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

第四章 光的折射和全反射 第一节 光的折射 1 新课导入 当大雨荡涤了空中的尘埃，阳光重新普照大地，天边往往会出现美丽的彩虹。 彩虹是如何形成的？其中含有哪些光学知识？ 2 新课导入 光由空气射入玻璃，再通过玻璃射入空气，出射光为什么总与入射光平行？这需要进一步认识折射规律后才能回答。 3 1.认识光的反射现象，知道法线、入射角、反射角、折射角的含义 2.理解折射定律，会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题 3.理解折射率的概率 学习目标 4 情境导入 射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置？是在昆虫的上方还是下方？ 5 探究折射角与入射角的关系 6 新课讲解 ①反射光线与入射光线、法线在同一平面 ②反射光线和入射光线分居法线两侧 ③反射角等于入射角 入射光线 反射光线 法线 入射角 反射角 1.光的反射：光被两种介质的界面反射回原来的介质中 折射光线 2.光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质中，传播方向通常会发生改变。 折射角 问题：光在折射时遵从什么规律呢？ 7 新课讲解 思考：光发生了折射，它的入射角θ1和折射角θ2存在什么样的关系呢？ 入射光线 法线 θ1 折射光线 θ2 8 新课讲解 θ1 sinθ1 θ2 sinθ2 sinθ1/sinθ2 1 30 0.50 19 0.33 1.54 2 40 0.64 25 0.42 1.52 3 50 0.77 30 0.50 1.53 4 60 0.87 35 0.57 1.51 平均值 1.52 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；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 9 小结 1.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。 2.当光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于入射角。 3.当入射角增大时，折射角也随着增大。 思考1：光由一种介质进入另一种介质，光的传播方向一定改变吗？ 提示：不一定。当光垂直界面入射时，光的传播方向不发生改变。 思考2：入射角、折射角是如何确定的？ 提示：入射角是入射光线与法线之间的夹角，折射角是折射光线与法线之间的夹角。 小试牛刀 10 光的折射定律 11 新课讲解 1.折射光线、入射光线、法线在同一平面内 2.折射光线和入射光线分居法线两侧 3.入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即 ＝ n。 说明：n比例常数，与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。 光的折射定律(斯涅尔定律) 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会改变，发生折射现象 12 新课讲解 用不同介质做实验，所得常数n不同 说明 常数n 是与介质有关的物理量 物理学中，把光从真空斜射入某种介质发生折射时，入射角 i 的正弦与折射角 r 的正弦的比值 n ，称为这种介质的折射率，也称为绝对折射率 13 新课讲解 光路可逆 14 新课讲解 如图 4-5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? 新课讲解 分析 在图 4-6中，用点O表示字母上的某一点，OA和OB是从点O射向玻璃砖上表面的光，光经折射后进入人眼，人感觉它们是从玻璃中的点D射出的，D即为眼睛看到的点O的像，AD就是字母的视深h，实际深度为 H。 解 光由玻璃进入空气，由光的折射定律 及几何关系 得 因为 OB 很靠近 OA，所以 OB ≈ OA，BD ≈ AD 因此 故垂直于玻璃砖向下看，字母的视深是 思考：你能解释铅笔为什么折断了吗？ 小试牛刀 法线 迁移 画光路图分析光的传播过程，需正确画出入射点、法线、入射光线和折射光线等。例如，半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图 4-7 所示，圆心为点 O，AO 为与底面垂直的半径。