4.1光的折射 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

nullnullnull 第四章 光 第1节 光的折射 目录 主题(二) 折射率 主题(三) 光的色散 主题(一) 光的传播 第1节 光的折射 主题(四) 生活中的折射 新课引入:光的本质是什么？ (一个揭开宇宙奥秘的问题) 新课引入:光的本质是什么？ (一个揭开宇宙奥秘的问题) 论战：若光能发生像机械波那样的衍射和干涉，则波动说成立。若仅从反射和折射看，则两种学说都有可能。 第一部分 光的传播 一、光的传播 1.光在同种均匀介质中直线、匀速传播 反射光线 水 入射光线 i 空气 2.光在不同均匀介质的界面， 法线 i/ 入射角 反射角 r 折射角 会发生反射和折射 折射光线 水 i 空气 法线 i/ r 折射角 折射光线 入射光线 反射光线 入射角 反射角 一、光的传播规律 1.光在同种均匀介质中直线、匀速传播 2.光在不同均匀介质的界面， 会发生反射和折射 折射光线 水 i 空气 法线 r/ r 折射角 入射光线 ②反射定律: 三线共面、居法两侧、两角相等 ③折射定律: 反射光线 反射角 入射角 ①光路可逆 一、光的传播规律 1.光在同种均匀介质中直线、匀速传播 2.光在不同均匀介质的界面， 会发生反射和折射 三线共面、居法两侧、 入射角i 10 30 40 50 60 70 80 折射角r 6.6 19.5 25.4 30.7 35.3 38.8 41.1 i / r 折射角和入射角的关系：以光从空气射入玻璃为例 空气 玻璃 i r 1.51 1.54 1.57 1.63 1.70 1.80 1.95 i /r2 0.229 0.079 0.062 0.053 0.048 0.046 0.047 人类经历了一千多年的时间，从积累的入射角i和折射角r的数据中寻求两者之间的定量关系。1621 年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了两者之间的定量关系。 =n（n为常数） 将玻璃换成其它介质，入射角和折射角的正弦之比具有相同的结论，并把它总结为光的折射定律(refraction law) sini/sinr 1.51 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 折射角和入射角的关系：以光从空气射入玻璃为例 入射角i 10 30 40 50 60 70 80 折射角r 6.6 19.5 25.4 30.7 35.3 38.8 41.1 i / r 1.51 1.54 1.57 1.63 1.70 1.80 1.95 空气 玻璃 i r sini/sinr 1.51 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 入射角i 10 20 30 40 50 60 70 80 折射角r 6.6 13.2 19.5 25.4 30.7 35.3 38.8 41.1 玻璃 水 折射角r 7.5 14.9 22.1 28.9 35.2 40.6 45 47.8 sini/sinr 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 金刚石 折射角r 4.1 8.1 11.9 15.4 18.5 21 22.9 24 sini/sinr 2.42 2.43 2.42 2.42 2.41 2.42 2.41 2.42 空气 空气 i r 思考：在都从空气射入的情况下，哪种材料对光的偏折更厉害？ 折射角和入射角的关系：光从空气射入各种介质 水 i 空气 法线 r ②反射定律: ③折射定律: ①光路可逆 一、光的传播 1.光在同种均匀介质中直线、匀速传播 2.光在不同均匀介质的界面， 会发生反射和折射 三线共面、居法两侧、 n 思考1：光的入射角与折射角的正弦为什么成正比呢？ 介质I 介质II 显然：tOA=tO/A/ θ1 θ2 A A/ B B/ O O/ 则：tAB=tA/B/ =Δt = θ1 θ2 xAB=AB/sinθ2 xA/B/=AB/sinθ1 =vΔt =n =vIIΔt 证明： 思考1：光的入射角与折射角的正弦为什么成正比呢？ C C/ 显然：tBC=tB/C/ (折射率) 第二部分 折射率 光从真空射入某种介质时，入射角i与折射角r的正弦值之比值。 注意:①n由材料决定，与i、r无关 1.定义： 二、折射率 n= 2.定义式： = 介质 i 真空 法线 r = = 介质 折射率 介质 折射率 金刚石 2.42 氯化钠 1.54 二硫化碳 1.63 酒精 1.36 玻璃 1.5-1.8 水 1.33 水晶 1.55 空气 1.00028 几种介质的折射率 光从真空射入某种介质时，入射角i与折射角r的正弦值之比值。 ②n值大于1，n空气约等于1 1.定义： ③速度大角度大，真空中的角度永远大于介质中的角度。 ④光在气、液、固中速度大小与机械波相反 二、折射率 2.定义式： 介质 i 真空 法线 r 注意:①n由材料决定，与i、r无关 n= = = 牛顿于1666年最先利用三棱镜观察到了这种现象。 