4.1 光的折射 课件-2026-2027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，涵盖折射定律、折射率及测定实验，从光的本质历史争论（牛顿微粒说、惠更斯波动说）切入，衔接反射现象，通过实验数据推导折射定律，构建现象到规律的学习支架。 其亮点在于融合科学史与实验探究，用历史争论培养科学态度，实验数据表格推导折射率公式体现科学推理，插针法实验步骤详细助力科学探究。学生能深化物理观念，教师可高效开展探究教学。

光到底是什么？…………… 17世纪明确形成了两大对立学说 牛顿 惠更斯 微粒说 波动说 19世纪初证明了波动说的正确性 由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风 19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性 这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒” 光 第一节 光的折射 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 2 θ2 θ1 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 4 引入：光的反射现象 平面镜 入射光线 反射光线 法线 入射角 反射角 光被两种介质的界面反射回原来的介质中 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 5 2、（1）反射光线、入射光线和法线同平面 （2）反射光线和入射光线分居法线两侧 （3）反射角和入射角相等 光路可逆 1、光被两种介质的界面反射回原来的介质中 一、反射和反射定律 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 6 i r 空气 水 入射角 折射角 二、折射和折射定律 1、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。 折射光线 入射光线 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 7 2、光的折射定律 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 入射角、折射角有什么关系呢 ？ 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 8 ③当光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角 当入射角增大时，折射角也随着增大 当光从水斜射入空气中时，折射角大于入射角 空气 水 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 9 人类经历了一千多年的时间，从积累的入射角i和折射角r的数据中寻求两者之间的定量关系。 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 10 ④入射角的正弦和折射角的正弦成正比 θ2 θ1 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 11 折射率 1、定义：物理学中把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角与折射角的正弦之比n，叫做这种介质的折射率． 2、光发生折射的原因：光在不同介质的速度不同 3、 三、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_____,叫这种介质的折射率。 定义式 n= 折射率越大偏折的越厉害 。 之比 θ2 θ1 2.折射率与光速的关系:某种介质的折射率,等于光在 _____中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之 比,即决定式 n= 3.特点:任何介质的折射率都大于1。 真空 4、意义:反映介质的_________的物理量。 光学性质 5.决定因素:介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量,它的大小由介质本身及光的性质共同决定,与入射角、折射角无关,不随入射角、折射角的变化而变化。与介质的密度无关 几种介质的折射率： 介质 折射率 金刚石 2.42 二氧化碳 1.63 真空本身的折射率 n =1，所有介质的折射率大于1 介质 折射率 岩盐 1.55 酒精 1.36 水晶 1.55 玻璃 1.5-1.8 水 1.33 空气 1.00028 i r 空气 水 折射光路是可逆的 ： 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 17 物 像 人从河岸上看水中的鱼 解释： 例1 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，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 A F D O B C G O A C B G D F 因底面直径和桶高相等,由此可知 ∠AOF= ∠ABG=450 又∵OD=2CD 油的折射率 光在油中的传播速度 解: 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 视深和视高 1、视深公式: 一个物点位于折射率为n的介质中 深处， 当在介质界面正上方观察时，物体的视深为： 2、视高公式: 如果从折射率为n的介质中，观察正上方距液面高为 的物体时物体的视高为 h0 h 可见视深和视高都与观察点的位置无关（只要垂直观察） 视深与视高公式的应用： 利用视深与视高公式，不仅可以极为简捷地测定介质的折射率，而且还可以很方便地分析和解决与视深和视高有关的各种问题。 例2：如图4所示，紧贴矩形玻璃砖右端插一颗大头针，在距左端l1=3厘米的O处观察大头针D的像D’。若测出像距右端l2=4厘米，玻璃砖厚度L＝14厘米。试估算玻璃砖的折射率。 解析：根据视深公式 h0＝L，h=L－l2， 所以玻璃砖的折射率为 ＝ 可见视深和视高都与观察点的位置无关（只要垂直观察），观察点到界面的距离l1是多余的无关条件。 ＝1.4 六课堂小结： 光的折射 光的折射 折射率n 1.反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害 2.定义式 ＝n－－光从真空中进入介质 （ 1/n＝ －－光从介质进入真空） 3.决定式: n= c/v ( n>1) 绝对折射率 光的折射定律 三线共面 ＝常数 sinθ1 / sinθ2 sinθ1 / sinθ2 sinθ1 / sinθ2 实验---测玻璃的折射率 知识点三　测定玻璃的折射率 探究导入: 如图所示是一种测量玻璃折射率的常用方法——插针法。请问该方法的原理是什么? 提示:利用了光在同一均匀介质中沿直线传播的原理。 【归纳总结】 1.实验目的:掌握测定玻璃折射率的方法。 2.实验原理:用插针法确定光路,找出跟入射光线相对 应的折射光线,用量角器测出入射角θ1和折射角θ2,根 据折射定律计算出玻璃的折射率n= 3.实验器材:玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。 4.实验步骤: (1)如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。 (2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线),过aa′上的一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线。 (3)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一边bb′。 (4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者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及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。 (5)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′,直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 (6)连接OO′,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角。 (7)用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角。 5.数据处理: (1)计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表, 得出入射角和折射角的正弦值,再代入n= 中求多 次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的 折射率。 (2)图象法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值, 作出sinθ1-sinθ2图象,由n= 可知图象应为直线, 如图所示,其斜率为折射率。 (3)单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。 ①以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′,如图所示。 【规律方法】测定玻璃折射率的基本思路 (1)确定一条从空气斜射入玻璃(或者从玻璃斜射入空 气)的光路。 (2)通过作图确定入射角和折射角。 (3)由折射率的定义n= 计算出玻璃的折射率。 6.注意事项: (1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。 (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。 (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5cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。 7.实验误差: (1)入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大。 (2)入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。 【典例】某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sini-sinr图象如图乙所示。则　(　B　) A.光由A经O到B,n=1.5 B.光由B经O到A,n=1.5 C.光由A经O到B,n=0.67 D.光由B经O到A,n=0.67 【过关训练】 1.(多选)某同学用插针法测定玻璃砖的折射率,他的实验方法和操作步骤正确无误。但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行,如图所示。则　(　B、D　) 2.某同学由于没有量角器,他在完成了光路图后,以O点为 圆心,10cm为半径画圆,分别交线段OA于A点,交线段OO′的延长线于C点,过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点,过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点,如图所示。用刻度尺量得OB=8cm,CD=4cm,由此可得出 玻璃的折射率n=___1.5_____。 【补偿训练】 1.用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射 率的实验中,已画好玻璃砖界面aa′和 bb′,不慎将玻璃砖向上平移了一些,放在如图所示的 位置上,而实验中其他操作均正确,测得的折射率将　 (　C　) A.偏大　　B.偏小　　C.不变　　D.无法确定 光由空气射入玻璃时入射角i和出射角r的数值表 入射角 折射角 i/r Sini/sinr 100 6.70 1.49 1.49 200 13.30 1.50 1.49 300 19.60 1.53 1.49 400 25.20 1.59 1.51 500 30.70 1.63 1.50 600 35.10 1.71 1.51 700 38.60 1.81 1.50 800 40.60 1.97 1.51 $