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

第1节 光的折射 第四章 光 结合实验现象，说一说为什么倒上水之后，水杯底下的硬币就“消失”了？ 神奇的现象 生活的体验 问题1：阳光照射在也西湖上，我们既可以看到湖面上太阳的倒影， 也可以看到水底的鱼和草，这说明什么 ？ 法线 分界面 2、反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角i′等于入射角i。 （1）光的传播方向发生偏转； （2）光在反射时，光路是可逆的。 1、光的反射：光从第 1 种介质射到该介质与第 2 种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射。 3.反射特点： 复习回顾 一部分返回原来介质，还有一部分怎么样？ （1）三线共面 （2）两线分居 （3）折射角不等于入射角， （除垂直入射） 1、光的折射：光从一种介质进入另一介质时，传播方向发生改变的现象。 光的折射 一、 问题2：折射光线与入射光线、法线之间有什么特点？ 6 问题3：折射角与入射角有什么定性关系？ 定性的描述光的折射遵循的规律： (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 入射角θ1 折射角θ2 入射角θ1/rad 折射角θ2/rad 入射角θ1正弦 折射角θ2正弦 0 0 0 100 0.175 0.174 200 0.349 0.342 300 0.524 0.500 400 0.698 0.643 500 0.873 0.766 600 1.047 0.866 700 1.222 0.940 800 1.396 0.985 问题4： 光从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角； 入射角与折射角之间有什么定量的关系？ 数据分析 荷兰数学家斯涅耳于1621年所发现。 结论：入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 （2）定量：分别作出θ1—θ2与sinθ1—sinθ2关系图像 、、、、、、 入射角与折射角的关系（弧度制） 22 0 0.122 0.279 0.332 0.419 0.559 0.611 0.663 0.733 0 0.175 0.349 0.524 0.698 0.873 1.047 1.222 1.396 sinθ1与sinθ2关系 sinθ1与sinθ1关系 0 0.122 0.276 0.326 0.407 0.53 0.574 0.616 0.669 0 0.174 0.342 0.5 0.643 0.766 0.866 0.94 0.985 1、折射定律（斯涅耳定律）：入射光线、折射光线、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；入射角正弦与折射角正弦成正比。 折射定律 二、 荷兰数学家斯涅耳 1621 年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了折射角和入射角之间的关系，并把它总结为光的折射定律。 ⌒ θ1 ⌒ θ2       二、折射率 问题5：根据下列两图分析，折射定律中的比值n能反映出什么问题？ N N' 真空 法线 界面 θ1 θ2 水 N N' 真空 法线 界面 θ1 θ2 玻璃   折射率 三、 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。 2.比值定义式: 折射率定义和定义式 01 （3）n 是介质的固有属性，与sinθ1、sinθ2、θ1、θ2无关 折射率n由什么因素决定呢？ 光的折射是由于传播速率变化引起，偏折的程度大小与传播速率有关。 （1）适用范围：光由真空（或空气）进入介质 如果光由介质进入空气时，根据光路的可逆性，求折射率n时需将入射角和折射角互换。 θ1 θ2 （2）n反映介质对光的偏折作用，n越大，偏折越大。 折射率决定式 02 （2）由于c>v, 所以任何介质的折射率 n>1. 1、折射率决定式: （3）由于n>1, 所以θ1>θ2，θ1总比θ2变化更快。 （1）n由光在介质中的传播速率v决定，v越大，折射率n越小。 实验数据表明，介质的折射率等于光在真空中的传播速率c与光在该介质中的传播速率v之比. 光很有可能是一种波 光从一种介质到另一种介质中速度发生变化，说明了什么问题？ 介质 折射率 介质 折射率 金刚石 2.42 甘油 1.55 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 常见介质的折射率（λ=589.3nm 钠黄光 ，t=20℃) （1）真空折射率为1，空气折射率非常接近1，可以当真空处理。 常见介质的折射率 03 （2）折射率还与温度有关,还与入射光的波长有关. 生活经验   × × × √ × √ × 课堂练习 比实际物体位置偏上 问题1：水下的鱼看起来比实际的深度深还是浅？在水下看水面上的物体比实际位置高还是低？ 实例分析 三、 水 高 空气 看到的气球在折射光线的反向延长线上. 问题2：如果没有大气，将迟一些看到太阳还是早一些看到太阳？ 像 实例分析 三 实例分析 三 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，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距1/4d 。求油的折射率和光在油中传播的速度。 解： 因为底面直径与桶高相等，所以 ∠AON ＝∠BON′＝ 45º 由 ON′＝ 2CN′可知 因此，油的折射率 所以光在油中的传播速度 课堂练习 一、折射定律 1、折射光线、入射光线、法线在同一平面内。折射光线和入射光线分居法线两侧。入射角的正弦与折射角的正弦成正比， 即： 式中n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。 二、折射率 1、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。 注：（1）n反映介质对光的偏折作用，n越大，偏折越大。（2）频率越大，n越大 2、光在不同介质中的传播速度不同；某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即 注：（1）n由光在介质中的传播速率v决定，v越大，折射率n越小。 （2）由于c>v, 所以任何介质的折射率 n>1. 4.1光的折射 1．关于折射率，下列说法中正确的是(　　) A．根据sinθ2/(sinθ1)＝n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B．根据sinθ2/(sinθ1)＝n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C．根据n＝c/v可知，介质的折射率与介质中的光速成反比 D．同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成反比 CD 介质1中： 介质2中： 波的频率是由波源决定；波速由介质决定； 河中有条小鱼，某时刻小鱼的实际深度为H，一人从水面正上方往水中看，他感觉到的小鱼的深度为多大？（设水的折射率为n） 注意：张角很小，近似处理 4. 为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个孔。假定坦克壁厚 20 cm，孔的左右两边距离 12 cm，孔内安装一块折射率为 1.52 的玻璃，厚度与坦克的壁厚相同。坦克内的人通过这块玻璃能看到的外界角度范围为多大 ？ 10．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4/3，试估算河水深度． 6 m 4m 16/3 ≈5.3 m 11.由某种透明物质制成的等腰直角棱镜AOB，两腰都为16 cm，且两腰与Ox和Oy轴都重合，如图所示，从BO边的C点注视A棱，发现A棱的位置在D点，在C、D两点插上大头针，测出C点的坐标为(0,12)，D点的坐标为(9,0)，由此可以算出该透明物质的折射率为多大？ 眼睛 O B A 4.一束光线射到一个玻璃球上，如图所示．该玻璃球的折射率是 ，光线的入射角是60°.求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向．(用与入射光线的夹角表示) 600 1、若光线在B点同时发生了反射，第三次射到界面上时从玻璃球内射出，试画出准确的光路图 2、“1”中的光路图有何典型特点？ 4、你能求出光从A点射入该均匀的玻璃球内发生一次反射后又射出得过程光传播得时间吗？还需要知道哪些量？ 关于OB对称， 入射与出射光线平行 球得半径R 3、此题的分析可解释生活中的哪种现象？ 虹 必做作业：《》85-86 选做作业：自学书本P87实验部分，体会光路的确定过程。 课后作业 $$