光的折射+高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修1

第四章光第一節(jié)光的折射課堂引入

射水魚在水中能準確射中水面上不遠處的小昆蟲。水中的魚看到小昆蟲在什么位置？是在昆蟲的上方還是下方？鉛筆折斷了嗎？海市蜃樓是怎么形成的？

光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分光會返回到第1種介質(zhì)，這個現(xiàn)象叫作光的反射；另一部分光會進入第2種介質(zhì)，這個現(xiàn)象叫作光的折射。光在反射時遵從反射定律，光在折射時遵從什么規(guī)律呢？光的反射和折射同時發(fā)生問題與思考界面入射光線反射光線法線入射角反射角1.光的反射：光照射到兩種介質(zhì)的界面上,一部分返回原來介質(zhì)的現(xiàn)象。（1）反射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)；（2）反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)：（3）反射角等于入射角.光路可逆一、光的反射2.光的反射定律：光的折射：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。二、光的折射θ1θ2空氣玻璃NN'AOB光的折射規(guī)律二、光的折射NN′空氣玻璃irOAB界面法線入射光線折射光線入射角折射角((反射光線1.折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)2.折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)3.當光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角4.當光從玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角5.當入射角增大時，折射角也隨著增大二、光的折射入射角與折射角有什么定量關(guān)系呢？入射角i10304050607080折射角r6.619.525.430.735.338.841.1i/r1.511.541.571.631.701.801.95sini/sinr1.511.501.501.501.501.501.50實驗結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比以光從空氣射入玻璃為例折射角和入射角的關(guān)系二、光的折射思考：如果將玻璃換成其它介質(zhì)，入射角和折射角的正弦之比是否具有相同的結(jié)論？sini/sinr1.511.501.501.501.501.501.501.50入射角i1020304050607080折射角r6.613.219.525.430.735.338.841.1玻璃水折射角r7.514.922.128.935.240.64547.8sini/sinr1.331.331.331.331.331.331.331.33金剛石折射角r4.18.111.915.418.52122.924sini/sinr2.422.432.422.422.412.422.412.42總結(jié)：光從一種介質(zhì)進入到另一種介質(zhì)時，總有入射角的正弦與折射角的正弦之比相等。二、光的折射斯涅耳1621年，荷蘭數(shù)學家斯涅耳在分析了大量實驗數(shù)據(jù)后，找到了兩者之間的關(guān)系，并把它總結(jié)為光的折射定律（refractionlaw）：二、光的折射

