1. 光的折射（培优教学课件）物理人教版2019选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦光的折射定律、折射率及测定玻璃折射率实验，以“倒水后硬币消失”实验现象提问导入，从生活现象（倒影、水底景象）切入，经反射复习过渡到折射规律推导，结合实验验证形成完整知识脉络。 其亮点在于通过科学探究（实验步骤、误差分析及平均法等多数据分析）和科学思维（几何推导折射角、数据论证折射率与光速关系），强化物理观念（折射率为介质固有属性）。实例丰富如彩虹、海市蜃楼解释，助学生提升探究能力，教师教学更高效。

第四章 光 选择性必修一•人教版 1.光的折射 我们生活在一个充满光的世界。人类渴望光明，生物需要阳光，人类的感觉器官接收到的信息中，有90%的是通过眼睛。现在光学已经成为物理学的重要组成部分，在生活、生产和科学技术中有广泛的应用，光学是现代高科技领域中最前沿的科学之一。 导入新课 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？ 物理观念 理解折射定律的数学表达，掌握折射率的定义及其与光速的关系。 科学思维 能运用几何分析和三角函数推导折射角，解决实际问题。 科学探究 通过实验探究玻璃折射率，学会用插针法确定光路并分析误差来源。 科学态度 与责任 培养严谨的实验态度，认识折射规律在科技中的应用 学习目标 重点难点 重点 折射定律的理解与应用；折射率的物理意义。 难点 复杂光路问题的几何分析。 一、光的折射 1.光的折射 一、光的折射 我们同时观察到水面花朵的倒影和水底的景象，这说明了什么？ 光的折射 光从空气射到水面时，一部分光射进水中另一部分光返回到空气中 一、光的折射 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： 一部分返回原来介质，还有一部分怎么样？ 一、光的折射 (1)折射现象： 光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。 一、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 一、光的折射 (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？ 一、光的折射 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 一、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: 一、光的折射   问题：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   一、光的折射 海市蜃楼 一、光的折射 雨过天晴时，常在天空出现彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小水珠折射而成的 落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。 二、折射率 1.光的折射 二、折射率 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: （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。 二、折射率 （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？ 二、折射率 说明：(1)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。 (2)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。 三、实验：测定玻璃的折射率 1.光的折射 三、实验：测定玻璃的折射率 二、实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率 一、实验目的 测定玻璃的折射率。 三、实验：测定玻璃的折射率 1.铺纸（将白纸用图钉固定在木板上）； 2.在白纸上画一条线a作为界面，过a上的一点O（作为入射点）画法线NN′，并画AO作为入射光线； 3.把玻璃砖放在白纸上，使它的一边与a对齐（确保O为实际入射点） ，确定玻璃砖的另一界面a′（确保出射点准确） ； 三、实验：测定玻璃的折射率 4.在直线AO上竖直插大头针A、B，透过玻璃砖观察大头针A、B的像，调整视线让B挡住A的像。再在另一侧竖直插上两枚大头针C、D，使C挡住A、B的像，D挡住C和B、A的像，记下C和D位置； 5.移去大头针和玻璃砖，过C、D所在处作直线DC与a′交于O′（作为实际出射点），直线O′D代表沿AO方向的入射光通过玻璃砖后的传播方向； 三、实验：测定玻璃的折射率 6.连接OO′，入射角1=∠AON ，折射角2＝ ∠N′OO′，用量角器量出入射角和折射角，求出对应的正弦值，记录在表格中； 7.用上述方法求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中； 8.算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值，最后求出几次实验的平均值为折射率. 三、实验：测定玻璃的折射率 三、实验：测定玻璃的折射率 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 。 三、实验：测定玻璃的折射率 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 。 三、实验：测定玻璃的折射率 (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。 三、实验：测定玻璃的折射率 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。 四、课堂总结 1.光的折射 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。 四、练习与应用 2.波的描述 四、练习与应用 AC 1. 一潜水员自水下目测站立于船头的观察者距水面高为h1,而观察者目测潜水员距水面深h2,则(　　) A.潜水员实际深度大于h2,观察者实际高度大于h1 B.潜水员实际深度小于h2,观察者实际高度小于h1 C.潜水员实际深度大于h2,观察者实际高度小于h1 D.潜水员实际深度小于h2,观察者实际高度大于h1 四、练习与应用 解析 光线从空气射入水中时,入射角大于折射角,如图,则潜水员看到立于船头的观察者的位置偏高,而船头的观察者看到潜水员偏浅,所以潜水员的实际深度大于h2,观察者实际高度小于h1,故C正确。 四、练习与应用 四、练习与应用 答案　1.58　1.9×108 m/s 解析　因为底面直径与桶高相等,所以 ∠AON=∠BON'=45° 由题意知ON'=2CN' 四、练习与应用 四、练习与应用 2. (2025·广东清远高二期末)如图甲所示,用插针法测定玻璃砖折射率: 四、练习与应用 (1)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用 宽度　　　　(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。  (2)该实验小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线P1O、折射光线OO'的延长线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图乙所示,则玻璃的折射率 n=　　　　(用图中线段的字母表示)。  四、练习与应用 (3)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图丙中①、②所示,其中甲同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”);乙同学测得的折射率与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  答案　大 偏小　不变 五、提升训练 2.波的描述 五、提升训练 B 1.如图是两个并排而且深度相同的水池,一个装水,另一个未装水,在两池的中央各竖立着一只长度相同而且比池深略高的标杆。当阳光斜照时就会在池底形成杆的影子,下列说法正确的是(　　) A.装水的池中标杆影子较长 B.未装水的池中标杆影子较长 C.两池中标杆影子长度相同 D.装水的池中标杆没有影子 五、提升训练 解析　未装水时,光沿直线传播从杆顶照射到池底的P点,而装水时,光沿直线传播从杆顶照射到水面时发生折射,由于折射角较小,故照射到池底的Q点,如图所示,可知未装水的池中标杆影子较长,故B正确。 六、提升训练 2.(2024·江苏徐州高二期末)某同学用插针法测定一长方体玻璃砖的折射率。操作步骤如下: ①在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2; ②在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像; ③用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa'和bb'; ④取下玻璃砖、大头针,在白纸上描出光线的径迹,量出入射角i和折射角γ,计算出折射率; 六、提升训练 ⑤改变入射角,重复上述过程,求出多组折射率并取其平均值。 (1)以上步骤中有错误或不妥之处的是　　　　(填步骤前 序号)。  (2)为了减小实验误差,实验时应注意的是　　　。  A.入射角应尽量小些 B.玻璃砖的宽度宜小一些 C.大头针应垂直的插在纸面上 D.大头针P1、P2及大头针P3、P4之间的距离应适当大些 六、提升训练 (3)该同学在画界面时,不小心将两界面aa'、bb'间距画得比玻璃砖宽度大些,如图甲所示,则他测得的折射率　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  (4)若该同学没有量角器,在完成光路图后,以O点为圆心画圆,分别交线段OA于A点,交OO'连线延长线于B点,如图乙所示,请利用毫米刻度尺测量相关距离,并计算得出玻璃的折射率n=　　　　(保留3位有效数字)。  甲 乙 答案　(1)③　(2)CD　(3)偏小　(4)1.50(1.45~1.55均可) Lavf58.12.100 $