4-1 光的折射定律 课件

课件48张PPT。第1节　光的折射定律 1．理解折射定律．
2．理解折射率的意义，了解折射率的测量．知道对折射现象的解释. 一、折射角与入射角的定量关系
光的折射：光从一种介质斜射到另一种介质时，传播方
向会改变．
入射角与折射角的定性关系
实验表明：当入射角增大时，折射角 ．
斯涅耳定律
入射角的 与折射角的 之比是一个 ．增大正弦正弦常数 光路可逆性：在光的反射现象和折射现象中，光路都是 的．
可逆二、折射率的意义
?定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的 跟折射角r的 之比，叫做这种介质的折射率．用符号 表示．
公式：n＝ .正弦正弦n
注意 (1)利用该公式求折射率时，i必须是在真空中的光线与法线之间的夹角．若光线从介质射入真空，则i为折射角，r为入射角．
(2)由于空气的折射率和真空的折射率非常接近约等于1，因此当光线从空气射入介质时，该公式也适用． 折射率与光速的关系：某种介质的折射率，等于光在 的传播速度c跟光在这种介质中传播速度v之比，即n＝ ，单色光在折射率较大的介质中光速 ．
注意 折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关，“折射率与sin i(i为入射角)成正比，与sin r(r为反射角)成反比”的说法和“折射率n与光速v成反比”的说法是错误的．真空中较小三、对折射现象的解释
?现象：水中的物体看起来比实际的要 ．
白光通过棱镜时的色散
(1)一束白光通过三棱镜后形成如图4-1-1的光谱，由上到下的色光顺序为：红、橙、 、 、 、靛、紫．说明白光是由这七种色光组成的复色光．浅图4-1-1 黄绿蓝
(2)结论；白光色散时， 的偏向角最小， 偏向角最大．这说明同种物质对波长不同的光的折射率不一样，波长 ，折射率越大．
(3)不同色光在同种介质中有以下关系：f越大，λ越小，n越 ，v越小，θ越 ；f越小，λ越 ，n越小，v越 ，θ越 ．红光紫光越小大大大大小一、对光的折射及折射率的进一步理解
?折射现象的理解
(1)在光的折射现象中，同光的反射现象一样，光路是可逆的．
(2)当光垂直介质界面入射时，光的传播方向就不发生变化，但这时光也发生了折射，因为光速发生了变化．
(3)当光发生折射且有一种介质是真空时，表达式中的θ1表示的是真空中的光线与法线的夹角，θ2表示的是介质中的光线与法线的夹角．
(4)光从一种介质射到两种介质的分界面时一定发生反射，但不一定发生折射． 折射率的理解
(1)关于正弦值：当光由真空中射入某种介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是随入射角θ1而改变的，但正弦值之比是一个常数．
(2)关于常数n：入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性．(4)决定因素：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．二、测定玻璃的折射率 实验步骤： (1)如图4-1-2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′.图4-1-2 (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．数据处理：方式一： 在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与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4-1-3甲所示．重复以上实验，求得各次折射率的计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值．图4-1-3 误差分析
(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些，玻璃砖应宽一些．
(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差．注意事项
(1)实验中，玻璃砖在纸上位置不可移动．
(2)不能用手触摸玻璃砖光洁面，更不能把玻璃砖当尺子用．
(3)大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，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，否则会使测量误差大，也不宜过大．
(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. 对折射率的理解
解析　介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错；由于真空中的光速是个定值，故n与v成反比是正确的，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，选项C正确；由于v＝λf，当f一定时，v与λ成正比，又n与v成反比，故n与λ也成反比，选项D正确．
答案　CD
借题发挥　折射率n反映了介质的光学性质，它的大小只由介质本身和入射光的频率决定，与入射角和折射角的大小无关，切不可认为n与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比．
【变式1】 光从某种玻璃中射向空气，入射角θ1从零开始增大到某一值的过程中，折射角θ2也随之增大，则下列说法正确的是 (　　)．
A．比值θ1/θ2不变
B．比值sin θ1/sin θ2是一个大于1的常数
C．比值sin θ1/sin θ2不变
D．比值sin θ1/sin θ2是一个小于1的常数答案　CD【典例2】 光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直．(真空中的光速c＝3.0×108 m/s)
(1)画出光路图．
(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度．
(3)当入射角变为45°时，折射角等于多大？
(4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？说明理由．折射定律的简单应用(4)折射率不会变化，折射率由介质本身和入射光的频率决定，跟入射角的大小无关．
答案　见解析【变式2】 如图4-1-4所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生了反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是
(　　)．
A．AO是入射光，OB为反射光，OC为折射光
B．BO是入射光，OC为反射光，OA为折射光
C．CO是入射光，OB为反射光，OA为折射光
D．条件不足，无法确定图4- 1-4
解析　法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，反射光线、折射光线和入射光线都位于法线两侧．入射角等于反射角，可知CO为入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线．
答案　C【典例3】 用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，如图4-1-5所示的四个图中P1、P2、P3和P4是四个学生实验插针的结果．测定玻璃的折射率图4-1-5(1)在这四个图中肯定把针插错了的是________．
(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是________．计算玻璃的折射率的公式是________．【变式3】 如图4-1-6所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3.图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．图4-1-6 (1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量________，则玻璃砖的折射率可表示为________．
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将______(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．对折射率的理解　
1.一束光从某种介质射入空气中时，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，折射光路如图4-1-7所示，则下列说法正确的是 (　　)．图4-1-7答案　BC
折射定律的简单应用
2．一个圆柱形筒，直径12 cm，高16 cm，人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9 cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点，求：
(1)此液体的折射率；
(2)光在此液体中的传播速度．
解析　题中的“恰能看到”表明人眼看到的是筒侧最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线．由此可作出符合题意的光路图(如右图所示)．在作图或分析计算时还可以由光路的可逆性，认为“由人眼发出的光线”折射后恰好到达筒侧最低点．测定玻璃的折射率
3.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4-1-8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________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量．图4-1-8