4.1光的折射 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件围绕“光的折射”展开，涵盖折射现象、折射定律、折射率及玻璃砖折射率测量实验。通过“硬币消失”“水面倒影与水底景象”等实验现象提问导入，引导学生从生活现象探究折射规律，再过渡到定量关系、斯涅耳定律及折射率定义，搭建从现象到规律再到应用的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过实验现象提问培养问题意识，用惠更斯原理推导折射定律体现科学推理，实验环节详细步骤与数据处理（图像法、平均值法）强化科学论证。结合汽车挡风玻璃、钻石鉴定等实例渗透物理观念与社会责任，帮助学生深化理解，也为教师提供系统教学资源。

4.1 光的折射 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？ 讨论 这些现象是如何产生的？说明了什么? B A 讨论 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？ 1.光线的独立传播定律 反射光线在入射面内（或说反射面和入射面共面）; 入射光线和反射光线分居法线两侧； 反射角等于入射角。 2 1 C B A 反射光线 D 折射光线 i1=i1′ (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？ 结论：入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 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 3.光的折射定律 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: 惠更斯原理解释折射现象 证毕 v2t 媒质1 折射率n1 媒质2 折射率n2 i 法线 B 入射波 A · · E · D v1 v1t · · F C v2 折射波传播方向 r 定义介质的绝对折射率： 通常写成 4.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 n 表示。 （2）比值定义: 折射率的物理意义是什么？哪些因素决定折射率的大小？ 不同介质对真空的折射率n 介 质 折射率n 介 质 折射率n 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 思考:通过观察上述表格，你有哪些发现? 对某一介质，n 是常数；不同介质n不同，n与介质的光学性质有关. 物理意义：反映了介质对光的偏折作用大小不同，n越大，对光线的偏折越厉害. 定义相对折射率 0 >1> 2，则 n21 n2′1 0 1 2 0 2 2′ < 测定玻璃的折射率 练习 光从某种介质射入空气，入射光线和折射光线如图所示. 1.a和b哪一个是分界面? 2.求该介质的折射率. 3.求光在该介质中的传播速度. b为分界面 n=1.41 v=2.12×108 m/s a b 600 450 练习 在水面下某一深度处有一发光点S，从水面上往下看: 1.发光点的位置是偏高还是偏低? 2.若深度为h，水的折射率n，在S正上方竖直往下看，视深为多少? 1 2 S′ O A tg1 =OA/h tg2 =OA/h′ 因i、r很小 sin1 = tg1 sin2 = tg2 n=sin2/sin1 =h/h′ h′ =h/n 水中的鱼看岸边的人偏高还是偏低? 折射率是光学材料的重要指标。 例如，在制造汽车挡风玻璃时，对折射率和形状都有十分严格的要求；在钻石鉴定过程中，常常根据折射率的大小来判断钻石的真伪。 如何测量介质的折射率？本节我们将学习用简便的方法测量玻璃的折射率。 5.测量玻璃砖的折射率 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、实验器材 木板、白纸、图钉、长方形玻璃砖、大头针、铅笔、量角器、三角板(或直尺) 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） ； 实验步骤 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； 数据处理 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 。 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。 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，与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。如图所示。 由于sin i＝，sin r ＝ 而CO ＝ DO，所以折射率：n1 ＝ ＝ 重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。 如果实验中采用的不是两面平行的玻璃砖，而是用三棱镜或半圆形玻璃砖，能否测出相应的折射率？请说明理由。 思考： 插针法的作用是找出玻璃砖内的光路，其关键是确定入射点和出射点，而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面直线相交而得到的，故实验的关键是插准大头针，画准玻璃砖边界线，而与所选玻璃砖两边平行与否无关。如图，用半圆形、圆形或三角形玻璃砖，均可测出其折射率。 六、注意事项 (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。 测定玻璃的折射率 七、误差分析 (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。 A AC 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 【例1】某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时，他的方法和操作步骤都正确无误，但他处理实验数据时，发现玻璃砖的两个光学面aa′和bb′不平行，如图，则(　　) A．他测出的折射率不受影响 B．他测出的折射率偏小 C．他测出的折射率偏大 D．用该玻璃砖进行实验时系统误差太大，必须更换 【例2】在做了“测量玻璃的折射率”的实验后，某同学得出下列几种结论，其中说法正确的是_______。 A．玻璃砖的宽度适当大些 B．入射角应尽量小些 C．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些 D．入射角越大越好，这样测量误差能尽可能减小 E．玻璃砖的折射率与入射角有关，入射角越大，测得的折射率越大 F．玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是 入射角与折射角的比值是一个常数 $