第一節(jié)光的折射定律

第一節(jié)

光的折射定律

(第一課時(shí)）高中物理選修3-4第四章——光的折射與全反射4/6/2023zhoulu海市蜃樓怎樣形成的？光的折射這是什么現(xiàn)象？4/6/2023zhouluA.折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi).B.折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè).C.當(dāng)光從空氣斜射入水或玻璃時(shí)，折射角小于入射角，當(dāng)光從水或玻璃斜射入空氣時(shí)，折射角大于入射角。光的折射有什么規(guī)律？ir空氣玻璃NN'AOB4/6/2023zhoulu關(guān)于光的折射，究竟有什么樣的定量規(guī)律？4/6/2023zhoulu1.做出重要貢獻(xiàn)的人：托勒密開(kāi)普勒斯涅爾笛卡爾費(fèi)馬2.研究?jī)?nèi)容：傳播方向規(guī)律傳播速度規(guī)律

能量分配規(guī)律折射定律的探索4/6/2023zhoulu3.在研究傳播方向與速度方面的成就（1）托勒密（古希臘公元140年）

A.折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)

B.折射光線和入射光線分居在法

線的兩側(cè)

C.折射角正比于入射角（托勒密的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄非常詳細(xì)、準(zhǔn)確，只可惜欠缺數(shù)學(xué)眼光，致使結(jié)論的總結(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤）折射定律的探索4/6/2023zhoulu經(jīng)過(guò)精確測(cè)量得出的光線從空氣射入玻璃時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)探究入射角i(°)折射角r(°)i/r106.71.492013.31.503019.61.534025.21.595030.71.636035.11.717038.61.818040.61.974/6/2023zhoulu（2）開(kāi)普勒（德國(guó)1611年）在《折光學(xué)》一書(shū)中闡述了他對(duì)大氣折射研究的成果；開(kāi)普勒根據(jù)他自己總結(jié)的折射原理制成了開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡，最早地開(kāi)辟了光的折射在應(yīng)用領(lǐng)域的先河。（開(kāi)普勒的具體“規(guī)律”若何，記載不詳）折射定律的探索4/6/2023zhoulu（3）斯涅爾（荷蘭1622年）

A.折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi).B.折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè).C.入射角的正弦跟折射角的正弦成正比折射定律的探索4/6/2023zhoulu經(jīng)過(guò)精確測(cè)量得出的光線從空氣射入玻璃時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)探究入射角i(°)折射角r(°)i/rsini/sinr106.71.491.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.711.517038.61.811.508040.61.971.514/6/2023zhoulu探究折射角與入射角的關(guān)系1.組裝實(shí)驗(yàn)裝置，使光垂直于半圓形玻璃的平面入射，并且經(jīng)過(guò)圓心。此時(shí)入射光線與法線重合。2.改變?nèi)肷浣?，觀察入射光線，折射光線和法線的位置關(guān)系，記錄入射角和反射角。3.不斷改變?nèi)肷浣牵涗浫肷浣呛驼凵浣?，并將相?yīng)的角度值填入表格中實(shí)驗(yàn)探究4/6/2023zhoulu從實(shí)驗(yàn)可以看出（1）在小角度情形下托勒密結(jié)論的“正確性”（2）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，斯涅爾定律的廣泛正確性。實(shí)驗(yàn)探究4/6/2023zhoulu光的折射定律（1）折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)（2）折射光線，入射光線在法線兩側(cè)．（3）入射角的正弦跟折射角的正弦成正比

在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的。折射定律4/6/2023zhoulu斯涅爾的折射定律中出現(xiàn)了一個(gè)比例系數(shù)n，用不同的介質(zhì)做實(shí)驗(yàn)，這個(gè)常數(shù)不同，說(shuō)明常數(shù)n是與介質(zhì)有關(guān)的物理量。下面是幾個(gè)折射情形的n值空氣到玻璃——1.50

空氣到水——1.33

水到玻璃——1.13折射率4/6/2023zhoulu為了探討這個(gè)常數(shù)的規(guī)律，人們先將一種介質(zhì)定下來(lái)，那么，n就只和另一種介質(zhì)相關(guān)了。譬如，我們將入射空間的介質(zhì)定下來(lái)，而且規(guī)定為一種最為簡(jiǎn)單的介質(zhì)——真空，那么