i 思考2：牛顿的光的色散实验说明什么问题？ 第三部分 光的色散 n不仅跟材料有关，还与光的f有关。 ①白光是由各种单色光组成的复色光，各种单色光的频率不同， ②红光到紫光的f在 ， 不同光对同一种玻璃，折射率n不同。 三、光的色散 1.定义: 白光经三棱镜被分成红橙黄绿蓝靛紫的现象 2.原因: 3.特点: ③同种材料对f越大的光n越____ 大 增大 【典例1】如图所示是同一种光线以相同的入射角从空气射入三种不同介质时的折射情况，则同一种光线在三种介质中光的传播速度最小的是（　　） A．介质甲 B．介质乙 C．介质丙 D．三种介质均一样 C 【变式1】如图所示是三种光线以相同的入射角从空气射入同一种介质时的折射情况，则三种光线在同一种介质中光的传播速度最小的是（　　） A．甲光 B．乙光 C．丙光 D．三种光均一样 C 思考3：人们看到雨后彩虹形成的原因是什么？ 思考3：人们看到雨后彩虹形成的原因是什么？ 第四部分 生活中的折射 四、生活中的折射 思考4：水中的筷子为什么看起来变弯了？ P P′ 思考4：水中的筷子为什么看起来变弯了？ 结论：人看水中的物体位置有点偏高，越深则看起来的位置偏的越高。 思考5：人斜着看水中的物体的像会在物体的正上方吗？ 结论：偏向观察者 思考6：从正上方看，实际深度H实和视觉深度H视有什么关系？ H实 H视 从正上方看 i r x H实 H视 r i 当θ很小时:tanθ≈sinθ =n 思考5：人斜着看水中的物体的像会在物体的正上方吗？ 结论：偏向观察者 思考6：从正上方看，实际深度H实和视觉深度H视有什么关系？ 思考7：井中的青蛙看岸上的物体的位置偏向哪里？ 偏向上方。 井中的青蛙看井口的宽度是偏大还是偏小？ 偏小。 是否正上方？ 偏向观察者。 【典例2】如图所示，井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则(　　) A．水井中的青蛙觉得井口大些， 晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星 B．枯井中的青蛙觉得井口大些， 晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星 C．水井中的青蛙觉得井口小些， 晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星 D．两只青蛙觉得井口一样大， 晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星 B 【典例3】假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比（ ） A.在某些地区将提前,在另一些地区将延后 B.将延后 C.将提前 D.不变 S S′ 有大气，看到太阳更早,没有大气，将迟一些看到太阳。 B 【典例4】光在某种玻璃中的传播速度是，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90°，则入射光线与反射光线的夹角成（　　） A．30° B．60° C．45° D．90° B 【典例5】物理社团的同学想测量一透明物体的折射率。如图所示，透明物体左右两侧紧靠遮光板，右下方压着一片小树叶，观察点距离透明物体左上边缘的高度为h、水平距离为2h时，恰好看到树叶。移走透明物体（小树叶和遮光板的位置不动），观察点水平向右移动，当水平移动距离3h/2时，恰好又看到小树叶。则透明物体的折射率为（　　） A． B． C． D．2 D 【典例6】如图所示,一小孩站在宽6 m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5 m,河水的折射率为,试估算河水深度。 得：H= n= = = = A O B AO=2OB =4m 解： 光的 折射 折射率 光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。 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；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即: 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。用符号 n 表示。 课堂小结 课堂练习 【典例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sin53°＝0.8)。已知水的折射率为4/3。求：(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。 θ 解：(1) n= sinθ= 0.6 θ= 370 x1=4tanθ=3m x2=3tan530=4m x=x1+x2 =7m x1 x2 课堂练习 【典例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sin53°＝0.8)。已知水的折射率为4/3。