NN′为_____,i是_____
___,r是_______,玻璃折射率的表达式n=_________。 入射光线折射光线法线入射角折射角2.为减小实验误差，需多测几组数据，分别求出每一次的折射
率，最后求出它们的_______。
3.对折射现象的解释：
(1)光从水中射入空气时，折射角大于入射角，所以水中的物
体看起来都比实际的要浅。
(2)一束白光射入三棱镜时会发生_____现象，这是因为不同颜
色的光在同一介质中的_________不同，折射率_____。其中红
光的传播速度_____，折射率_____，经三棱镜后偏折程度最
小；_____的传播速度最小，折射率_____，经三棱镜后偏折程
度最明显。平常我们所说的某种介质的折射率是指七种色光的
平均折射率。平均值色散传播速度不同最大最小紫光最大【思考辨析】
1.判断正误：
(1)入射角变化，折射角也随之变化，但入射角一定大于折射
角。(　　)
(2)光线射到界面时，光线一定发生偏折。 (　　)
(3)光在同一种均匀介质中传播时，也可以发生折射现象。
(　　)
(4)折射率大的介质，密度一定大。　(　　)
(5)在实验中，不可以用玻璃砖当尺子画玻璃砖的两边。(　　)
(6)重复实验时，应改变不同的入射角。　(　　)提示：(1)×。当光由空气斜射入介质中时，入射角大于折射角；但当光由介质射入空气中时，由于光路可逆，入射角小于折射角。
(2)×。当光线垂直射到界面时，光线不偏折。
(3)×。光在同一种均匀介质中传播时，沿直线传播，方向不变，不发生折射。
(4)×。折射率和密度之间没有必然的联系。
(5)√。为了保持光学面的清洁，不能用手触摸或把玻璃砖当尺子使用。
(6)√。为了减小误差，应选取不同的入射角多次实验，求平均值。 2.问题思考：
(1)为什么说光在真空中的速度最大?
提示：光在任何介质中的速度都等于光在真空中的速度与该介质的折射率的比值，而任何介质的折射率都大于1，故任何介质中的光速都小于真空中的光速。
(2)在测定折射率的实验中，入射角为什么不能选得太大或太小而要适中?
提示：入射角太大或太小时，都会导致作图或测量时的误差增大，故入射角的大小要适中。 一、对折射定律、折射率的理解
1.对定律内容的解读：
(1)“同面内”：“折射光线与入射光线、法线在同一平面内”，这句话大体上说明了三线的空间位置：折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面。
(2)“线两旁”：“折射光线与入射光线分居在法线两侧”，这句话把折射光线的位置又作了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小。(i>0)(3)“正比律”：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即 =n,折射角r随入射角i的变化而变化，入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是定值。当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就确定了。2.光的传播速度：
光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化。当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，因为光传播的速度发生了变化。
3.折射光路是可逆的：
在光的折射现象中，光路是可逆的，即让光线逆着原折射光线射到界面上，光线就逆着原来的入射光线发生折射。4.对折射定律的理解：
(1)当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但入射角与折射角的正弦值的比值是一个常数。
(2)折射率大小不仅反映了介质的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小。不同介质具有不同的折射率，说明折射率反映了该介质的光学特性。(3)介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小
只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的
变化而变化。
(4)介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关，即n= 。由
于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，
所以任何介质的折射率n都大于1。因此，光从真空斜射入任何
介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入
射角均小于折射角。【学而后思】
(1)光从一种介质进入另一种介质，入射角与折射角之比是否为常数?
提示：入射角与折射角之比不是常数，而入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数。
(2)介质的折射率由什么因素决定，与入射角的大小有没有关系?
提示：介质的折射率由介质本身决定，与入射角的大小没有任何关系。 【典例1】如图所示，一根竖直插入水中的杆AB，在水中部分
长1.0 m，露出水面部分长0.3 m，已知水的折射率为 ，则
当阳光与水平面成37°时，杆AB在水下的影长为多少?【解题探究】(1)阳光与水平面成37°,则阳光的入射角是37°吗?
提示：不是。阳光与法线的夹角才是入射角,大小为90°-37°=53°。
(2)杆AB在水下的影长是否为折射光线在底面的投影?
