4.5 光的折射-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-4）

4.5　光的折射 [学习目标] 1.理解光的折射定律，会用折射定律解释相关现象和计算有关问题.2.理解折射率的定义及其与光速的关系.3.了解折射中的色散，认识对同一介质、不同颜色的光折射率不同.4.会测定玻璃的折射率． 1．光的折射定律 (1)内容：当光从一种介质进入另一种介质时，在界面上光的传播方向发生了明显的改变，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，这就是光的折射定律． (2)公式：＝n. 2．折射率反映介质使光偏折的性质．某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝. 3．同一种介质对不同频率的光发生折射时，折射率是不同的，折射率是随着光的频率的增大而增大的． 4．色散：当一束白光以某个角度入射介质时，由于各种色光的折射角不同，各种色光就分开了，这种现象叫光的色散． 5．测定材料的折射率的原理是折射定律，用插针法描绘光路. 一、探究光的折射定律 [导学探究] 1．皎洁的月光下，在清澈的湖面上我们能通过水面看到月亮的倒影．同时，月光能够照亮水中的鱼和草，这说明光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光返回到空气中，那么这两部分光的去向遵从什么规律呢？ 答案　折射定律和反射定律 2．光的折射是因为光波在界面两侧不同介质中有不同的传播速度，你能用惠更斯原理得到折射定律吗？ 答案　设光波在两种介质中的传播速度为v1、v2且v1>v2，用惠更斯作图法作出当波面AB到达介面C时，介质Ⅱ中从A点发出的子波所在的包络面CD，由作图可知BC＝v1Δt，AD＝v2Δt，由几何关系知sin i＝，sin r＝，所以＝＝. [知识深化][来源:Z§xx§k.Com] 1．折射定律(如图1所示) 图1 折射光线与入射光线和法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n.[来源:Zxxk.Com] 2．在折射现象中光路是可逆的，即如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射． 3．折射率 (1)定义式：n＝. (2)决定式：n＝，由此可知，任何介质的折射率n都大于1. (3)理解：①折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的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各种介质的折射率是不同的．[来源:Z,xx,k.Com] 例1　(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2所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是(　　) 图2 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 答案　AC 解析　由公式n＝，可得折射率na<nb，C正确，D错误．由v＝，na<nb知va>vb，A正确，B错误． 二、折射中的色散 [导学探究]　拿一块破碎的玻璃，迎着阳光看去，会发现玻璃的边缘出现彩色条纹，这又是什么原因？ 答案　光在折射时发生了色散． [知识深化] 图3表示白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，这说明： 图3 (1)透明物质对于波长λ不同的光的折射率n不同，λ越小，n越大． (2)在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢． 三、测定玻璃的折射率 实验原理 如图4所示，当光线AO以一定入射角i穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，量出折射角r，再根据n＝算出玻璃的折射率． 图4 实验器材 一块长方形的玻璃砖、白纸、木板、大头针(4枚)、量角器(或圆规、三角板)、刻度尺、激光笔、铅笔等． 实验步骤[来源:Z&xx&k.Com] 1．把白纸铺在木板上． 2．在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线． 3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃的另一边bb′.[来源:学&科&网] 4．在直线AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2. 5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像．再在bb′一侧插上大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3本身．(若有激光笔，可用激光笔沿P1、P2方向入射一束激光，从另一边射出来的激光束上插上两枚大头针P3、P4)． 6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线