课件38张PPT。第四章 光的折射1．光的折射定律23光的反射和光的折射定律4分界面 5进入 6同一平面内 法线 7
√×××891011121314151617181920介质的折射率21真空 正弦 正弦 2223
×√√×2425262728293031323334353637点击右图进入…Thank you for watching !
1．光的折射定律
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.经历实验探究过程，理解光的折射定律．(重点)
2.知道折射率的意义，知道折射率与光速的关系．(重点)
3.能根据折射定律解释一些自然现象.
4.能应用折射定律分析视深问题．(重点、难点)
知识点一| 光的反射和光的折射定律
1．光的反射和折射现象
(1)光的反射
当光射到两种介质的分界面时，一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象．
(2)光的折射
光线从一种介质照射到两种介质的分界面时，一部分光进入另一种介质继续传播的现象．
2．光的折射定律
入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数．
1．反射定律是确定反射光线位置的规律． (√)
2．不是所有的反射现象都遵循反射定律． (×)
3．发生漫反射时，反射角不等于入射角． (×)
4．一束光从空气进入水中时传播方向一定改变． (×)
1．人站在平面镜前面会看到自己的像．平面镜成像的特点是什么？
【提示】 平面镜成的像是虚像，像和物等大，像和物到镜面的距离相等．
2．入射角、折射角哪一个较大？
【提示】 没有前提条件，无法确定．
1．折射定律的表达式
入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即＝常数．如图所示．也可以用＝n的数学公式表达，n为比例常数．这就是光的折射定律．
2．对定律的理解
(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、方向就惟一确定了．
所以，光的折射定律是光从一种介质射向另一种介质中时，在传播过程中遵循的必然规律．
3．光线偏折的方向
如果光线从折射率(n1)小的介质射向折射率(n2)大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)．如图所示．即光线的偏折情况与介质的性质有关．
4．折射光路是可逆的
如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射，定律中的公式就变为＝，式中i、r分别为此时的入射角和折射角．
1．关于光的反射与折射，下列说法正确的是( )
A．光发生反射时，光的传播方向不一定改变
B．光发生反射时，光的传播方向可能偏转90°
C．光发生反射时，光的传播方向一定改变
D．光发生折射时，一定伴随着反射现象
E．光发生反射时，一定伴随着折射现象
【解析】 发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90°，A错，B、C对；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象，D对，E错．
【答案】 BCD
2．如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况．造成这种现象的原因是什么？
【解析】 太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，使人感觉太阳的位置比实际位置偏高．
【答案】 光的折射
折射问题的四点注意
1．根据题意画出正确的光路图；
2．利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角的确定；
3．利用反射定律、折射定律求解；
4．注意光路可逆性、对称性的应用．
知识点二| 介质的折射率
1．定义：在物理学中，把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，叫做这种介质的折射率．
2．公式：n＝.
3．理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率n，等于光在真空中的传播速度c(c＝3×108 m/s)与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝.
4．光在不同介质中的速度是不同的，这正是光发生折射的原因．光在真空中的传播速度c大于光在其他任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于1.
1．当光从空气垂直射入水中时，水的折射率为0.(×)
2．光的折射率随入射角增大而增大． (×)
3．介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小． (√)
4．折射率大的介质，密度不一定大． (√)
1．是否可以由折射率的定义式n＝得出介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比？
【提示】 不可以．折射率n由介质的性质和光的颜色决定，与入射角θ1和折射角θ2无关．
2．光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？
【提示】 由v＝知，n越大，v越小．
1．介质折射率的理解
(1)光从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，但是，正弦值之比是个常数．该常数即介质的折射率，也叫绝对折射率，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，跟sin r(r为反射角)成反比”的说法和“折射率n跟光速v成反比”的说法是错误的．
(2)同种介质入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常数，不同介质的常数不同，说明常数反映着该介质的光学特性．
(3)由于空气折射率和真空折射率非常接近约等于1，因此当光线从空气射入介质时，介质折射率的定义式n＝也适用．
(4)由n＝知，某色光在折射率较大的介质中光速较小．
2．解释折射现象
(1)应用折射定律解释视深问题
视深问题是折射定律的应用．视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离．在中学阶段，一般都是沿着界面的法线方向去观察．在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有：sin θ1/sin θ2≈tan θ1/tan θ2.