提示：不是。杆AB在水下的影长为水面上的影长和折射光线在底面投影的和。 【标准解答】光路如图所示
由题意可得入射角为53°
由折射定律
=n
=
则r=37°,
由几何关系得影长
s=0.3·tan53°+1·tan37°=1.15 m
答案：1.15 m 【总结提升】利用光路图解决光的折射问题的方法
(1)根据题意画出正确的光路图。首先要找到入射的界面，同
时准确地作出法线，再根据折射定律和入射光线画出折射光
线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、
折射光线与法线的夹角。
(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，与折射定律
n= 中的各量准确对应。比如一定要确定出哪个角在分子
上，哪个角在分母上。
(3)利用折射定律n= 、折射率与光速的关系n= 列方程，
结合数学三角函数的关系进行运算。【变式训练】如图所示，一个横截面
为直角三角形的三棱镜，∠A=30°，
∠C=90°。三棱镜材料的折射率是n= 。
一条与BC面成θ=30° 角的光线斜射向
BC面，经AC面第一次反射后从AB面射出。求：
(1)光在三棱镜中的传播速度；
(2)光经AC面第一次反射后，反射光线与AC面的夹角。 【解析】(1)
(2)作光路图如图所示，在BC界面上由折射定律：
，解得r=30°。
由几何关系可得，反射光线与AC面的夹角为α=r=30°。
答案：(1) ×108 m/s (2)30° 【变式备选】如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是( )
A．bO不可能是入射光线
B．aO可能是入射光线
C．cO可能是入射光线
D．Ob可能是反射光线【解析】选A、B、D。由于入射角等于反射角，入射光线、反射光线关于法线对称，所以aO、Ob应是入射光线或反射光线，PQ是法线。又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线。 二、测玻璃的折射率
1．原理：折射定律n= 。
2．方法：先确定入射光线和出射光线，画出折射光线，再测出入射角i和折射角r。3.实验步骤：
(1)如图所示,将白纸用图钉按在绘图板上,先在白纸上画出一条直线aa′作为界面。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。
(2)把长方形玻璃砖平放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb′。 (3)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧插上两枚大头针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。
(4)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4引直线O′B，与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向。连接OO′，入射角i=∠AON，折射角r=∠O′ON′。 (5)用量角器量出入射角和折射角，用圆规结合刻度尺求出它们的正弦值，并将数据填入自己设计的表格中。
(6)改变入射角，用上述方法分别求出折射角，求出它们的正弦比值，并将数据填入表格中。
(7)求出每次实验时的折射率，求出测量值的平均值，得介质的折射率。 4.注意事项：
(1)作光路图时，纸上玻璃砖的界面aa′和bb′要尽量与玻璃砖的两个折射面重合。
(2)插大头针时要使大头针与纸面垂直，大头针之间的距离要适当远些。
(3)入射角的大小要适当。
(4)实验中玻璃砖不能移动。 【学而后思】
(1)如何用圆规结合刻度尺求出它们的正弦比值?
提示：以O为圆心用圆规画圆，i角对应直角边与r角对应直角边的比值等于这两个角的正弦比值。
(2)能否先求出三次实验结果入射角的平均值和出射角的平均值，再去求入射角平均值和出射角平均值的正弦比值?
提示：不行。求入射角的平均值和出射角的平均值没有物理意义，同样入射角平均值和出射角平均值的正弦也没有物理意义，当然比值也就失去了物理意义。 【典例2】学校开展研究性学习，某研究性学习小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一个圆形木盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF，在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2的位置不变，每次测量时，让圆盘的BFC部分竖直浸入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2。同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值。这样只要根据P所插的位置，就可直接读出液体折射率的值。则：(1)若∠AOF=30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为　　　　。
(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大?　　　　。
(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为
　　　　　　　　。 【解题探究】(1)在此题中∠AOF是入射角还是折射角?如何求介质的折射率?
提示：∠AOF是入射角，由于折射光线的可逆性，可以认为是空气中夹角正弦与介质中夹角正弦的比值等于介质的折射率。
(2)如何在圆周的EC部分预先测算并刻好折射率的值?
