光的折射定律、折射率

光的折射定律、折射率北京四中年級:高三科目：物理期數(shù):0104編稿老師:曹樹元 審稿老師:曹樹元 錄入：申容［本周教學內容］:光的折射定律.折射率：（一）在兩種介質的分界面上入射光線.反射光線.折射光線的能量分配.近法線折射光中可逆f遠法線折射（二）經歷了1500年才得到完善的定律.歷史發(fā)展:公元二世紀古希臘天文學家托勒密（100-170）通過實驗得到:(1)三線共面(2)法線居中(3)ri德國物理學家開普勒也做了研究.光從空氣進入某種玻璃的入射角折射角間的實驗結果:空氣入射角i(o)玻璃折射角r(o)i/rsini/sinr106.71.501.491213.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.671.517038.61.811.508040.61.971.51折射定律:最終由荷蘭科學家斯涅耳（1580-1626年）發(fā)現(xiàn)（1621年）.二常數(shù)由介質決定（三）折射率n,描述物質的光學性質，決定于物質本身.物質的性質:密度，比熱，電阻率，介電常數(shù)，折射率.物體的性質:質量n真空=1,n空氣二1,n=（量度式）無單位,i一在真空氣中光線與法線的夾角，r一在介質中光線與法線的夾角.記?。簄水=1.33=，n玻璃二1.5二.（四） 介質的折射率與光速的關系（n的決定式）實驗研究表明:n=（c光在真空中的速度,v光在介質中的速度）誘導公式:n1v1=n2v2=n3v3=Cnsini1=n2sini2=nsini3（五） 光密媒質和光疏媒質?（相對性）玻璃.水.空氣的折射率關系為n玻璃_gt;n水_gt;n空氣.水對玻璃而言是光疏媒質，對空氣則是光密媒質.（六）測折射率的方法:插針法折射直進反射.折射全反射（一） 全反射現(xiàn)象：光全部反回到原介質中傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象.（二） 發(fā)生全反射的條件：光密媒質和光疏媒質對于兩種媒質來說，光在其中傳播速度較?。ù螅┑慕^對折射率較大（?。┑拿劫|叫光密（疏）媒質.臨界角C:折射角等于900時的入射角叫做臨界角.發(fā)生全反射的條件:（1）光從光密媒質進入光疏媒質.（2）入射角大于臨界角._入射角等于臨界角時也發(fā)生了全反射，但也有極弱的光向界面折射，通常不討論臨界情況，而發(fā)生全反射的條件寫為（i_gt;C）.棱鏡光具:通過其作用可以改變光線（的傳播方向或速度）的性質.棱鏡:用透明的材料制成的多面體，叫棱鏡（廣義）（一） 三棱鏡及其分類:主截面:過頂點垂直于底面的截面.定義:用透明材料制成的截面為三角形的棱鏡叫三棱鏡，簡稱棱鏡（狹義）.分類:等邊.等腰.等腰直角.（二） 三棱鏡對光線的作用：a為頂角；9為偏折（向）角；（不是折射角）AB.AC為側面,BC為底面光線通過棱鏡時，向底面偏折;偏折角0=(Z1-Z2)+(Z4-Z3)Z2+Z3=a0=Z1+Z4-a,若N1不變n/Z2/Z3/Z4/0/，偏折角與入射角，頂角和棱鏡材料的折射率有關.對同一個棱鏡，同一束光來說,n越大,偏折角越大.棱鏡成像：通過三棱鏡觀察物體時,其虛像(對實物來說)向頂角偏移.說明:(1)頂角和底面均相對于入射光線而言，如右圖,頂角為C.(2)現(xiàn)在討論的三棱鏡其材料的折射率是大于周圍空間材料的折射率.若用有機玻璃制成三棱空氣浸入水中形成的三棱鏡,上述討論的規(guī)律結論就都反了.全反射三棱鏡倒立的虛像平面鏡鍍水銀吸收10%的能量，而三棱鏡吸收的很少.