求：(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。 =(6-3)m 450 i (2) n= sini= tani= x3=3tani =6m x4= 1m Δx=x1+x3+x4-x =6+1-4 ≈5.5 m 解：(1) n= sinθ= 0.6 θ= 370 x1=4tanθ=3m x2=3tan530=4m x=x1+x2 =7m x1 x3 x4 课堂练习 【针对训练1】(多选)光从某种介质中射入空气中，入射角θ1从零开始增大时，折射角θ2也随之增大，下列说法正确的 ( 　 ) A．比值不变 B．比值不变 C．比值是一个大于1的常数 D．比值是一个小于1的常数 BD 【针对训练2】如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的 (　 ) A．①   B．② C．③  D．④ 课堂练习 C 课堂练习 【针对训练3】(2022·浙江1月选考)如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，b、c、d也会随之转动，则 (　 ) A．光束b顺时针旋转角度小于Δθ B．光束c逆时针旋转角度小于Δθ C．光束d顺时针旋转角度大于Δθ D．光束b、c之间的夹角减小了2Δθ B 课堂练习 【典例2】(2022·江苏高考)如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求：(1)水的折射率n；(2)两条折射光线之间的距离d。 i θ 解：(1) n= θ+i=900 = = (2) d= xcosi D= xcosθ 得d= D =D 【针对训练1】如图所示，ABC为直角三棱镜横截面，∠A＝30°，∠B＝90°，一束单色光从AB边上的D点平行于AC射入，折射光线刚好过C点，已知BD＝AD，则三棱镜的折射率为(　 ) A. B. C. D. 课堂练习 A　 课堂练习 【针对训练2】光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，光刻机的曝光波长越短，分辨率越高。“浸没式光刻”是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长、提高分辨率的技术。如图所示，若浸没液体的折射率为1.44，当不加浸没液体时光刻胶的曝光波长为193 nm，则加入浸没液体时光刻胶的曝光波长约为( ) A．161 nm B．134 nm C．93 nm D．65 nm n= = = B 课堂练习 【针对训练3】一个圆柱形桶，直径为12 cm，高为16 cm。人眼在桶右侧上方某处观察，看到桶左侧的深度为9 cm。当桶中装满某种液体时，则恰能看到桶左侧的最低点。求： (1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度。 r i 解：(1) n= sini= sinr= (2) n= 得v= 2.25x108m/s 得：n= =0.8 =0.6 浸润学科素养 1．(选自粤教版新教材课后练习)两名同学共同做一个实验，A同学把一枚硬币放在一个没有水的碗里，把碗放在桌子上并慢慢向远处推移，直到眼睛刚好看不到硬币为止，保持头部视线不动，这时，B同学在旁边缓慢地向碗中倒水，接着A同学又重新看到碗底的硬币了。如何解释这种有趣的现象？ 提示：如图所示，碗中无水时，光沿直线传播，如光线a进入人的眼睛，人看到了硬币，把碗向远处推移时，人眼看不到硬币，当碗中加水后，光发生折射，如光线b进入人眼，第二次的位置比碗中无水时更远一些。 浸润学科素养 2． (选自鲁科版新教材例题)如图所示，透过玻璃砖看字母，字母会显得高一些。假设玻璃砖的厚度为H，玻璃的折射率n＝1.5。如果垂直于玻璃砖向下看，字母的视深是多少？ 解：n= = = = h视= 3．(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)早晨，当我们看到太阳刚刚升出地平线时，实际上太阳还在地平线以下。请解释这一现象。 提示：空气的折射率大于1，离地面越近，大气层的密度越大，折射率越大，故太阳光进入地球大气层后光线逐渐向下偏折，所以当我们看到太阳刚刚升出地平线时，实际的太阳还在地平线以下。 浸润学科素养 落实核心素养 1．(2023·浙江1月选考)如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度θ入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α( 　 ) A．等于90° B．大于90° C．小于90° D．与棱镜的折射率有关 A　 2．(多选)一小球掉入一水池中，小球所受重力恰与其所受阻力和浮力的合力相等，使小球匀速下落，若从水面到池底深h＝1.5 m，小球3 s到达水底，那么，在下落处正上方观察时(水的折射率为4/3)    ( 　 ) A．小球的位移等于1.5 m B．小球的位移小于1.5 m C．小球的运动速度小于0.5 m/s D．小球的运动速度仍等于0.5 m/s BC 落实核心素养 谢 谢 观 看 $$