【物理】光的折射(1)課件-2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

光的折射人教版選修一

第四章第一節(jié)CONTENTS0102光的折射03折射率04目錄典型例題典型例題光的反射05測量玻璃的折射率玻璃01光的反射光界面入射光線反射光線法線入射角反射角光的反射：光被兩種介質(zhì)的界面反射回原來的介質(zhì)中

1、反射光線與入射光線、法線在同一平面2、反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)3、反射角等于入射角光路可逆一、光的反射定律玻璃02光的折射光1、折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)2、折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)3、當(dāng)光從空氣斜射入玻璃中時(shí)，折射角小于入射角玻璃4、當(dāng)光從玻璃斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角5、當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大

二、光的折射定律注：無論光是從空氣射入水還是水射入空氣

都有θ氣>θ水

斯涅耳入射角與折射角有什么定量關(guān)系呢？

1621年，荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳在分析了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，找到了兩者之間的關(guān)系，并把它總結(jié)為光的折射定律（refractionlaw）：6、入射角的正弦和折射角的正弦成正比

=n12比例常數(shù)斯涅耳定律光的折射定律

入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即:光的折射定律的說明：（1）折射現(xiàn)象中光路是可逆的；（2）光的傳播方向:光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向一般要發(fā)生變化。并非一定變化,當(dāng)光垂直界面入射時(shí),傳播方向就不發(fā)生變化。（3）光的傳播速度:光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播速度一定發(fā)生變化,當(dāng)光垂直界面入射時(shí),光的傳播方向雖然不變,但也屬于折射,光傳播的速度發(fā)生變化。玻璃03折射率光說明：（1）n的大小與θ1和θ2無關(guān)，與介質(zhì)和入射光的頻率有關(guān)，對于確定的介質(zhì)，n是定值，不能說n∝sinθ1或n∝1/sinθ2，（2）折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率皆大于1。2.定義式:三、折射率1.定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率。用符號n表示。ncv=（3）折射率反映介質(zhì)對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。⑤折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。a.同一種介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大，傳播速度越小。b.同一種光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同。(4)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),折射角與入射角的大小關(guān)系不要一概而論,要視兩種介質(zhì)的折射率大小而定。(5)當(dāng)光從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì)時(shí),入射角大于折射角,當(dāng)光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時(shí),入射角小于折射角。幾種介質(zhì)的折射率：介質(zhì)折射率金剛石2.42二氧化碳1.63介質(zhì)折射率巖鹽1.55酒精1.36水晶1.55玻璃1.5-1.8水1.33空氣1.00028真空的折射率為1，空氣的折射率近似為1【例題】如圖一個(gè)儲油桶的底面直徑與高均為d．當(dāng)桶內(nèi)沒有油時(shí)，從某點(diǎn)A恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)B。當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿AB方向看去，恰好看到桶低上的點(diǎn)C，CB兩點(diǎn)距離d/4．求油的折射率和光在油中傳播的速度。ＢＡdCODNNˊθ2新課講授解：正誤判斷(1)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向就會變化。（

）(2)介質(zhì)的密度越大,其折射率一定也越大。（

）(3)光從真空斜射入任何介質(zhì)時(shí),入射角均大于折射角。(4)折射定律是確定折射光線位置的規(guī)律。（

）(5)光的折射率隨入射角增大而增大。（

）

×××√√（

）例1.(多選)關(guān)于光的反射與折射,下列說法正確的是(

)A.光發(fā)生反射時(shí),光的傳播方向不一定改變B.光發(fā)生反射時(shí),光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90°C.光發(fā)生反射時(shí),光的傳播方向一定改變D.光發(fā)生折射時(shí),一定伴隨著反射現(xiàn)象解析

光發(fā)生反射時(shí),光的傳播方向一定發(fā)生改變,且可以改變90°,A項(xiàng)錯(cuò),B、C兩項(xiàng)對;發(fā)生折射時(shí),一定伴隨著反射現(xiàn)象,但有反射現(xiàn)象,不一定有折射現(xiàn)象,D項(xiàng)對。答案

BCD

例2、光線以30°的入射角從玻璃射向空氣，它的反射光線與折射光線成90°夾角，則玻璃的折射率為多少？rβ⌒⌒i⌒玻璃空氣例3.光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中,折射光線與反射光線恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108m/s)(1)畫出折射光路圖;(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度大小;(3)當(dāng)入射角變?yōu)?5°時(shí),折射角的正弦值是多大?(4)當(dāng)入射角增大或減小時(shí),玻璃的折射率是否變化?解析

(1)由題意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,光路圖如圖所示。(4)折射率不會變化,折射率由介質(zhì)和入射光線的頻率決定,跟入射角的大小無關(guān)。比實(shí)際物體位置偏上，看起來比實(shí)際深度淺。想一想：水下的魚看起來比實(shí)際的深度深還是淺？高水看到的氣球在折射光線的反向延長線上.

