光的折射定律

1、第 1 節(jié) 光的折射定律光 的 折 射 定 律 和 折 射 率先填空 1光的折射光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)改變， 這種現(xiàn)象叫做光的折射圖 4-1-12入射角與折射角的定性關(guān)系入射角：入射光線與法線間的夾角，一般用i 表示折射角：折射光線與法線間的夾角，一般用r 表示實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)入射角變化時(shí)折射角隨著改變3斯涅耳定律 (折射定律 )入射角的正弦與折射角的正弦之比是一個(gè)常數(shù)即sin in.sin r4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i 的正弦與折射角r 的正弦之比用 n 表示(2)定義式sin in.sin r(3)意義：介質(zhì)的折射率反映了光在介質(zhì)中的偏折度(

2、4)折射率與光速的關(guān)系光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，且都小于光在真空中的傳播速度；某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度與光在這種介質(zhì)中的速度之比，即nc/v.再判斷 1入射角變化，折射角也隨之變化，但入射角一定大于折射角()2光的折射率隨入射角的增大而增大( )3介質(zhì)的折射率越大， 光在這種介質(zhì)中的傳播速度越小 ( )后思考 第 1頁(yè)不同介質(zhì)的折射率一般不同，是不是介質(zhì)的密度越大，其折射率就越大？【提示】介質(zhì)的折射率與介質(zhì)的密度沒有必然的聯(lián)系，密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度較大，但水的折射率較小核心點(diǎn)擊 1入射角與折射角的大小關(guān)系(1)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

3、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(2)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2折射光路是可逆的在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的，即讓光線逆著原折射光線射到界面上，光線就逆著原來的入射光線發(fā)生折射3對(duì)折射率的理解(1)關(guān)于正弦值：當(dāng)光由真空射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但正弦值的比值是一個(gè)常數(shù)(2)關(guān)于常數(shù) n：入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個(gè)常數(shù)，但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說明常數(shù)反映了該介質(zhì)的光學(xué)特性(3)折射率與光速的關(guān)系：光在介質(zhì)中的傳播速度v 跟介

4、質(zhì)的折射率 n 有關(guān)，即 nvc，由于光在真空中的傳播速度c 大于光在任何其他介質(zhì)中的傳播速度v，所以任何介質(zhì)的折射率n 都大于 1.(4)決定因素：介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，它的大小由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同決定， 不隨入射角、折射角的變化而變化1.一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時(shí)，入射角130，折射角 260，折射光路如圖 4-1-2 所示，則下列說法正確的是()圖 4-1-2【導(dǎo)學(xué)號(hào) ： 78510041】3A此介質(zhì)折射率為3第 2頁(yè)B此介質(zhì)折射率為3C光在介質(zhì)中速度比在空氣中小D光在介質(zhì)中速度比在空氣中大E當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也增大，但折射率不變【解析】由折射定律 nsin

5、 2，錯(cuò)誤，B正確；又由c 知光在sin 13 Anv介質(zhì)中速度比在空氣中小， C 正確， D 錯(cuò)誤根據(jù)折射率的物理意義，E 正確【答案】BCE2.利用半圓柱形玻璃，可減小激光光束的發(fā)散程度在如圖4-1-3所示的光路中，A 為激光的出射點(diǎn)， O 為半圓柱形玻璃橫截面的圓心， AO 過半圓頂點(diǎn)若某條從 A 點(diǎn)發(fā)出的與 AO 成 角的光線，以入射角 i 入射到半圓弧上，出射光線平行于 AO，求此玻璃的折射率圖 4-1-3sin i【解析】根據(jù)光路圖，由折射定律得nsin r ，由幾何關(guān)系得 r i sin i故 nsin i 【答案】sin isin i折射問題的四點(diǎn)注意1根據(jù)題意畫出正確的光路圖

6、；2利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角的確定；3利用反射定律、折射定律求解；4注意光路可逆性、對(duì)稱性的應(yīng)用實(shí) 驗(yàn) : 測(cè) 量 介 質(zhì) 的 折 射 率1實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚、白紙三張、木板、大頭針?biāo)拿丁?圖釘四枚、量角器、刻度尺、鉛筆第 3頁(yè)2實(shí)驗(yàn)步驟(1)如圖 4-1-4 所示，將白紙用圖釘釘在平木板上；圖 4-1-4(2)在白紙上畫出一條直線aa作為界面 (線)，過 aa上的一點(diǎn) O 畫出界面的法線 NN，并畫一條線段AO 作為入射光線；(3)把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa對(duì)齊，畫出玻璃磚的另一邊 bb；(4)在直線 AO 上豎直插上兩枚大頭針 P1、P2，透過玻

7、璃磚觀察大頭針 P1、 P2 的像，調(diào)整視線方向直到 P2 的像擋住 P1 的象再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針 P3、P4，使 P3 擋住 P1、P2 的像， P4 擋住 P3 及 P1、 P2 的像，記下 P3、P4的位置；(5)移去大頭針和玻璃磚，過P3、 P4 所在處作直線 O B 與 bb交于 O，直線 OB 就代表了沿 AO 方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向；(6)連接 OO，入射角i AON，折射角r OON，用量角器量出入射角和折射角， 從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中；(7)用上述方法分別求出入射角分別為30、 45、 60時(shí)的折射角，查出

8、它們的正弦值，填入表格中3數(shù)據(jù)處理方法一：平均值法sin i求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè) sin r的平均值，即為玻璃磚的折射率圖 4-1-5方法二：圖象法在幾次改變?nèi)肷浣?、?duì)應(yīng)的入射角和折射角正弦值的基礎(chǔ)上，以sin i 值為橫坐標(biāo)、以 sin r 值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖4-1-5 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sin r11求解圖線斜率 k，則 k sin i n，故玻璃磚折射率n k.圖 4-1-6第 4頁(yè)方法三：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(zhǎng)為半徑畫圓，分別與 AO 交于 C 點(diǎn)，與 OE(或 OE 的延長(zhǎng)線 )交于 D 點(diǎn)，過 C、