提示：利用折射定律可得介质的折射率等于P3或P4到EO距离与K到EO距离的比值。 【标准解答】(1)此时OP3与OE之间的夹角为入射角，i=60°，r=30°,则 。
(2)P4对应的入射角大，折射角相同，所以对应的折射率大。
(3)当在K位置时，入射角与折射角相等，所以折射率等于1。
答案：(1) (2)P4 (3)1 【总结提升】折射定律的应用技巧
(1)利用直尺圆规正确规范地作出光路图是解决这类问题的前提和关键。
(2)利用光路的可逆性，研究从介质射向空气的光路时，可以看作是从空气射向介质。
(3)在折射现象中，介质的折射率等于空气中夹角正弦与介质中夹角正弦比值，而不考虑入射角还是折射角。 【变式训练】某同学利用“插针法”测定
玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。
正确操作后，作出的光路图及测出的相关
角度如图所示。
(1)此玻璃的折射率计算式为n=　　　　　(用图中的θ1、θ2表示)；
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度　　　　(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。 【解析】 。由实验的注意事项可
知应选用宽度大的玻璃砖来测量，减小实验误差。
答案：(1) (2)大 【变式备选】某位同学用下面的方法测量
某种液体的折射率。如图所示，他在一个
烧杯中装满了某种透明液体，紧贴着杯
口竖直插入一根直尺AB，眼睛从容器边缘
的P处斜向下看去，观察到A经液面反射所
成的虚像A′恰好与B经液体折射形成的虚像重合。他读出直尺露出液面的长度AC、没入液体中的长度BC，量出烧杯的直径d。由此求出这种透明液体的折射率为( )A． B.
C. D.
【解析】选D。作光路图如图所示。

所以,故D正确。 三、对光的色散的理解
1.光的色散现象说明白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光组成的。
2.我们把射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角，如图所示。实验表明，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大。这说明玻璃对不同色光的折射率是不同的，紫光的最大，红光的最小。3．由于介质中的光速v= ，故在同种介质中折射率大的光速
小，各种色光在介质中的光速依次为v紫红光的速度最大，紫光的速度最小。
4．白光经过三棱镜后，在光屏上呈现七色光带；若从棱镜的
顶角向底边看，由红到紫依次排列，紫光最靠近底边，光的色
散实质上是光的折射现象。
5.介质的折射率是指7种色光的平均折射率。【学而后思】
(1)为什么光的色散现象能说明不同颜色光的折射率不同?
提示：当一束白光通过三棱镜后，红光偏折程度最小，紫光偏折程度最大，各种色光的偏折程度不同，说明不同颜色光的折射率不同。
(2)夜晚我们看到月亮和星星的位置是它们的实际位置吗?
提示：不是。地球大气层的密度不均匀，越接近地球表面密度越大，折射率也越大，星光在折射过程中要折向法线方向，所以我们看到月亮和星星的位置不是它们的实际位置，而比实际位置要高。 【典例3】(2011·安徽高考)实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长λ的变化符合科西经验公式：
，其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示。则( )
A．屏上c处是紫光 B．屏上d处是红光
C．屏上b处是紫光 D．屏上a处是红光 【解题探究】(1)复色光经过同一种介质时，介质对_____的折射率最小，对_____的折射率最大。
(2)太阳光经过三棱镜时，_____的偏折角最小，_____的偏折角最大。
【标准解答】选D。白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏上由上至下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。屏上a处为红光，d处是紫光，D正确。 红光紫光红光紫光【总结提升】复色光通过三棱镜发生色散的规律
如图所示，复色光中包含多种颜色的光，经过棱镜折射后分散开来，这是因为同一种介质对7种色光的折射率不同。
(1)紫光的折射率最大，偏折角也最大，经棱镜折射后，最靠近棱镜的底部，在介质中传播速度最小。(2)红光的折射率最小，偏折角也最小，经棱镜折射后，最靠近棱镜的顶部，在介质中传播速度最大。
(3)按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序，折射率依次增大，在介质中传播速度依次减小。【变式训练】一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜。下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是　(　　)【解析】选B。光射向三棱镜经两次折射向底边偏折，紫光折射率最大，向底边偏折多，B对A、C、D错。关于折射定律理解的三个误区
误区1：误认为入射角与折射角成正比
产生误区的原因是没有理解好折射定律，折射角随着入射角的增大而增大，但入射角与折射角之间的关系不是简单的正比关系，而是入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 误区2：误认为入射角的正弦与折射角的正弦之比等于介质的折射率
产生误区的原因是机械记忆了折射率的定义，这是在光线由空气射入介质的前提下得出的结论，我们在实际应用过程中应该理解为：空气中夹角的正弦与介质中夹角的正弦之比等于介质的折射率。
误区3：误认为介质的折射率仅由介质本身决定
产生误区的原因是没有理解好光的色散现象，介质的折射率由介质本身决定，但会受到颜色的影响，对同一种介质，7种色光中红光的折射率最小，而紫光的折射率最大，平常所说的某种介质的折射率是指7种色光的平均折射率。