1.折射率：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的正弦的比值n，叫做這種介質(zhì)的折射率。折射率4/6/2023zhoulu

從折射定律不難得出，真空自身作為一種介質(zhì)，它的折射率為多少每種透明介質(zhì)的折射率都有一個(gè)固定值，下表展示了幾種常見(jiàn)介質(zhì)的折射率折射率幾種介質(zhì)的折射率金剛石2.42巖鹽1.55二硫化碳1.63酒精1.36玻璃1.5~1.9水1.33水晶1.55空氣1.00028（為1）4/6/2023zhoulu從表中可以看出，空氣的折射率非常接近1，所以，我們常常將空氣介質(zhì)近似看成真空。折射定律可以得出，對(duì)于相同入射角i，n越大時(shí)，折射角r會(huì)怎樣？對(duì)應(yīng)光的偏折量大，還是??？

n大，光線偏折越厲害。所以——折射率4/6/2023zhoulu2.物理意義：折射率n是表明材料對(duì)光線偏折能力大小的物理量。光發(fā)生折射，是由于光在不同介質(zhì)中傳播速度不同引起的。光在介質(zhì)中的傳播速度v和真空中的光速c、材料折射率n之間有以下關(guān)系3.光的傳播速度和折射率的關(guān)系：v=

則折射率4/6/2023zhoulu鑒于真空之外的任何介質(zhì)的折射率都大于1，所以，光在真空之外任何介質(zhì)中的傳播速度都小于c。而且，從上式不難發(fā)現(xiàn)，光在介質(zhì)中的速度規(guī)律與光的入射方向并沒(méi)有什么關(guān)系，這和方向規(guī)律是略有不同的（折射定律中規(guī)定“斜射”，這里就沒(méi)有必要了）。折射率4/6/2023zhoulu折射率由于反映了界面兩邊的兩種不同介質(zhì)中的光速比，所以對(duì)于不同的介質(zhì)，折射率不一樣。我們把真空中光速與介質(zhì)中光速的比叫做介質(zhì)的絕對(duì)折射率，而把兩種不同介質(zhì)中的光速之比叫做相對(duì)折射率。折射率波的折射定律表達(dá)為

4/6/2023zhoulu光由介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2，這時(shí)的折射率叫做介質(zhì)2對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率，通常用n21表示。此時(shí)折射率

4.折射率的定義式為量度式．折射率無(wú)單位，任何介質(zhì)的絕對(duì)折射率不能小于1，記住水的折射率約為4/3；4/6/2023zhoulu了解了光的折射的方向規(guī)律和速度規(guī)律，下面做一個(gè)應(yīng)用——例1：光在某介質(zhì)中的傳播速度是2.12×108m/s，當(dāng)光線以30°入射角，由該介質(zhì)射入空氣時(shí)，折射角為多少？應(yīng)用4/6/2023zhoulu解：由介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系得 又根據(jù)介質(zhì)折射率的定義式得則

代入數(shù)據(jù)解得：r=45°應(yīng)用4/6/2023zhoulu例2：光線從空氣射入甲介質(zhì)中時(shí)，入射角i=45°，折射角r=30°，光線從空氣中射入乙介質(zhì)中時(shí)，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．應(yīng)用4/6/2023zhoulu解：設(shè)光在甲介質(zhì)中傳播的速度為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：應(yīng)用4/6/2023zhoulu根據(jù)折射率與光速的關(guān)系得：應(yīng)用4/6/2023zhoulu（1）已知水的折射率為4/3，某種玻璃的折射率是3/2，則光在水中和在這種玻璃中傳播的速度之比是多少？（2）光線由空氣射入某種介質(zhì)，折射光線與反射光線恰好垂直，已知入射角是53°，則這種介質(zhì)可能是什么？練習(xí)9∶8．水4/6/2023zhoulu1．在光的折射現(xiàn)象中，折射角隨著入射角的變化而變化，而兩