4.1 光的折射 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.1 光的折射 学习目标 1、掌握折射定律，能光的折射定律解决相关问题。 2、理解介质的折射率与光速的关系。 3、经历根据实验原理设计测量玻璃的折射率的过程。 4、体会计算法、数据拟合、单位圆法在处理数据时的应用。 导入 思考： 钓鱼湾 唐·储光羲 垂钓绿湾春，春深杏花乱。 潭清疑水浅，荷动知鱼散。 日暮待情人，维舟绿杨岸。 这句话包含了什么物理现象？ 内容讲解 一、折射定律 折射定律 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；（共面，异侧） 入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即 一、折射定律 折射率 一般说来，对不同的介质来说，这个常数n12是不同的。 把真空的折射率确定为1。 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦值与折射角θ2的正弦值之比n，叫作这种介质的折射率。即 一、折射定律 折射率 由于空气的折射率与真空的折射率相差很小，一般情况下，可以把光从空气射入某种介质时入射角的正弦值与折射角的正弦值之比当作是这种介质的折射率。 不同介质的折射率不同，是由光在不同的介质中的传播速度不同引起的，折射率n与光在此介质中的传播速度v的关系为 。 因为c>v，故n>1。 二、测定玻璃的折射率 实验原理与设计 器材：玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、直尺、铅笔。 用插针法确定入射光线和折射光线。画出法线测出入射角θ1和折射角θ2，则n＝sinθ1 /sinθ2。 二、测定玻璃的折射率 实验步骤 如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。 在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，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。 把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′。 在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，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。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。 移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 连接OO′，入射角θ1=∠AON，折射角θ2=∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角。 用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角。 二、测定玻璃的折射率 二、测定玻璃的折射率 数据处理 图像法：sinθ1-sinθ2图像，斜率为折射率。 计算法：出不同入射角时的sinθ1 /sinθ2，并取平均值。 例题分析 三、例题分析 例1 如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8)。已知水的折射率为4/3。 (1)求桅杆到P点的水平距离； (2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。 三、例题分析 (1)求桅杆到P点的水平距离； 解：(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有 由折射定律 sin 53°＝nsin θ 设桅杆到P点的水平距离为x，则 x＝x1＋x2 (1) 联立(1)(2)(3)(4)式并代入题给数据得 x=7 m (4) (2) (3) 三、例题分析 (2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。 解：(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′，由折射定律有 sin i′＝nsin 45° (5) 设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′，到P点的水平距离为x2′，则 x1′＋x2′＝x′＋x (6) (8) 联立(5)(6)(7)(8)式并代入题给数据得 x´=5.5 m 三、例题分析 例1 某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。 (1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。 A．选用两光学表面间距大的玻璃砖 B．选用两光学表面平行的玻璃砖 C．选用粗的大头针完成实验 D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些 五、例题分析 例1 某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。 (2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线