（四） 復色光和單色光.色散單色光:一種顏色的光，單一頻率（小頻帶）復色光：由多種單色光組成.演示:光的色散，紅光偏折射角小，紫光偏折角大.色散:把復色分解為單色光叫光的色散.光譜:不同的光按規(guī)律排列而成的圖.分光鏡中主要元件是三棱鏡.（五） 為什么會產生色散？n水=1.33二為平均值，實際n紫_gt;n紅,v紫_lt;v紅."為決定式（不加說明時視為單色光不考慮色散）近處投影未發(fā)散開，不能得到光譜.在真空中，任何光的折射率和光速均相同，在其他介質中紫光的折射率大，光速小.［例題分析］:例1,光在某介質中的傳播速度是2.122_108m/s,當光線以300入射角，由該介質射入空氣時，折射角為.利用光路可逆，二n(1),n=(2).答案:450.例2.已知:光線從空氣射入甲媒質i=450,r=300,光線從空氣射入乙媒質i’=600,r’=300.求:v甲:v乙=.解:：n二，「?v二，.?,n甲二，n乙二,例3,一束寬度為10cm的平行光束，以600的入射角從空氣射入折射率為的媒質中,界面光滑平整，求反射光束和折射光束的寬度.解：O1D=10cm,O1O2=20cm,d=10cmd’=17.3m例4.已知水的折射率是1.33,(),某種玻璃的折射率是1.5,(),則光在水中和在這種玻璃中傳播的速度之比是..答案:9:8例5,光線由空氣射入某種介質，折射光線與反射光線恰好垂直.已知入射角是53o,則這種介質可能是.答案:水例6,如圖所示,三棱鏡的頂角A為600,入射光線與出射光線如圖所示，求玻璃的折射率.解:=n,=n,則a=B,(900-a)+(1800-3)+600=1800n=,a=B=300.答案:.例7,在折射率為n,厚度為d的玻璃平板上方的空氣中，有一點光源S,從S發(fā)出的光線SA以角度0入射到玻璃板上表面,經過玻璃板后從下表面射出，如圖所示，若沿此光線傳播的光從光源到玻璃板上表面的傳播時間與玻璃板中的傳播時間相等，點光源S到玻璃上表面的垂直距離h應是多少？解：(1),n=(2),=cos0(3), =cosr(4),=n(5),解得h=.例7,光線從空氣射入n=的介質中，反射光線恰垂于折射光線，則入射角約是解:作圖是解幾何光學題目的重要方法.由圖可知，i+r=900,=n,=n,tgi=,i=600.答案:600.例8,如圖，光從某角度射入，改變入射光線的方向可使光斑落于角點,水槽裝滿水,寬為d,高為h,測得光線的入射角i,貝Vn水=.sinr=.=n.答案:n水二例9,玻璃等邊三棱鏡n=1.5（對周圍來說指空氣）有兩條光線垂直入射.（如圖）畫光路圖.很少的反射光線.不畫.例10，畫出與全反射棱鏡底邊平行的入射光線AO通過棱鏡的光路圖.n二.出射光線平行于bc.例11,白光平行光束.例11,白光平行光束運用n二時，不考慮光的色散.n玻紫二，n紫_gt;n紅，v紫_lt;v紅.若玻璃體為等邊三棱鏡,入射光線應為平行光線.例12，光線通過棱鏡時，偏折角度0跟棱鏡材料的折射率有關，在下圖中光線對棱鏡的側面AB的入射角以及棱鏡的頂角A的大小保持不變，試定性地討論:棱鏡材料的折射率越大，偏折角充也越大.解:光線通過棱鏡發(fā)生偏折的角度為。，則0=(i1-r2)+(r1+i2)它表示光線通過棱鏡向底面偏折的角度等于光線分別在兩個側面發(fā)生的向底面偏折的角度之和，在AB側面,折射率n越大，從空氣進入棱鏡的光線向法線方向的偏折越大，即偏折角i1-r2越大;在AC側面,n越大從棱鏡射入空氣的光線遠離法線方向的偏折越大，即r2-i2越大，因此當入射角i1以及棱鏡的頂角A保持不變時,折射率n越大,偏折角度也越大.