第二節(jié) 光的折射

第二節(jié)光的折射教學(xué)要求:1、折射定律；2、絕對(duì)折射率和相對(duì)折射率；3、反射與折射的能量分配重點(diǎn)和難點(diǎn):1、對(duì)折射定律的理解；2、對(duì)絕對(duì)折射率和相對(duì)折射率的理解；3、用折射定律和能量關(guān)系分析相關(guān)光學(xué)現(xiàn)象。教學(xué)用具:平面鏡、透明玻璃、蠟燭等。教學(xué)過(guò)程:一、光的折射1、 定義:光由一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)或在同一種不均勻媒質(zhì)中傳播時(shí)，方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象叫做光的折射。BC2、 圖示:如圖1所示,A0為入射光線,0為入射點(diǎn),0B為反射光線，0C為折射光線.BC1） 、入射角：入射光線與法線間的夾角i叫做入射角?媒盾［2） 、折射角：折射光線與法線間的夾角R叫做折射角3、 折射定律：內(nèi)容:折射光線位于入射光線與法線所決定的平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè).數(shù)學(xué)表達(dá)式：入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即n二內(nèi)容:折射光線位于入射光線與法線所決定的平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè).數(shù)學(xué)表達(dá)式：入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即n二訃.sinr12）、圖這就是光的折射定律,也稱斯涅爾定律.1621年,斯涅爾用余割函數(shù)的形式精確地表示出了折射定律。1630年,笛卡爾將它改為現(xiàn)在的正弦函數(shù)形式。二、相對(duì)折射率與絕對(duì)折射率1、 相對(duì)折射率：光從一種媒質(zhì)斜射入第二種媒質(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，對(duì)于給定的兩種媒質(zhì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)常數(shù)，用n21表示，n=。常數(shù)n稱為第二種媒質(zhì)對(duì)第一種媒質(zhì)的相對(duì)折射率。21sinr 212、 絕對(duì)折射率：任意一種媒質(zhì)對(duì)真空的相對(duì)折射率稱為這種媒質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱這種媒質(zhì)的折射率，用n表示.通常說(shuō)某種媒質(zhì)的折射率即是指它的絕對(duì)折射率，也就是它對(duì)真空的相對(duì)折射率.3、 相對(duì)折射率與絕對(duì)折射率的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)表明：第二種媒質(zhì)對(duì)第一種媒質(zhì)的相對(duì)折射率等于光在第一種媒質(zhì)中的傳播速度V與光在第二種媒質(zhì)中的傳播速度V之比，即n=Vr?1 2 21V由此可得某種媒質(zhì)的折射率n二c，C為真空中的光速。進(jìn)而可得:Vn=-v1-€/-c-右，即第二種媒質(zhì)對(duì)第一種媒質(zhì)的相對(duì)折射率等于第二種媒質(zhì)2的絕1對(duì)折2率1與第一種媒質(zhì)的絕對(duì)折射率之比。光在任何媒質(zhì)中的速度都小于光在真空中的速度，即VVC,所以任何媒質(zhì)的折射率n=C都大于1。V光在空氣中的速度與光在真空中的速度相差很小，故空氣的折射率n二cu1。若把真空也看作一V種媒質(zhì)，則真空的折射率為n二1。三、反射和折射中的能量一般來(lái)說(shuō)，光傳播到兩種媒質(zhì)分界時(shí)，既要發(fā)生反射，同時(shí)又要發(fā)生折射。若忽略被物質(zhì)吸收能量，則反射光與折射光的能量之和等于入射光的總能量，即：E+E=E。光線的反入射折角不同入，反射光與折射光的能量分配也不同。在入射很小時(shí)，折射光能量較大，反射光能量較小。折射光的能量隨入射角的增大而減?。环瓷涔獾哪芰侩S入射角的增大而增大。以光由空氣入射到玻璃界面為例，說(shuō)明反射光與折射光能量分配關(guān)系與入射角的關(guān)系：入射角00100200300400500600700800890900反射光能量(%0)4.74.74.74.95.36.69.8183991100折射光能量(%)95.295.395.395.194.793.490.2826190從上可以看出：當(dāng)入射角iV85o時(shí)，折射光能量E>反射光能量E；折反當(dāng)入射角i>85°時(shí)，折射光能量EV反射光能量E。折反四、 光路的可逆性在光的反射和折射現(xiàn)象中，光路都是可逆的。當(dāng)光由空氣進(jìn)入玻璃，發(fā)生折射現(xiàn)象時(shí)，如圖1中光路反向，有：卄sinr=n>1，故i>r。即當(dāng)光由真空或空氣進(jìn)入其它媒質(zhì)時(shí)，入射角大于折射率。當(dāng)一束光沿CO入射時(shí)，其中一部分光將沿AO折射。所以光從某種媒質(zhì)射入真空或空氣時(shí)，折射角大于入射角。五、 視深和視高1、視深公式:如圖2所示，一個(gè)物點(diǎn)位于折射率為n的媒質(zhì)中h深處，當(dāng)在媒質(zhì)界0

面正上方觀察時(shí)，物體的視深為：h=噲。n圖2略證：根據(jù)光路可逆和折射定律：n=卄sinr圖2一般瞳孔的線度d=2~3毫米，因此i和r都非常小，J則siniutgi=寸，sinr?tgr= 故有n=sini=hrh h0 sinrh可見(jiàn)：視深比實(shí)深小。2、視高公式:如果從折射率為n的媒質(zhì)中，觀察正上方距液面=h=hQ.—sinisinr-etrh0高為h=h=hQ.—sinisinr-etrh0i、r很小，故近似有：siniJtgi二sinrutgr二寸h可見(jiàn)：視高比實(shí)高大。3、視深與視高公式的應(yīng)用：利用視深與視高公式，不僅可以極為簡(jiǎn)捷地測(cè)定媒質(zhì)的折射率，而且還可以很方便地分析和解決與視深和視高有關(guān)的各種問(wèn)題。例：如圖4所示，緊貼矩形玻璃磚右端插一顆大頭針，在距左端l=3厘米的O處觀察大頭針D的像D'。若測(cè)出像距右端l=4厘米，玻璃磚厚度2解析：根據(jù)視深公式h=打。