高中物理教科版选修3-4课件：第四章1.光的折射定律:20张PPT

课件20张PPT。第四章　光的折射1.光的折射定律1.了解光的反射及折射现象,知道法线、入射角、反射角、折射角的定义,理解折射定律,会用折射定律解释相关现象和计算有关问题.
2.理解折射率的概念,理解折射率的定义式和决定式,并能应用它们处理有关问题.1.光的反射和折射现象
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叫做光的反射;另一部分光进入第二种介质继续传播的现象叫做光的折射.
2.折射定律
(1)内容: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,入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数.(3)特点:在折射现象中光路是可逆的,即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.在光的折射现象中,折射角一定小于入射角吗?
提示:不一定.当光由某种介质射入空气中时,折射角大于入射角.3.介质的折射率
(1)物理意义:表示介质对光线偏折本领大小的物理量,它反映了介质的光学性质.
(2)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,叫做这种介质的折射率.
(3)公式(4)特点:任何介质的折射率都大于1(选填“大于”“小于”或“等于”).
(5)光发生折射的原因:光在不同介质中的速度不同,这是光发生折射的原因.介质的折射率与入射角的大小有关吗?
提示:无关.折射率是反映介质对光线偏折本领的,大小取决于介质自身的因素,与入射角的大小无关.探究一探究二对光的折射现象的进一步理解
(1)光的传播方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化(斜射).但并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化.
(2)光的偏折方向:如果光线从折射率小的介质射向折射率大的介质,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).
(3)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.探究一探究二(4)入射角与折射角的大小关系:光从一种介质进入另一种介质发生折射时,折射角与入射角的大小关系不要一概而论,要视两种介质的折射率大小关系而定.探究一探究二对折射率的理解
(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可以改变的,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.探究一探究二温馨提醒(1)介质的折射率与介质的密度没有必然联系,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.
(2)同一介质对不同频率的光的折射率不同,频率越大的光折射率越大.【例题1】 假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比(　　)
A.将提前
B.将延后
C.某些区域提前,在另一些区域延后
D.不变
解析:假如地球周围没有大气层,太阳光将沿直线传播,如图所示,在地球上B点的人将在太阳到达A'点时看到日出;而地球表面有大气层时,由于空气的折射率大于1,并且离地球表面越近,大气层的密度越大,折射率越大,太阳光将沿如图所示AB曲线进入在B处的人眼中,使在B处的人看到日出,但在B处的人认为光是沿直线传播的,则认为太阳位于地平线上的A'点,而此时太阳还在地平线以下,相当于日出时刻提前了,所以无大气层时观察到日出的时刻将延后.
答案:B反思人眼是根据最终射入的光的方向来确定发光物体位置的,光在空气中的折射,人眼是觉察不到的.【例题2】一半圆柱形透明物体横截面如图所示,底面AOB镀银(圆中粗线),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.
点拨:解答本题时可先作出光路图,根据几何关系确定在M点的折射光线和N点的入射光线,从而确定入射角和折射角.解析:(1)如图所示,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和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
且α+r=β③
由①②③式得r=15°.④
(2)根据折射率公式有sin i=nsin r⑤反思先根据题意画出正确的光路图,再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;最后利用反射定律、折射定律求解;要注意灵活运用光路可逆中的逆向思维.1 2 3 4 51关于光在介质界面上的行为,下列说法中正确的是(　　)
A.光从一种介质进入另一种介质,一定要发生偏折
B.光从空气进入介质,折射角大于入射角
C.光从介质进入空气,折射角大于入射角
D.光从空气进入介质,光速要减小
解析:当光垂直于界面从一种介质进入另一种介质时,光线不发生偏折,故选项A错误.光从空气垂直进入介质时,折射角等于入射角;光从介质垂直进入空气时,折射角等于入射角,故选项B、C错误.由答案:D 1 2 3 4 52一束单色光从空气射入玻璃中,则其(　　)
A.频率不变,波长变长 B.频率变大,波长不变
C.频率不变,波长变短 D.频率变小,波长不变答案:C 1 2 3 4 53光线以30°的入射角从玻璃射向空气,它的反射光线和折射光线成90°夹角,则玻璃的折射率为(　　)解析:作出光路图如图所示,θ1为入射角, θ1 '为反射角,θ2为折射角,介质Ⅰ是空气,介质Ⅱ是玻璃.由反射定律可知θ1 '=θ1=30°,又因为OB⊥OC,所以θ1 '+θ2=90°,所以θ2=90°-θ1 '=60°答案:B 1 2 3 4 54一束可见光从空气中射向水和空气的分界面,经折射后分为两束单色光a和b,如图所示.若光束b为黄光,则光束a可能是(　　)
A.红光 B.蓝光
C.紫光 D.绿光率比黄光的小,而蓝光、紫光和绿光的折射率比黄光的大,所以光束a可能是红光,故A正确,B、C、D错误.
答案:A1 2 3 4 55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.(3)折射率不会变化,折射率由介质和入
射光的频率决定,而跟入射角的大小无关.
答案:见解析