折射率(光的折射定律)

1、折射率（光的折射定律）一教學(xué)目標(biāo)在物理知識(shí)方面的要求。（1）了解介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系；（2）掌握光的折射定律；（3）掌握介質(zhì)的折射率的概念。通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解到光在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生的現(xiàn)象 （反射和折射），觀察反射光線、折射光線隨入射角的變化而變化， 培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力，通過(guò)相關(guān)物理量變化規(guī)律的學(xué)習(xí)，培養(yǎng) 學(xué)生分析、推理能力滲透物理研究和學(xué)習(xí)的科學(xué)態(tài)度的教育。實(shí)驗(yàn)的客觀性與人的 觀察的主觀性的矛盾應(yīng)如何解決，人的直接觀察與用儀器探測(cè)是有差 別的，我們應(yīng)用科學(xué)的態(tài)度看待用儀器探測(cè)的結(jié)果。會(huì)用折射定律解釋簡(jiǎn)單的現(xiàn)象。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析重點(diǎn)是光的折射定律、折射率。折射率是反映介質(zhì)

2、光學(xué)性質(zhì)的 物理量，由介質(zhì)來(lái)決定。難點(diǎn)是光的折射定律和折射率的應(yīng)用。通過(guò)問(wèn)題的分析解決加 深對(duì)折射率概念的理解，學(xué)會(huì)解決問(wèn)題的方法。三、教具光的折射演示器，附件;接線板、火柴，煙霧發(fā)生器及煙霧源、 半圓柱透明玻璃。百尺，計(jì)算器。四、主要教學(xué)過(guò)程（一）引入新課我們?cè)诔踔幸褜W(xué)過(guò)光的折射規(guī)律：折射光線跟入射光線和法線在同一 平面內(nèi)；折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；當(dāng)光從空氣斜射入 水或玻璃中時(shí)，折射角小于入射角；當(dāng)光從水或玻璃斜射入空氣時(shí)， 折射角大于入射角。初中學(xué)的光的折射規(guī)律只是定性地描述了光的折 射現(xiàn)象，而我們今天要定量地進(jìn)行研究。（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)演示：將光的激光演示儀接通電源，暫不打開(kāi)

3、開(kāi)關(guān)，將煙霧發(fā)生器 點(diǎn)燃置入光的折射演示器中，將半圓柱透明玻璃放入對(duì)應(yīng)的位置。打 開(kāi)開(kāi)關(guān)，將激光管點(diǎn)燃，讓一束激光照在半圓柱透明玻璃的平面上， 讓光線垂直于平面過(guò)圓心入射（沿法線入射）觀察折射情況：a.角度， b，明暗程度與入射光線進(jìn)行對(duì)比。然后改變?nèi)肷浣沁M(jìn)行記錄，再次 觀察能量改變的情況。最后進(jìn)行概括、歸納、小結(jié)。在兩種介質(zhì)的分界面上入射光線、反射光線、折射光線的能量分 配。（某種玻璃與空氣的界面上）入射角（入射光線能量為100%）反射光線能量折射光線能量0100%4.7%95.3%30100%4.9%95.1%60100%9.8%90.2%80100%39%61%90100%100%0%我

4、們可以得出結(jié)論：隨入射角的增大、反射光線的能量比例 逐漸增加，而折射光線的能量比例逐漸減小。經(jīng)歷了近150年才得到完善的定律。（1）歷史發(fā)展：公元2世紀(jì)古希臘天文學(xué)家托勒密通過(guò)實(shí)驗(yàn) 得到：折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)；折射光線跟入射光線分居在法線的兩側(cè)；折射角正比于入射角。德國(guó)物理學(xué)家開(kāi)普勒也做研究。（2）折射定律：最終在1621年，由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳找到了入 射角和折射角之間的關(guān)系。將一組測(cè)量數(shù)據(jù)抄寫(xiě)在黑板上讓學(xué)生進(jìn)行 計(jì)算（用計(jì)算器），光線從空氣射入某種玻璃。入射角i（）折射角r（ ）i/rsini/sinr106.71.501.492013.31.501.493019.61.53

5、1.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.671.517038.61.811.508040.61.971.51通過(guò)分析表中為數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。如果用n來(lái)表示這個(gè)比例 常數(shù)，就有擋L nsin r這就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律。演示：如果使光線逆著原來(lái)的折射光線到界面上，折射光線就逆 著原來(lái)的入射光線射出，這就是說(shuō)，在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的。（在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的。）3.折射率n光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，雖然入射無(wú)須的正弦跟折射角的正 弦之比為一常數(shù)n，但是對(duì)不同的介質(zhì)來(lái)說(shuō)，這個(gè)常數(shù)n是不同的。 這個(gè)常數(shù)n跟