入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即:說明：（1）折射現(xiàn)象中光路是可逆的；（2）光的傳播方向:光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,傳播方向一般要發(fā)生變化。并非一定變化,當光垂直界面入射時,傳播方向就不發(fā)生變化。（3）光的傳播速度:光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,傳播速度一定發(fā)生變化,當光垂直界面入射時,光的傳播方向雖然不變,但也屬于折射,光傳播的速度發(fā)生變化。二、光的折射1.規(guī)律得出的過程:2.正確規(guī)律的得出往往要經(jīng)過曲折的過程，要經(jīng)過實踐的多次檢驗。古希臘哲學家托勒密的結(jié)論:折射角與入射角成正比托勒密的實驗數(shù)據(jù)記錄非常詳細、準確，只可惜欠缺數(shù)學眼光，致使結(jié)論的總結(jié)出現(xiàn)錯誤。而這個看來僅僅一步之遙的距離卻又使人類經(jīng)歷了一千五百多年的探索！科學足跡荷蘭數(shù)學家斯涅耳的結(jié)論:折射角與入射角的正弦成正比說明：（1）n的大小與θ1和θ2無關(guān)，與介質(zhì)和入射光的頻率有關(guān)，對于確定的介質(zhì)，n是定值，不能說n∝sinθ1或n∝1/sinθ2（2）折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率皆大于1。2.定義式:1.定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率。用符號n表示。（3）折射率反映介質(zhì)對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。三、折射率(4)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,折射角與入射角的大小關(guān)系不要一概而論,要視兩種介質(zhì)的折射率大小而定。(5)當光從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì)時,入射角大于折射角,當光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時,入射角小于折射角。三、折射率空氣對光的傳播影響很小，可以作為真空處理由于光的折射，水中物體的位置看起來比實際位置要高些。應(yīng)用1：漁民叉魚漁民怎樣才能叉到魚？四、生活中的折射現(xiàn)象高水看到的氣球在折射光線的反向延長線上.空氣應(yīng)用2：在水下看水面上的物體比實際位置高還是低？四、生活中的折射現(xiàn)象應(yīng)用3：鉛筆彎折之謎空氣水AA′界面四、生活中的折射現(xiàn)象應(yīng)用4：井中的青蛙看岸上的物體的位置偏向哪里？偏向上方井中的青蛙看井口的寬度是偏大還是偏?。科∷?、生活中的折射現(xiàn)象19SS′有大氣，看到太陽更早沒有大氣，將遲一些看到太陽四、生活中的折射現(xiàn)象應(yīng)用5：蒙氣差現(xiàn)象四、生活中的折射現(xiàn)象1．常規(guī)思路(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖．(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角均是與法線的夾角．(3)利用折射定律、折射率公式列式求解．解決光的折射問題的常規(guī)思路(1)視深是人眼看透明物質(zhì)內(nèi)部某物點時像點離界面的距離．在中學階段，一般都是沿著界面的法線方向去觀察，在計算時，由于入射角很小，折射角也很小，故有，這是在視深問題中經(jīng)常用到的關(guān)系式．(2)當沿豎直方向看水中物體時，“視深”是實際深度的倍，n是水的折射率．解決光的折射問題的視深問題2．視深問題課堂小結(jié)光的折射折射率光的折射：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即:光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率。用符號n表示?！镜淅?】如圖所示是光線以相同的入射角從空氣射入三種不同介質(zhì)時的折射情況，則在三種介質(zhì)中光的傳播速度最小的是（）A．介質(zhì)甲B．介質(zhì)乙C．介質(zhì)丙D．三種介質(zhì)均一樣【正確答案】C典例分析【典例2】光在某種玻璃中的傳播速度是，要使光由玻璃射入空氣時折射光線與反射光線成90°，則入射光線與反射光線的夾角成（）A．30°B．60°C．45°D．90°【正確答案】B典例分析【典例3】光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中,折射光線與反射光線恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108m/s)(1)畫出折射光路圖;(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度大小;(3)當入射角變?yōu)?5°時,折射角的正弦值是多大?(4)當入射角增大或減小時,玻璃的折射率是否變化?典例分析【解析】

(1)由題意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,光路圖如圖所示。(4)折射率不會變化,折射率由介質(zhì)和入射光線的頻率決定,跟入射角的大小無關(guān)?！镜淅?】如圖所示,一束激光垂直于AC面照射到等邊玻璃三棱鏡的AB面上。已知AB面的反射光線與折射光線的夾角為90°。光在真空中的傳播速度為c。求:(1)玻璃的折射率;(2)激光在玻璃中傳播的速度。典例分析【典例5】如圖所示,一小孩站在寬6m的河邊,在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3m的樹,樹的正下方河底有一塊石頭,小孩向河面看去,可同時看到樹頂和石頭兩者的像,并發(fā)現(xiàn)兩個像重合,若小孩的眼睛離河面高為1.5m,河水的折射率為,試估算河水深度。典例分析【答案】