如图所示，一物点S位于折射率为n的介质中H深处，由于一般瞳孔线度为2 mm～3 mm，因此i和r角都很小，则sin i≈tan i＝，sin r≈tan r＝，由折射定律知n＝＝，所以视深h＝.
如果从折射率为n的介质中，观察正上方距液面高为H的物体，同理可得h′＝nH(h′为视高)．
利用视深、视高公式，不仅可以简捷地测定介质折射率，也可以方便地分析和解决与视深、视高有关的问题．
(2)折射时的色散现象
一束白光经过棱镜折射后发生色散，在光屏上形成一条彩色光带，如图所示，即为折射中的色散光谱．光谱中红光在最上端，紫光在最下端，这表明各种色光通过棱镜后的偏折程度不同：红光偏折程度最小，偏折角最小；紫光偏折程度最大，偏折角最大．
(3)光的色散现象表明的问题
①同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大．
②由n＝可知，各种色光在同一介质中的光速不同，红光速度最大，紫光速度最小．
③同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速改变(v＝＝λν)，波长亦随之改变．
3.一束光从某种介质射入空气中时，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，折射光路如图所示，则下列说法正确的是( )
A．此介质折射率为
B．此介质折射率为
C．光在介质中速度比在空气中小
D．光在介质中速度比在空气中大
E．当入射角增大时，折射角也增大，但折射率不变
【解析】 由折射定律n＝＝，A错误，B正确；又由n＝知光在介质中速度比在空气中小，C正确，D错误．根据折射率的物理意义知，E正确．
【答案】 BCE
4．一束光线从空气射向折射率为1.5 的玻璃内，入射角为45°，画出反射和折射的光路示意图．
【解析】 光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射；由反射定律知反射角为45°，根据折射定律n＝得θ1＞θ2.
【答案】
1．折射率的定义式中i为真空(空气)中的光线与法线的夹角，不一定是入射角；r为介质中的光线与法线的夹角，也不一定是折射角．
2．介质的折射率与介质的密度没有必然的联系．密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小．
课时分层作业(十四)
(建议用时：45分钟)
[基础达标练]
1．关于光的折射现象，下列说法中正确的是( )
A．折射角一定小于入射角
B．折射率跟折射角的正弦值无关
C．折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍
D．折射率大的介质，光在其中的传播速度小
E．入射角改变时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值不变
【解析】 光从水进入空气时，折射角大于入射角，选项A错误；折射率由介质材料决定，与折射角的大小无关，选项B正确；折射率n＝，折射角增大为原来的2倍，入射角并不增大为原来的2倍，选项C错误；折射率与光速的关系是n＝，则n大时v小，选项D正确；根据＝n知，入射角改变时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值不变，E正确．
【答案】 BDE
2．关于折射率，下列说法正确的是( )
A．某种介质的折射率等于光在真空中传播速度c和光在介质中的传播速度v的比值
B．折射角和入射角的大小决定着折射率的大小
C．两种介质相比较，光在折射率较小的介质中传播速度大
D．有些介质的折射率可能小于1
E．折射率是介质本身的性质，与折射角无关
【解析】 某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在介质中传播速度v的比值，A、C正确．折射率与折射角和入射角的大小无关，B不对．由于光在真空中的传播速度c大于任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于1，D错误．折射率是介质本身的性质，与折射角无关，E正确．
【答案】 ACE
3.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和折射光束2，已知玻璃折射率为，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点垂直于图面的轴线顺时针转过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°
E．入射角增大15°，折射率不变
【解析】 转动前，光束1(反射光)与入射光线的夹角为A＝45°×2＝90°，光束2(折射光)与入射光线间的夹角B＝45°＋(180°－24°)＝201°.转动后，反射光线与入射光线的夹角A′＝60°×2＝120°，据折射定律，＝，得r＝30°，则折射光线与入射光线间的夹角为B′＝60°＋(180°－30°)＝210°.因为ΔB＝B′－B＝9°，ΔA＝A′－A＝30°，故B、C项正确．转动后，入射角增大15°，折射率与入射角无关，E正确．
【答案】 BCE
4．如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带．下面的说法中正确的是( )
