光學(xué) 折射率 光的折射定律

1、第1課時折射率光的折射定律一、教學(xué)目標(biāo)在物理知識方面的要求.（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 用儀器探測是有差別的，我們應(yīng)用科學(xué)的態(tài)度看待用儀器探測的結(jié)果.會用折射定律解釋簡單的現(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

2、質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，由介質(zhì)來決定.難點(diǎn)是光的折射定律和折射率的應(yīng)用.通過問題的分析解決加深對折射率概念的理解，學(xué)會解決問題的方法.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.2.直尺，計(jì)算器.四、主要教學(xué)過程（一）引入新課我們在初中已學(xué)過光的折射規(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，折射角小于入射角；當(dāng)光從水或玻璃斜射入空氣中時，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)過程設(shè)計(jì)演示：將光的激光演示儀接通電源，暫不打開開

3、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 放入對應(yīng)的位置.打開開關(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%我們可以

4、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1500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)；折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；折射角正比于入射角.德國物理學(xué)家開普勒也做了研究.（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.將一組測量數(shù)據(jù)抄寫在黑板上讓學(xué)生進(jìn)行計(jì)算（用計(jì)算器），光線從空氣射入某種玻璃.入射角折射角i/rsini/sinri（ ）r（ ）106.71.51.492013.301.51.493019.631.51.494

5、025.291.51.515030.731.61.506035.171.61.517038.611.81.508040.61.91.517通過分析表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：sini入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.如果用n來表示這個比例常數(shù)，就有smr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的折射光線到界面上，折射光線就逆著原來的入射光線射出，這就是說，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)折射率n.光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)n，但是對不同的介質(zhì)來說，這個 常數(shù)n是不同的.這個常數(shù)n跟介質(zhì)有關(guān)系，是一個反映介質(zhì)

6、的光學(xué)性質(zhì)的物理量，我們把它叫做介質(zhì)的折射率.定義式：n =.sinri是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)時的折射率，叫做該種介質(zhì)的絕對折射率，也簡稱為某 種介質(zhì)的折射率.相對折射率在高中不作要求.又因?yàn)榭諝獾慕^對折射率為1.00028,在近似計(jì)算中認(rèn)為空氣和真空相同， 故有時光從空氣射入某種介質(zhì)時的折射率當(dāng)作絕對折射率進(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?，玻璃的折射率一般為1.50可與做介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系.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

7、中的速度:跟光在這 種介質(zhì)中的速度之比.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，折射角為多少?解：由介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系得又根據(jù)介質(zhì)折射率的定義式得r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 = sin 13.00X 1081=X - = 0.7072.122X 1082所以r=45.例2光線從空氣射入甲介質(zhì)中時，入射角i=45，折射角r=30，光線從空氣中射入乙介質(zhì)中時，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

8、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：根據(jù)折射率與光速的關(guān)系得:例3光線從空氣的介質(zhì)中，反射光線陪垂直于折射光線，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8相等i=p，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8與折射角r互余，即8 +r=90，0i+r=90.又根據(jù)折射率的定義式：sin i sin i sm i n=?=S1n(90 -0 = 7 = tani- 盆反所以i=60.練習(xí)：己知水的折射率是某神玻璃的折射率是號 則光在水中和在這種玻璃中傳播的速度之比是多少？ 9 : 8.光線由空氣射入某種介質(zhì)，折射光線與反射光線恰

9、好垂直，已知入射角是53，則這種介質(zhì)可能是什么？水.一束寬度為10 cm的平行光束，以60的入射角從空氣射入折射率為.療的介質(zhì)中，界面光渭平整，求反射光束和折射光束的寬度.1臨，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.（另外兩個規(guī)律是：光的直線傳播規(guī)律，光的反射定律）是研究幾 何光學(xué)的重要法寶.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， 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)在一定條件下有一個確切的 折射率，不同種類的介質(zhì)在相同的條件下，一般具有不同的折射率.例如：玻璃的折射率是