5.3m【解析】樹頂反射和石頭折射成像的光路圖如圖所示

第四章光第一節(jié)光的折射實驗：測定玻璃的折射率

玻璃是一種透明介質(zhì)，光從空氣入射到玻璃的界面上會發(fā)生折射，如何把玻璃的折射率測出來？課堂引入二、實驗原理

用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應(yīng)的出射光線，用量角器測入射角θ1和折射角θ2，根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率實驗：測玻璃的折射率三、實驗器材長方形玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆。一、實驗?zāi)康臏y定玻璃的折射率。四、實驗步驟（1）鋪紙（將白紙用圖釘固定在木板上）；（2）在白紙上畫一條線a作為界面，過a上的一點O（作為入射點）畫法線NN′，并畫AO作為入射光線；（3）把玻璃磚放在白紙上，使它的一邊與a對齊（確保O為實際入射點），確定玻璃磚的另一界面a′（確保出射點準確）；實驗：測玻璃的折射率（4）在直線AO上豎直插大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線讓P2擋住P1的像。再在另一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3、P2、P1的像，記下P3、P4位置；實驗：測玻璃的折射率（5）移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線DC與a′交于O′（作為實際出射點），直線O′D代表沿AO方向的入射光通過玻璃磚后的傳播方向；（6）連接OO′，入射角

1=∠AON

，折射角

2＝∠N′OO′，用量角器量出入射角和折射角，求出對應(yīng)的正弦值，記錄在表格中；（7）用上述方法求出入射角分別為300、450、600時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中；（8）算出不同入射角時的入射角與折射角的正弦比值，最后求出幾次實驗的平均值為折射率.實驗：測玻璃的折射率測玻璃的折射率方法1——平均值法算出不同入射角時的比值，最后求出在幾次實驗中所測的平均值，即為玻璃磚的折射率。實驗：測玻璃的折射率方法2——圖象法

以sinθ1值為橫坐標、以sinθ2值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖所示。描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線。求解圖線斜率k，則，故玻璃磚折射率。五、數(shù)據(jù)處理

在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點、OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長，如圖所示。由于，且CO＝DO，所以折射率。實驗：測玻璃的折射率方法3——作圖法(1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O′點之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1應(yīng)適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面。更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。(4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。實驗：測玻璃的折射率

六、注意事項七、誤差分析(1)入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時，兩大頭針間距應(yīng)適當大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當大些，以減小測量的相對誤差。實驗：測玻璃的折射率【典例1】如圖所示，當光以一定的入射角透過一塊玻璃磚時，只要找出與入射光線AO相對應(yīng)的出射光線O′D，就能夠畫出光從空氣射入玻璃后的折射光線OO′，于是就能測量入射角θ1、折射角θ2。根據(jù)折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。怎樣確定與入射光線AO相對應(yīng)的折射光線OO'?把玻璃磚放在木板上，下面墊一張白紙，在紙上描出玻璃磚的兩個邊a和a'。然后，在玻璃磚的一側(cè)插兩個大頭針A、B，AB的延長線與直線a的交點就O。（1）眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚看兩個大頭針，使B把_______擋住。如果在眼睛這一側(cè)再插第三個大頭針C，使它把________擋住，插第四個大頭針D，使它把__________擋住，那么大頭針___________就確定了從玻璃磚射出的光線。（2）在白紙上描出光線的徑跡，測量θ1、θ2的角度，就能計算玻璃的折射率_____。典例分析典例分析（3）實驗中，應(yīng)該采取哪些措施以減小誤差?試寫出兩個。①_________________；②_________________?！镜淅?】（2022·江蘇江蘇·二模）某同學用“插針法”測量平行玻璃磚的折射率。如圖所示，直線與之間的距離等于玻璃磚的厚度，a、b、c、d為大頭針的位置，下列說法中正確的是（）A．該同學在插大頭針c時，只要使其擋住b的像即可B．入射角較大時光會在玻璃磚下表面可能發(fā)生全反射C．若實驗時玻璃磚向上平移微小距離，結(jié)果不受影響D．“插針法”實驗只能用來測量平行玻璃磚的折射率【答案】C典例分析【典例3】某同學用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率,實驗后留下的痕跡如圖所示,設(shè)AB的長度