1、第4章,光的折射与全反射,第1讲 光的折射定律,目标定位 1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题. 2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系. 3.会依据光的折射定律作出光路图. 4.会用插针法测定玻璃的折射率,栏目索引 CONTENTS PAGE,一、折射角与入射角的定量关系,1光的折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会 的现象 2斯涅耳定律(又叫光的折射定律) 入射角的 与折射角的 之比是一个常数,改变,正弦,正弦,3光路可逆性：在光的反射现象和折射现象中，光路都是 的 4折射率：光从真空(或空气)射入某种介质发生折射时，入射角i的 跟折射角r的 的比值n，
2、叫做这种介质的折射率,可逆,正弦,正弦,二、折射率的意义,1意义：介质的折射率反映了光在介质中的 程度折射 率越大，介质使光偏离原来传播方向的程度就越 . 2折射率与光速的关系：某种介质的折射率，等于光在 中的传播速度c与光在 中的传播速度v之比，即n .,偏折,大,真空,这种介质,三、测量介质的折射 原理：用插针法确定光路，根据光的 计算出折 射率 四、对折射现象的解释 1现象：水中的物体看起来比实际要浅 2色散现象 红光的传播速度最 ，折射率最 ；紫光的传播速度最 ，折射率最 .,折射定律,大,小,小,大,一、对折射率的理解,1折射率是一个反映介质的光学性质的物理量，其大小由介质本身及入射
3、光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关,2“相对折射率”与“绝对折射率” (1)相对折射率：光从介质1射入介质2时，入射角1与折射角2的正弦之比叫做介质2对介质1的相对折射率，通常用n12 表示,(2)绝对折射率：若介质1是真空，则介质2相对真空的折射率叫做该介质的绝对折射率，通常用n表示,3任何介质的折射率n都大于1.,4应用n 计算介质折射率时，注意1为真空中的光线与法线夹角，不一定为入射角；2为介质中光线与法线的夹角，也不一定为折射角,例1 关于折射率，下列说法正确的是( ),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
4、、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vf，当f一定时，v与成正比，又n与v成反比，故n与也成反比，选项D正确 答案 CD,二、测定玻璃的折射率,1实验原理：用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角1和折射角2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n,2实验器材：两面平行的玻璃砖，方木板，白纸，图钉(若干)，大头针四枚，直尺，量角器，铅笔,3.实验步骤：(1)如图1所示，将白纸用图钉钉在方木板上 (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
5、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1,(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本身及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OB与bb交于O，直线OB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1AON，折射角2OON，用量角器量出1和2，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记
6、录在自己设计的表格中 (7)用上述方法测出入射角分别为30、45、60时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中,4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)本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是采用三棱镜、半圆形玻璃砖等，那么只是出射光和入射光不平行，同样能测出折射率,例2 用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在
7、棱镜的一侧插入两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图2所示,图2,(1)在本题的图上画出所需的光路； (2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_，_，在图上标出它们； (3)计算折射率的公式是_,解析 (1)如图所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC面于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O.则光线OO就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线 (2)在所画的图上注明入射角1和折射角2，并 画出虚线部分，用
8、量角器量出1和2(或用直尺测出线 段EF、OE、GH、OG的长度),三、光的折射定律的应用,解决光的折射问题的基本思路： 1根据题意画出正确的光路图 2利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角,例3 如图3所示，一透明介质制成的直角三棱镜，顶角A30，一束光由真空垂直射向AC面，经AB面射出后的光线偏离原来方向15.已知光在真空中的传播速度为c.求： (1)该介质对光的折射率； 解析 光路图如图所示，由几何关系可得，光在AB面上的折射角为45，根据折射定律n ，得n .,(2)光在该介质中的传播速度,例4 如图4，三棱镜的横截面为直角三角形AB
9、C，A30，AC平行于光屏MN，与光屏的距离为L，棱镜对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2.一束很细的白光由棱镜的侧面AB垂直射入，直接到达AC面并射出画出光路示意图，并标出红光和紫光射在光屏上的位置，求红光和紫光在光屏上的位置之间的距离,图4,解析 光路如图所示红光和紫光在AC面上的入射角相同，设为i，折射角分别为r1和r2，它们射到屏上的位置离O点的距离分别为d1和d2.由折射定律得 n1sin isin r1 n2sin isin r2 由几何关系得iA d1Ltan r1 d2Ltan r2,联立式并利用题给条件得，红光和紫光在光屏上的位置之间的距离为,1光从真空射入某介质，入射
10、角1从零开始增大到某一值的过程中，折射角2也随之增大，则下列说法中正确的是( ),对折射率的理解,答案 BC,测定玻璃的折射率,2.某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10 cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO的延长线于C点，过A点作法线NN的垂线AB交NN于B点，过C点作法线NN的垂线CD交NN于D点，如图5所示用刻度尺量得OB8 cm，CD4 cm，由此可得出玻璃的折射率n_.,图5,答案 1.5,光的折射现象,3一束由红、紫两色组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜分离成两束单色光的是( ),解析 复色光在界面折射就分成两束光，且紫光由于折射率较大，偏折较多，能正确表示该复色光经三棱镜分离成两束单色光的是图B. 答案 B,光的折射定律的应用,4一束光线射到一个玻璃球上，如图6所示该玻璃球的折射率是 3 ，光线的入射角是60.求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向(用与入射光线的夹角表示),图6,由AOB为等腰三角形，则i2r1. 由几何关系知r1160，i22r2，又由图 知，3是出射光线相对于入射光线的偏折角，且 312.联立以上各式解得360，即第一次从玻璃球射出的光线与入射光线的夹角为60. 答案 与入射光线的夹角为60,
