4.1 光的折射（授课PPT）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

第四单元 《光》 4.1 光的折射 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 知道折射定律与折射率，能够完成测量玻璃的折射率实验。提升对光路规律的认识。 2科学思维： 会区别光从空气入水和从水进入空气时的折射定律，知道折射率与介质有关，会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。会做光的折射线路图，并分析折射现象。 3科学探究： 尝试用科学探究的方法研究物理问题：能正确处理数据，测出某介质对频率色光的折射率。能从多个角度进行实验误差分析。经历测量过程，能分析数据、发现特点，形成结论，解释并交流实践成果。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。培养将物理实验成果服务社会生产生活的应用意识。 核 心 素 养 一、驱动问题 “万华镜旋之空”是一种罕见的大气现象，堪称冰晕中的极品。 2022年，新疆博尔塔拉蒙古自治州境内的赛里木湖景区出现了罕见冰晕奇观，多种冰晕如万花筒般交织在空中，复杂的虹、幻日、光晕同时出现，持续了近一个半小时。 这种如万花筒般交织在空中复杂的虹、幻日、光晕同时出现壮观又神奇。 冰晕本身就不可预测，转瞬即逝，这种组合冰晕更是可遇不可求。你知道它的形成原因吗？ 点击播放视频 一、驱动问题 点击播放视频 万华镜旋之空 二、光的反射 界面 入射光线 反射光线 法线 入射角 反射角 光的反射：光被两种介质的界面反射回原来的介质中 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 光路可逆 二、光的发射 认真观察实验，光从玻璃中入射到空气中，发生了什么现象？ 一部分反射了反射， 一部分传播到空气中 光的折射有什么规律？ 三、光的折射 1.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。 N N′ 空气 玻璃 i r O A B 界面 法线 入射光线 折射光线 入射角 折射角 ( ( 反射光线 (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)当光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于入射角 (4)当光从玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角 (5)当入射角增大时，折射角也随着增大 2.光的折射定律 N N′ 空气 玻璃 i r O A B 界面 法线 入射光线 折射光线 入射角 折射角 ( ( 反射光线 入射角与折射角有什么定量关系呢？ 三、光的折射 三、光的折射 以光从空气射入玻璃为例，折射角和入射角的关系 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 sini/sinr 1.51 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 实验结论：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比 如果将玻璃换成其它介质，入射角和折射角的正弦之比是否具有相同的结论？ 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 总结：光从一种介质进入到另一种介质时，总有入射角的正弦与折射角的正弦之比相等。 三、光的折射 三、光的折射 斯涅耳 1621 年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了两者之间的关系，并把它总结为光的折射定律。 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: 三、光的折射 说明： （1）折射现象中光路是可逆的； （2）光的传播方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化。并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化。 （3）光的传播速度:光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,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。 点击播放视频 四、折射率 发生海市蜃楼的条件是什么？ 四、折射率 （一）思考与讨论 你还能发现什么规律？ 常数与介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量。常数越大，光线以相同入射角从真空斜射入这种介质时偏折的角度越大。 四、折射率 （二）折射率 说明：（1）n的大小与θ1和θ2无关，与介质和入射光的频率有关，对于确定的介质，n是定值，不能说n∝sinθ1或n∝1/sinθ2 （2）折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。 2.定义式: （3）折射率反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害。 1.定义：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。 四、折射率 说明：(4)光从一种介质进入另一种介质时,折射角与入射角的大小关系不要一概而论,要视两种介质的折射率大小而定。 (5)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时,入射角大于折射角,当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时,入射角小于折射角。 （二）折射率 典例选讲： 【例题】如图一个储油桶的底面直径与高均为d．当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶低上的点C，CB两点距离d/4．求油的折射率和光在油中传播的速度。 Ｂ Ａ d C O D N Nˊ θ2 解： 方法分析： 解决光的反射、折射问题的方法： 五、实验：测定玻璃的折射率 （一）实验思路 玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？ 思路：选取一块玻璃砖按在白纸上，作出玻璃砖的轮廓，然后作出入射玻璃砖的光线和出射玻璃砖的光线，最后连接入射点和出射点的光线，这就是折射光线。