4.1 光的折射（1）折射定律 折射率 课件-2022-2023学年高二上学期物理沪科版（2020）选择性必修第一册

LOGO 第四章 光 第一节 光的折射 选修系列 分头行动 景物和枯枝的光分别在水面发生反射和折射后 同时进入眼睛产生的视觉效果 前文回顾 反射光线 介质 1（空气） N 入射光线 介质 2（水） 折射光线 O N ' 光在两种介质表面的反射与折射 A B C 法线 入射角 折射角 反射角 光线演示 请点击超链接 折射现象中光路是可逆的 下面我们通过实验研究光从空气斜射入水中时，入射角与折射角之间的定量关系。 入射角和折射角之间有什么定量关系？ 一、光的折射定律（斯涅耳定律） 为什么采取要画有方格的圆盘读取OC、OD、AC、BD的长度，而不采用量角尺直接测量？ 在水中观测误差较大，操作不便。在半径固定的情况下，通过对直角边的测量，可以方便的算出有关入射角 θ1、折射角 θ2 的各种信息（三角函数） 一、光的折射定律（斯涅耳定律） 实验序号 OC OD AC BD 1         2         3         4         一、光的折射定律（斯涅耳定律） 斯涅耳在分析了大量数据后，总结出光的折射定律（又称斯涅耳定律） 当光从介质 1 射入介质 2 时，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的两侧（初中内容）； 入射角 θ1 的正弦与折射角 θ2 的正弦之比为一常数（高中内容） ，即 当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，光传播的速度发生变化。 垂直入射到另一介质，属于折射吗？ 折射现象中光路是可逆的 二、折射率 研究表明，常数 C 与光在介质中的速度有关， 当光从真空斜射入某种介质时，把常数 C，称为这种介质的折射率，用符号 n 表示 光是电磁波，传输不需要介质，所有光在真空中传播速度均为3.0×108m/s 真空入射角度 介质折射角度 光在真空中的速度为 c，在介质中的速度为 v，折射率也可表示为 真空光速 介质光速 定义式，与角度无关 决定式，与介质光速成反比 二、折射率 介质 折射率 介质 折射率 合成碳硅石 2.65 水晶 1.54 金刚石 2.42 酒精 1.36 二硫化碳 1.63 水* 1.33 玻璃 1.2~1.8 空气* 1.000 28 几种介质的折射率 光疏介质: 把折射率相对较小的介质 光密介质: 把折射率相对较大的介质 说明：对于真空折射率等于1，空气约等于1，在精确度要求不高的情况下空气当真空处理，任何介质的折射率均大于1 二、折射率 折射率和介质密度没有必然关系 波粒二象性 选必三内容 不同的光在同一种介质中的折射率不同（不要求） 散射演示 请点击超链接 区别于光的色散（丁达尔显现） 二、折射率 电磁波谱 从红光→紫光，折射率 n 变大 从红光→紫光，频率 f 变大 从红光←紫光，波长 λ 变大 从红光←紫光，单光子能量 ε 变大* 二、折射率 折射率无单位（无量纲，有含义） 折射率n越大，光线偏折越大 光线演示 请点击超链接 （空气） N （酒精） O N ' A B C 结论：光向密度大的介质的法线偏折 （空气） N （水） O N ' A B C 二、折射率（拓展） 当光从折射率为 n1 的介质以入射角 θ1 入射到折射率为 n2 的介质时，折射角为 θ2 折射定律可以表示为 适用于任何情况 折射率决定了光从真空斜射入介质时的偏折程度，反映了介质的光学性质。 （高中阶段可以暂时理解为阻碍光速） （空气） N O N ' A B C n1 n2 θ1 θ2 二、折射率 日落时观察到椭圆状的太阳 观察落日的示意图 分层空气折射模型 连续空气折射模型 O θ 二、折射率 示例1　一束光从空气斜射入某介质，入射光线与反射光线的夹角为90°，折射光线与入射光线延长线的夹角 θ 为 15°，该介质的折射率和光在该介质中传播的速度分别为多少？ 入射角余弦值 入射角余弦值 折射率 折射率 二、折射率 示例2 一束光线射到一个玻璃球上，如图所示。光线进入该玻璃球时入射角的正弦与折射角的正弦之比是 ，光线的入射角是60°。求该束光线射入玻璃球后的光路图，不考虑光的反射。 60° 光线进入圆形介质，需要画出交点所在的切线和半径。 30° 30° 60° 二、折射率 示例3 一束光从空气斜射入某介质，已知介质的折射率为1.33，当入射角θ为多大时，反射光线和折射光线垂直？ （空气） N （水） O N ' A B C 设入射角为 θ，则∠NOB 则∠BOC = 90° 则∠CON' = 90°- θ 因为 课堂作业 光通过不同的介质时的速度满足以下关系 入射角 θ1 的正弦与折射角 θ2 的正弦之比为一常数 折射定律（斯涅耳定律） 作业