第04章 第01讲 光的折射定律-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（教科版选修3-4）

第1讲　光的折射定律 [目标定位]　1.掌握光的反射及反射定律.2.掌握光的折射及折射定律.3.掌握介质的折射率的概念，了解介质的折射率与光速的关系.4.会依据光的反射定律和折射定律作出光路图． 一、光的反射和折射现象 当光射到两种介质的分界面时，一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象，叫做光的反射；另一部分光进入第二种介质继续传播的现象叫做光的折射． 二、光的折射定律 1．折射定律：入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数． 2．公式：＝n 想一想　光在两种介质的界面发生反射和折射现象时，反射光线、折射光线和入射光线的传播速度是否相同？ 答案　光在不同介质中的传播速度不同．反射光线和入射光线是在同一介质中，故它们两个的传播速度相同；折射光线和入射光线不在同一介质中，故它们两个的传播速度不同． 三、介质的折射率 1．把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦值与折射角r的正弦值的比值，叫做这种介质的折射率． n＝ 2．折射率与光速的关系：介质的折射率n，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比． n＝ 3．任何介质的折射率都大于1. 想一想　当光从水射入空气发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率，这种说法正确吗？为什么？ 答案　不正确．空气可以作为真空处理，根据折射率的定义可知光从空气射入水发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率. 一、对折射率的理解 1．折射率是一个反映介质的光学性质的物理量，其大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关． 2．应用n＝计算介质折射率时，注意i为真空中的光线与法线夹角，不一定为入射角；r为介质中光线与法线的夹角，也不一定为折射角． 例1　(多选)关于折射率，下列说法正确的是(　　) A．根据＝n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B．根据＝n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C．根据n＝可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比 D．同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比 解析　介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错；由于真空中的光速是个定值，故n与v成反比是正确的，选项C正确；由于v＝λf，当f一定时，v与λ成正比，又n与v成反比，故n与λ也成反比，选项D正确． 答案　CD 借题发挥　折射率n反映了介质的光学性质，它的大小只由介质本身和入射光的频率决定，与入射角和折射角的大小无关，切不可认为n与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比． 例2　(多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图1所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是(　　) 图1 A．在水中的传播速度，光束a比光束b大 B．在水中的传播速度，光束a比光束b小 C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小 D．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大 解析　由公式n＝，na<nb知va>vb，A正确，B错误．，可得折射率na<nb，C正确，D错误；由v＝ 答案　AC 二、光的折射定律的应用 解决光的折射问题的基本思路： 1．根据题意画出正确的光路图．[来源:Z#xx#k.Com] 2．利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角． 3．利用折射定律n＝列方程，结合数学三角函数的关系进行运算． 、折射率与光速的关系n＝ 例3　如图2所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d，当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B，当桶内油的深度等于桶高的一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距d.由此可得油的折射率n＝________；光在油中传播的速度v＝________m/s.(结果可用根式表示) 图2 解析　作出光路图如图所示．由题意知， sin α＝，＝＝，sin β＝ 故油的折射率n＝，＝ 光在油中传播的速度v＝×107 m/s.＝6 答案　×107 　6 借题发挥　在解决光的折射问题中正确画出光路图是前提，利用几何关系确定边、角关系是关键． 例4　Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图如图3所示．一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射．设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t. 图3 解析　设光在鳞片中的折射角为γ，由折射定律知， n＝ 在鳞片中传播的路程l1＝，传播时间t1＝，传播速度v＝ 解得t1＝， 同