最后测出入射角和折射角的大小，代入公式就可以得出答案。 五、实验：测定玻璃的折射率 （一）实验思路： 如何作出入射光线和出射光线？ 在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O的法线NN′，画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针，在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′，再在另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、P2、P1的像，记下P3、P4位置； 五、实验：测定玻璃的折射率 （二）实验方案 请设计出实验方案，并与其他同学交流？ 五、实验：测定玻璃的折射率 （三）数据分析 如何进行数据分析才能得出结论？ 1．平均值法 算出不同入射角时的比值 ，最后求出在几次实验中所测的 平均值，即为玻璃砖的折射率。 2．图象法 以sin θ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图1所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，则 ，故玻璃砖折射率 。 五、实验：测定玻璃的折射率 （三）数据分析 如何进行数据分析才能得出结论？ 3．作图法 在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点、OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图 2所示。由于 ， ，且CO＝DO，所以折射率 。 五、实验：测定玻璃的折射率 （四）注意事项 做该实验时需要注意什么事项？ (1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′点之间距离要稍大一些。 (2)入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。 (3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 (4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 (5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。 五、实验：测定玻璃的折射率 （四）注意事项 哪些原因会导致实验有误差？ (1)入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时，两大头针间距应适当大一些。 (2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。 课堂小结 光的折射 折射定律： 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： 折射率 公式： 测定玻璃的折射率 实验： 定义：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。 课堂反馈 B 课堂反馈 课堂反馈 D 课堂反馈 课堂反馈 C 课堂反馈 课堂反馈 4．有一束单色光从A穿过B再折向C，如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．介质B的折射率最大 B．介质C的折射率最大 C．光在介质B中的速度最小 D．光在介质C中的速度最大 B 课堂反馈 本课时结束 感谢观看！ 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 35 Lavf58.33.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.46.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 (1)根据题意准确、规范地画出光路图，确定好界面和法线。 (2)在光路图中找出入射角、反射角和折射角，利用几何关系确定光路图中的边、角关系，与折射定律n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)中的各量准确对应。结合数学的三角函数的知识进行运算，必要时可利用光路可逆原理辅助解题。 Lavf58.12.100 1．一束光从某种介质射入空气中时，入射角θ1=30°，折射角θ2=60°，光路如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．此介质折射率为 B．此介质折射率为 C．光在介质中速度比在空气中大 D．当入射角增大时，折射角增大，折射率也增大 【答案】B 【详解】AB．由折射定律可得 ，A错误，B正确； C．由 可知，光在介质中速度比在空气中小，C错误； D．根据折射率定律可知，当入射角增大时，折射角也增大，但折射率不变，D错误。故选B。 2．一束光从空气射向折射率为 的某种介质，若反射光线与折射光线垂直，已知真空中的光速为c，则下列说法正确的是（　　） A．光的入射角为30° B．介质中的光速为 C．光的折射角为60° D．介质中的光速为 【答案】D 【详解】AC．根据题意，作出光路图，如图所示 根据折射定律可得 解得i=60°故折射角为30°，AC错误； BD．介质中的光速为 ，B错误，D正确。故选D。 3．现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，所以标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制作的。如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°。已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为（　　） A． B．1.5 C． D．2 【答案】C 【详解】如图所示，为光线在玻璃球内的光路图 C为折射点，B为反射点，OD平行于入射光线，故∠AOD＝∠COD＝60° 所以∠OAB＝30°，玻璃的折射率 故选C。 【答案】B 【详解】AB．由光路的可逆性，假设光分别由B进入A和C，根据折射率的物理意义可知，折射率是反映介质对光线偏折程度的物理量，进入C的偏折程度大于进入A的偏折程度，可知C的折射率比A的大，B中的入射角最大，折射率最小，可得nC>nA>nB，A错误，B正确； CD．由 可以判断出，光在B中传播的速度最大，在C中传播的速度最小，CD错误。故选B。 $$