9、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(zhǎng)，如圖 4-1-6 所示CCDD 由于 sin iCO ， sin r DO，而 CO DO，sin iCC所以折射率 n1sin rDD .3如圖 4-1-7 所示，關(guān)于“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)，回答以下問題圖 4-1-7(1)請(qǐng)證明圖中的入射光線和射出玻璃磚的光線是平行的(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，入射角大一些好還是小一些好？【解析】 (1)如圖所示，證明：n sin i1 sin r 2 而 r 1 i2sin r1 sin i 2所以 i1r2，所以入射光線平行于出射光線(2)大一些好這樣測(cè)量的誤差會(huì)小些，

10、可以減小實(shí)驗(yàn)誤差【答案】 見解析4在“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)中， 某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4 枚大頭針，如圖 4-1-8 甲所示(1)在圖 4-1-8 乙中畫出完整的光路圖；(2) 對(duì)你畫出的 光路 圖進(jìn)行測(cè) 量和計(jì)算 ，求得該玻 璃磚的折 射率 n _(保留 3 位有效數(shù)字 )；【解析】(1)分別連接玻璃磚兩側(cè)的大頭針?biāo)诘狞c(diǎn)，并延長(zhǎng)與玻璃磚邊分別相交，標(biāo)出傳播方向， 然后連接玻璃磚邊界的兩交點(diǎn)，即為光線在玻璃磚中傳播的方向光路如圖所示(2)設(shè)方格紙上正方形的邊長(zhǎng)為1，光線的入射角為i ，折射角為 r，則 sin i第 5頁(yè)5.32.25.3242 0.798，sin r2.223.620.5

11、21sin i0.798所以玻璃的折射率 n sin r0.521 1.53.【答案】(1)見解析 (2)1.53(說明： 0.03 范圍內(nèi)都可 )實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意的三點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且 P 和 P 之間， P 與 O 點(diǎn)之122間， P 與 P 之間， P 與 E 之間距離要稍大一些3432入射角 i 應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小3玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5 cm 以上若寬度太小，則測(cè)量誤差較大對(duì) 折 射 現(xiàn) 象 的 解 釋先填空 1水中的物體看起來比實(shí)際的要淺，這是因?yàn)樗恼凵渎蚀笥诳諝獾恼凵渎剩鈴乃猩淙肟諝鈺r(shí)，折射角大于入射

12、角2一束白光射入三棱鏡時(shí)會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象，這是因?yàn)椴煌伾墓庠谕唤橘|(zhì)中的傳播速度不同，折射率不同，其中紅光的傳播速度最大，折射率最小，經(jīng)三棱鏡后偏折程度最小， 紫光的傳播速度最小， 折射率最大， 經(jīng)三棱鏡后偏折程度最大平常我們所說的某介質(zhì)的折射率是指七種色光的平均折射率再判斷 1當(dāng)光從水中射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角()2不同顏色的光在同一種介質(zhì)中的折射率不同()3當(dāng)一束白光射入三棱鏡時(shí)， 紅光偏折程度最大， 紫光偏折程度最小 ()后思考 棱鏡對(duì)不同單色光的折射率相同嗎？對(duì)哪種單色光的折射率最大？【提示】不相同，對(duì)紫光的折射率最大第 6頁(yè)核心點(diǎn)擊 1同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，對(duì)紅光的

13、折射率最小，對(duì)紫光的折射率最大c2由 nv可知，各種色光在同一介質(zhì)中的光速不同，紅光速度最大，紫光速度最小c3同一頻率的色光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變，光速改變(vnf)，波長(zhǎng)亦隨之改變5如圖 4-1-9 所示，從點(diǎn)光源S 發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏的ab 間形成一條彩色光帶下面的說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào) ： 78510042】圖 4-1-9Aa 側(cè)是紅光， b 側(cè)是紫光B在真空中 a 側(cè)光的波長(zhǎng)小于b 側(cè)光的波長(zhǎng)C三棱鏡對(duì) a 側(cè)光的折射率大于對(duì)b 側(cè)光的折射率D在三棱鏡中 a 側(cè)光的速率比 b 側(cè)光小E在三棱鏡中 a、b 兩側(cè)

14、光的速率相同【解析】由題圖可以看出， a 側(cè)光偏折得較厲害，三棱鏡對(duì)a 側(cè)光的折射率較大所以 a 側(cè)光是紫光，波長(zhǎng)較短，b 側(cè)光是紅光，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，因此A 錯(cuò)，cB、C 正確；又 vn，所以三棱鏡中 a 側(cè)光的傳播速率小于b 側(cè)光的傳播速率，D 正確， E 錯(cuò)誤【答案】BCD6如圖 4-1-10 所示，有一截面是直角三角形的棱鏡ABC， A30，它對(duì)紅光的折射率為n1，對(duì)紫光的折射率為n2，在距 AC 邊 d 處有一與 AC 平行的光屏，現(xiàn)有由以上兩種色光組成的很細(xì)的光束垂直AB 邊射入棱鏡紅光和紫光在棱鏡中的傳播速度之比為多少？第 7頁(yè)若兩種色光都能從AC 面射出，求在光屏 MN 上兩光點(diǎn)的距離圖 4-1-10【解析】v 紅cc，v 紫n2n1所以 v紅n2v紫n1畫出兩種色