上圖中A=r1+i2,0=i1+r2-A,X=n,=n,sini1=nsinr1,sinr2=nsini2,.*.sinr2=nsini2=nsin(A-r1)=n(sinAcosr1-cosAsinr1)=sinA-ncosAsinr1=sinA-cosAsini1由此式可以明顯看出，當入射角i1和棱鏡頂角A保持不變時,折射率n越大,r2就越大,偏折角。=i1+r2-A也越大.例13,一束光線從空氣射入某媒質,入射光線與反射光線夾角為900,折射光線與入射光線延長線間夾角為150,求：該媒質的折射率n(2)光在該媒質中傳播的速度.(3)當光從媒質射入空氣時的臨界角.解：i=B=450,r=450-150=i-0=300,」.(1)n=二,n=,v==2.12_108m/s,sinC=,C=450.例4,水面游泳者看見正下方水中物,再前進3m,突然看不見了,n水二,求水深h二?.解：sinC二，C=48.7o,tgC=,h==?,h===2.6m.［本周鞏固練習］:如下左圖所示，為光由玻璃射入空氣中的光路圖.入射光線與直線CD的夾角為a,折射光線與直線CD的夾角為B,a_gt;B(a+B尹900,ND0B=900)，該玻璃的折射率n等于sina/sinBsinB/sinacosB/cosaD.cosa/cosB在空氣和某種介質的界面上，反射和折射現(xiàn)象同時存在,入射光線.反射光線和折射光線匯聚于0點，如上右圖所示,則這種介質的折射率可能是sin600/sin300(B)sin600/sin450(C)sin750/sin450(D)sin450/sin300已知水的折射率是1.33,水晶的折射率是1.55,玻璃的折射是1.90,下面說法正確的是()光以相同入射角自空氣射入上述三種媒質時,在水中的折射角最小，在玻璃中折射角最大光以相同入射角從這三種媒質射入空氣時，從水中射出的光線折射角最小光在水.水晶.玻璃中的傳播速度比為1.33:1.55:1.90光從玻璃射入水晶時，其折射角一定大于入射角一束平行光線在三種媒質界面上的反射與折射情況如圖所示，若光線在甲.乙.丙種媒質中傳播速度分別是v甲.v乙.v丙，那么，（）v甲_gt;v乙_gt;v丙B.v甲_lt;v乙_lt;v丙C.v甲—gt;vW_gt;v乙D.vW_gt;v^_gt;v乙一束光入射平行厚玻璃板，如圖所示，其中光路圖正確的是（）ABCD如下左圖所示，有一光投射到放在空氣中的平行玻璃磚的第I表面，下面說法中

可能的是()如果在第I界面上入射角大于臨界角，光將不會進入玻璃磚無論入射角多大，光都能從第I界面進入玻璃磚光進入第I界面后可能不從第II界面射出不論光從什么角度入射，都能從第II界面射出如圖表示的是光線經過半圓形的玻璃磚的路徑示意圖，指出哪些是可能的()ABCD甲.乙兩種單色光從玻璃進入空氣的臨界角分別是A甲和A乙,若已知A甲—gt;A乙,則兩種單色光在玻璃中傳播速度v甲與v乙的大小關系下列答案中正確的是()A.v甲_A.v甲_lt;v乙B.v甲=v乙C.v甲_gt;v乙 D.條件不足不能確定用折射率為1.5的玻璃制成的三棱鏡，截面為正三角形.一條光線從棱鏡的一個側面垂直入射，則從棱鏡中射出的光線應是圖中的（）光線aB.光線bC.光線cD.光線d井口面積為S,井中有水和無水時如圖井度的青蛙觀天的面積分別為S1和S2,則三者關系正確的應是（）A.S1_gt;S2=SB.S1_gt;S2_gt;SC.S1=S2=SD.S1_lt;S2=S一束光線從空氣中以入射角i射向玻璃（折射率n1=）如圖所示，其折射角為r,接著又由玻璃射向水（折射率n2=），現(xiàn)加大入射角