空氣在水下看水面上的物體比實(shí)際位置高還是低？應(yīng)用3：鉛筆彎折之謎空氣水AA′界面四、生活中的折射現(xiàn)象應(yīng)用4：井中的青蛙看岸上的物體的位置偏向哪里？偏向上方井中的青蛙看井口的寬度是偏大還是偏??？偏小四、生活中的折射現(xiàn)象玻璃04測定玻璃的折射率光

玻璃是一種透明介質(zhì)，光從空氣入射到玻璃的界面上會發(fā)生折射，如何把玻璃的折射率測出來？三、實(shí)驗(yàn)器材

長方形玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定玻璃的折射率。二、實(shí)驗(yàn)原理

用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應(yīng)的出射光線，用量角器測入射角θ1和折射角θ2，根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率四、測定玻璃的折射率四、實(shí)驗(yàn)步驟（1）鋪紙（將白紙用圖釘固定在木板上）；（2）在白紙上畫一條線a作為界面，過a上的一點(diǎn)O（作為入射點(diǎn)）畫法線NN′，并畫AO作為入射光線；（3）把玻璃磚放在白紙上，使它的一邊與a對齊（確保O為實(shí)際入射點(diǎn)），確定玻璃磚的另一界面a′（確保出射點(diǎn)準(zhǔn)確）；（4）在直線AO上豎直插大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線讓P2擋住P1的像。再在另一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3、P2、P1的像，記下P3、P4位置；（5）移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線DC與a′交于O′（作為實(shí)際出射點(diǎn)），直線O′D代表沿AO方向的入射光通過玻璃磚后的傳播方向；（6）連接OO′，入射角

1=∠AON

，折射角

2＝∠N′OO′，用量角器量出入射角和折射角，求出對應(yīng)的正弦值，記錄在表格中；（7）用上述方法求出入射角分別為300、450、600時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中；（8）算出不同入射角時(shí)的入射角與折射角的正弦比值，最后求出幾次實(shí)驗(yàn)的平均值為折射率.五、數(shù)據(jù)處理1．平均值法算出不同入射角時(shí)的比值，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測的平均值，即為玻璃磚的折射率。2．圖象法以sinθ1值為橫坐標(biāo)、以sinθ2值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖所示。描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線。求解圖線斜率k，則，故玻璃磚折射率。3．作圖法在找到入射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點(diǎn)、OO′(或OO′的延長線)交于D點(diǎn)，過C、D兩點(diǎn)分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長，如圖所示。由于，且CO＝DO，所以折射率。

六、注意事項(xiàng)

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點(diǎn)之間，P3與P4之間，P3與O′點(diǎn)之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)在操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔面。更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線。(4)在實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。七、誤差分析

(1)入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時(shí)，兩大頭針間距應(yīng)適當(dāng)大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測量的相對誤差。例4.某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率,實(shí)驗(yàn)后留下的痕跡如圖所示,設(shè)AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,只需用刻度尺測量________和________(均選填“l(fā)1”“l(fā)2”“l(fā)3”或“l(fā)4”),則玻璃磚的折射率可表示為________。

例5.學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識，設(shè)計(jì)了一個(gè)測量液體折射率的儀器，如圖所示。在一圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2，并保持P1、P2位置不變，每次測量時(shí)讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像，同學(xué)們通過計(jì)算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值，則：(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應(yīng)的折射率的值為________。(2)圖中P3、P4兩位置________處所對應(yīng)的折射率大。(3)作AO的延長線交圓周于點(diǎn)K，點(diǎn)K處所對應(yīng)的折射率的值應(yīng)為________。答案：(1)

(2)P4

(3)1玻璃05典型例題光【典例2】光在某種玻璃中的傳播速度是

，要使光由玻璃射入空氣時(shí)折射光線與反射光線成90°，則入射光線與反射光線的夾角成（）A．30°

B．60° C．45°

D．90°【正確答案】B典例分析【典例3】物理社團(tuán)的同學(xué)想測量一透明物體的折射率。如圖所示，透明物體左右兩側(cè)緊靠遮光板，右下方壓著一片小樹葉，觀察點(diǎn)距離透明物體左上邊緣的高度為h、水平距離為2h時(shí)，恰好看到樹葉。移走透明物體（小樹葉和遮光板的位置不動(dòng)），觀察點(diǎn)水平向右移動(dòng)，當(dāng)水平移動(dòng)距離

時(shí)，恰好又看到小樹葉。則透明物體的折射率為（）A．

B．

C．

D．2【正確答案】D典例分析【典例4】光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中,折射光線與反射光線恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108m/s)(1)畫出折射光路圖;(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度大小;(3)當(dāng)入射角變?yōu)?5°時(shí),折射角的正弦值是多大?(4)當(dāng)入射角增大或減小時(shí),玻璃的折射率是否變化?典例分析【解析】(1)由題意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,光路圖如圖所示。(4)折射率不會變化,折射率由介質(zhì)和入射光線的頻率決定,跟入射角的大小無關(guān)?！镜淅?】如圖所示,一束激光垂直于AC面照射到等邊玻璃三棱鏡的AB面上。已知AB面的反射光線與折射光線的夾角為90°。光在真空中的傳播速度為c。求:(1)玻璃的折射率;(2)激光在玻璃中傳播的速度。典例分析【典例6】如圖所示,一小孩站在寬6m的河邊,在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3m的樹,樹的正下方河底有一塊石頭,小孩向河面看去,可同時(shí)看到樹頂和石頭兩者的像,并發(fā)現(xiàn)兩個(gè)像重合,若小孩的眼睛離河面高為1.5m,河水的折射率為,試估算河水深度