6、介質(zhì)有關(guān)系，是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，我 們把它叫做介質(zhì)的折射率。（1）定義式：n=*i sin ri中光線在真空中與法線之間的夾角。r是光線在介質(zhì)中與法線之間的夾角。光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率，叫做該種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，也 簡(jiǎn)稱(chēng)為某種介質(zhì)的折射，相對(duì)折射率在高中不作要求。又因?yàn)榭諝獾?絕對(duì)折射率為1.00028，在近似計(jì)算中認(rèn)為空氣和真空相同，故有時(shí) 光從空氣射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率當(dāng)作絕對(duì)折射率進(jìn)行計(jì)算。（2）折射率的定義式為量度式，折射率無(wú)單位，任何介質(zhì)的折 射率不能小于1.記住水的折射率為1.33約為4，玻璃的折射率一般為 31.50可寫(xiě)做3.24.介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系。

7、理論和實(shí)驗(yàn)的研究都證明：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質(zhì)中的速度之 比。n= v例1.光在某介質(zhì)中的傳播速度是2.122X108m/s。當(dāng)光線以30 入射角，由該介質(zhì)射入空氣時(shí)，折射角為多少?解：由介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系得n= v又根據(jù)介質(zhì)折射率的定義式得n二也sin ir為在空氣中光線、法線間的夾角即為所求。I為在介質(zhì)中光線與法線間的夾角30由（1）、（2）兩式解得：sinr二sini= 3.00 x 108 x 1 = 0.707 v 2.122 x 108 2所以r=45 例2光線從空氣射入甲介質(zhì)中時(shí)，入射角i=45，折射角r=30， 光線從空氣中射入乙介質(zhì)中時(shí)，

8、入射角i，=60。，折射角r =30 .求光在甲、乙兩種介質(zhì)中的傳播速度比。解：設(shè)光在甲介質(zhì)中傳播的速度為v甲，光在乙介質(zhì)中傳播的速 度為v乙。根據(jù)折射率的定義式得:n =sin i = sin45o = E =3 甲 sin r sin30o12c 1 _sin isin 60。cl _,sin rsin 30。根據(jù)折射率與光速的光系得:所以乙例3.光線從空氣射入n=舌的介質(zhì)中反射光線恰垂直于折射光線，則入射角約為多少?解：根據(jù)光的反射定律有入射角I跟反射角。相等i=B，根據(jù) 題意折射光線與反射光線垂直，即兩光線的夾角為90，則反射角 P與折射角r互余，即。+r=90則i+r=90 .N=

9、sin i _ sin i _ sin i _ .sin r sin（90。- i） cos itani= ：3 所示 i=60 練習(xí)：（1）已知水的折射率是4，某種玻璃的折射率是3，則光在水32中和在這種玻璃中傳播的速度之比是多少？ 9： 8（2）光線由空氣射入某種介質(zhì)，折射光線與反射光線恰好垂直， 已知入射角是53，則這種介質(zhì)可能是什么？水。（3）一束寬度為10cm的平行光束，以60的入射角從空氣射 入折射率為指的介質(zhì)中，界面光滑平整，求反射光束和折射光束的 寬度。10cm,17.3cm.（三）課堂小結(jié)光的折射定律是幾何光學(xué)的三大基本規(guī)律之一。（另外兩 個(gè)規(guī)律是：光的直線傳播規(guī)律，光的反射

10、定律）是研究幾何光學(xué)的要 法寶。高中階段只研究在兩種介質(zhì)中其中一種是空氣的兩界面間的折 射情況及所遵循的規(guī)律。在應(yīng)用時(shí)，一定要注意作圖，突出幾何的特 點(diǎn)。折射率是幾何光學(xué)中非常重要的基本概念之一。它反映介質(zhì) 的光學(xué)性質(zhì)。每一種介質(zhì)在一定條件上有一個(gè)確切的折射率，不同種 類(lèi)的介質(zhì)在相同的條件上，一般具有不同的折射率。例如：玻璃的折 射率是1.50，水的折射率是1.33。通常說(shuō)的介質(zhì)的折射率是指介質(zhì)的絕對(duì)折射率，即光從真空 射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率。設(shè)光由介質(zhì)1射入介質(zhì)2.這時(shí)的折射率確 切地說(shuō)應(yīng)該叫做介質(zhì)2對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率，通常用n21來(lái)表示。 相對(duì)折射率在高中階段不要求，一般學(xué)校的學(xué)生最好不引入，避免引 起概念混亂。五、教學(xué)說(shuō)明光的折射的實(shí)驗(yàn)是在暗室中做效果更好，在介紹儀