A．a侧是红光，b侧是紫光
B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D．在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小
E．在三棱镜中a、b两侧光的速率相同
【解析】 由题图可以看出，a侧光偏折得较厉害，三棱镜对a侧光的折射率较大．所以a侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，因此A错，B、C正确；又v＝，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D正确、E错误．
【答案】 BCD
5.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一定是入射光线
B．aO一定是入射光线
C．cO一定是入射光线
D．Ob一定是反射光线
E．PQ一定是法线
【解析】 由于反射角等于入射角，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．
【答案】 BDE
6.如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生折射，由图可知( )
A．光是从真空射入介质的
B．光是由介质射入真空的
C．介质的折射率为
D．介质的折射率为
E．反射光线与折射光线的夹角为90°
【解析】 根据题图可知，入射角为30°，折射角为60°，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率n＝＝＝，只有B、D、E正确．
【答案】 BDE
7．一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90°，折射光线与反射光线间的夹角为105°，求该介质的折射率和光在该介质中的传播速度．(已知真空中光速为c)
【解析】 由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45°，折射角为r＝180°－45°－105°＝30°，则折射率n＝＝，所以光在该介质中的速度v＝＝＝c.
【答案】 c
8.利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散程度．在如图所示的光路中，A为激光的出射点，O为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO过半圆顶点．若某条从A点发出的与AO成α角的光线，以入射角i入射到半圆弧上，出射光线平行于AO，求此玻璃的折射率．
【解析】 根据光路图，由折射定律得n＝，
由几何关系得r＝i－α
故n＝.
【答案】
[能力提升练]
9．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＝3.0×108m/s)．
(1)画出折射光路图；
(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．
【解析】 (1)由题意知入射角i＝60°，反射角β＝60°，折射角r＝180°－60°－90°＝30°，折射光路如图所示．
(2)n＝＝＝，
根据n＝，得v＝＝ m/s≈1.7×108 m/s.
(3)根据n＝，得sin r＝，
将sin i＝sin 45°＝且n＝代入上式，可求得
sin r＝，所以r＝arcsin.
(4)折射率不会发生变化，折射率由介质和入射光的频率决定，跟入射角的大小无关．
【答案】 见解析
10．如图所示，有一截面是直角三角形的棱镜ABC，∠A＝30°，它对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2，在距AC边d处有一与AC平行的光屏，现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜．
(1)红光和紫光在棱镜中的传播速度之比为多少？
(2)若两种色光都能从AC面射出，求在光屏MN上两光点的距离．
【解析】 (1)v红＝，v紫＝
所以＝.
(2)画出两种色光通过棱镜的光路图，如图所示，由图得
＝n1
＝n2
x＝d(tan r2－tan r1)＝d(－)
【答案】 (1) (2)d(－)
11．一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银，O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出，已知光线在M点的入射角为30°， ∠MOA＝60°，∠NOB＝30°，求：
(1)光线在M点的折射角；
(2)透明物体的折射率．
【解析】 (1) 如图，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P、N三点共线．设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，∠OMQ＝α，∠PNF＝β，根据题意有
α＝30° ①
由几何关系得∠PNO＝∠PQO＝r，于是
β＋r＝60° ②
α＋r＝β ③
由①②③式得r＝15°
(2)根据折射率公式有
n＝＝＝
【答案】 (1)15° (2)