一東红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，入射点为B，∠AOB=60° 已知该玻璃对红光的折射率 n = √3，光线经柱面折射后与底面的交点到点O的距离是多少?请画出光路图并求解。 C D N i 折射率 20 新课讲解 折射率反映了光从真空斜射入介质 （或从介质斜射入真空）时偏折的程度 折射率越大，介质使光 偏离 原来传播方向的程度就越大 21 新课讲解 空气 玻璃 水 i i r r′ 空气 折射率是反映介质的光学性质的物理量 22 新课讲解 某介质的折射率，等于光在真空中的速度c与光在介质中的速度v之比： （n＞1） 光在不同介质中的速度不同，这正是发生折射的原因。 研究表明： (v越大，n越小） 光在介质中的传播速度越小 对应介质的折射率越大 即介质使光偏离原来传播方向的程度就越大 23 新课讲解 不同颜色的光在同一介质中的传播速度不同，折射率也不同 不同颜色的光频率不同，红光→紫光的频率升高 24 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；入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数. 折射率 （1）定义式： （2）折射率与光速的关系： （3）意义：折射率是反映介质的光学性质的物理量. 本课小结 1 2 入射光线与法线的夹角 折射光线与法线的夹角 反应介质折射本领的大小 在真空中的光速 在介质中的光速 任何介质的折射率都大于1 25 当堂检测 1.地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲.下列光路图中能描述该现象的是( ) A. B. C. D. A 26 解析：由题意可知，越靠近地球表面，空气的折射率越大，从光疏介质射入光密介质的光路如图所示，太阳光斜射向地面的过程中发生折射，随着折射率不断变大，太阳光不断向法线方向偏折，A正确. 27 2.一组平行的细单色光束垂直于半圆柱形玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图所示。已知光线Ⅰ沿直线穿过玻璃，它的入射点为O，光线Ⅱ的入射点为A，穿过玻璃后两条光线交于一点。已知玻璃截面的圆半径为R， ，玻璃的折射率 。两条光线射出玻璃后的交点与O点的距离是( ) A. B. C.R D. A 28 解析：光路如图所示 光线Ⅱ沿直线进入玻璃，在半圆面上的入射点为B， 入射角设为，折射角设为，则 由折射定律 得 则折射角 ，由几何关系知 ，则 故选A。 29 3.如图所示，有一束单色光从介质A穿过介质B再进入介质C，下列说法中正确的是( ) A.介质B对该光的折射率最大 B.介质C对该光的折射率最大 C.光在介质B中传播的速度最小 D.光在介质C中的速度最大 B 30 解析：由光路的可逆性可知，该光从B分别进入A和C时，C对该光的偏折程度大于A对该光的偏折程度，可知C对该光的折射率比A的大，光线从A进入B时入射角小于折射角，故A的折射率大于B，可得 ，A错误，B正确；由 可知，光在B中传播的速度最大，在C中传播的速度最小，C、D错误. 31 4.如图所示，把一个横截面QMP为等边三角形的玻璃棱镜的一个侧面放在水平桌面上，直线SD与QP共线.在S处放一光源，使其发出的直线光束与SQ夹角为30°，该光束射向棱镜的MQ侧面上的一点.调整光源S的位置，使从棱镜另一侧面MP射出的光线射在D点，且恰有 .不考虑光线在棱镜中的反射，则( ) A.玻璃棱镜的折射率为 B.玻璃棱镜的折射率为 C.经过棱镜的出射光线与入射光线间的夹角为75° D.经过棱镜的出射光线与入射光线间的夹角为45 A 32 解析：根据题意作出光路图，如图所示，根据几何关系可知光线在A点的入射角为60°，折射角为30°， 玻璃棱镜的折射率为 ，故A正确，B错误； 经过棱镜的出射光线与入射光线间的夹角为 ，故C、D错误. 33 5.如图，OBCD为半圆柱体玻璃砖的横截面，OD为直径，一束由两种颜色（紫光和红光）组成的复色光从O点沿AO方向从真空射入玻璃，两色光在玻璃砖中传播路径分别为OB、OC，用时为 、 。则：（1）光线AOB是哪种光的传播路径，请说明理由； （2）比较 、 的大小。 紫光 tOB=tOC 34 解析：（1）紫光的传播路径是AOB，因为紫光的频率比红光的频率大，故紫光的折射率大，由 得，入射角一样，紫光折射率大即紫光的折射角小，故AOB是紫光的传播路径。 （2）设任一光线的入射角为i，折射角为r，光在玻璃中传播的路程是s，半圆柱的半径R。则光在玻璃中的速度为 由几何知识得： 则光在玻璃传播时间为： 又知 ，得 入射角i 相同，R、c 等相同，即 35 谢谢 36 $$