高中物理第4章光的波动性4.5光的折射同步备课课件沪科版选修3_4.ppt

第4章 4 5光的折射 学习目标1 理解光的折射定律 会用折射定律解释相关现象和计算有关问题 2 理解折射率的定义及其与光速的关系 3 了解折射中的色散 认识对同一介质 不同颜色的光折射率不同 4 会测定玻璃的折射率 内容索引 自主预习梳理 重点知识探究 当堂达标检测 自主预习梳理 1 光的折射定律 1 内容 当光从一种介质进入另一种介质时 在界面上光的传播方向发生了明显的改变 折射光线与入射光线 法线处在内 折射光线与入射光线分别位于两侧 跟成正比 这就是光的折射定律 2 公式 2 折射率反映介质使光的性质 某种介质的折射率 等于光在真空中的传播跟光在这种介质中的传播之比 即n 同一平面 入射角的正弦 折射角的正弦 法线 速度v 速度c n 偏折 3 同一种介质对不同频率的光发生折射时 折射率是不同的 折射率是随着光的频率的增大而的 4 色散 当一束白光以某个角度入射介质时 由于各种色光的不同 各种色光就 这种现象叫光的色散 5 测定材料的折射率的原理是 用描绘光路 增大 折射定律 折射角 分开了 插针法 重点知识探究 一 探究光的折射定律 1 皎洁的月光下 在清澈的湖面上我们能通过水面看到月亮的倒影 同时 月光能够照亮水中的鱼和草 这说明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 那么这两部分光的去向遵从什么规律呢 答案 答案折射定律和反射定律 2 光的折射是因为光波在界面两侧不同介质中有不同的传播速度 你能用惠更斯原理得到折射定律吗 答案 答案设光波在两种介质中的传播速度为v1 v2且v1 v2 用惠更斯作图法作出当波面AB到达介面C时 介质 中从A点发出的子波所在的包络面CD 由作图可知BC v1 t AD v2 t 由几何关系知 1 折射定律 如图1所示 折射光线与入射光线和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 n 图1 2 在折射现象中光路是可逆的 即如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上 光线就会逆着原来的入射光线发生折射 3 折射率 1 定义式 n 2 决定式 n 由此可知 任何介质的折射率n都大于1 填 大于 小于 或 等于 3 理解 折射率n是反映介质光学性质的物理量 它的大小由介质本身及入射光的频率决定 与入射角 折射角的大小无关 各种介质的折射率是不同的 例1 多选 两束不同频率的单色光a b从空气平行射入水中 发生了如图2所示的折射现象 下列结论中正确的是A 在水中的传播速度 光束a比光束b大B 在水中的传播速度 光束a比光束b小C 水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小D 水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大 解析 答案 图2 解析由公式n 可得折射率navb A正确 B错误 二 折射中的色散 拿一块破碎的玻璃 迎着阳光看去 会发现玻璃的边缘出现彩色条纹 这又是什么原因 答案 答案光在折射时发生了色散 图3表示白光通过棱镜折射后 由上到下的色光顺序为 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 这说明 1 透明物质对于波长 不同的光的折射率n不同 越小 n越大 2 在同一种物质中 不同波长的光波的传播速度不同 波长越短 波速越慢 图3 三 测定玻璃的折射率 实验原理如图4所示 当光线AO以一定入射角i穿过两面平行的玻璃砖时 通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O B 从而画出折射光线OO 量出折射角r 再根据n 算出玻璃的折射率 图4 实验器材一块长方形的玻璃砖 白纸 木板 大头针 4枚 量角器 或圆规 三角板 刻度尺 激光笔 铅笔等 实验步骤1 把白纸铺在木板上 2 在白纸上画一直线aa 作为界面 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 并使其长边与aa 重合 再用直尺画出玻璃的另一边bb 4 在直线AO上竖直地插上两枚大头针P1 P2 5 从玻璃砖bb 一侧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bb 一侧插上大头针P3 P4 使P3能挡住P1 P2的像 P4能挡住P1 P2的像及P3本身 若有激光笔 可用激光笔沿P1 P2方向入射一束激光 从另一边射出来的激光束上插上两枚大头针P3 P4 6 移去玻璃砖 在拔掉P1 P2 P3 P4的同时分别记下它们的位置 过P3 P4作直线O B交bb 于O 连接O O OO 就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线 AON为入射角 O ON 为折射角 7 用量角器量出 AON和 O ON 的度数 查出它们的正弦值 并把这些数据填入记录表格里 8 用上述方法分别求出入射角是15 30 45 60 和75 时的折射角 查出入射角i和折射角r的正弦值 记录在表格里 9 算出不同入射角的的值 比较一下 看它们是否接近一个常数 求出几次实验测得的的平均值 这就是这块玻璃砖的折射率 注意事项1 轻拿轻放玻璃砖 手只能接触玻璃砖的毛面或棱 不能触摸光洁的光学面 严禁把玻璃砖当直尺用 2 实验过程中 玻璃砖在纸面上的位置不可移动 3 插针P1与P2 P3与P4的间距要适当地大些 以减小确定光线方向时出现的误差 4 实验时入射角不能太小 接近零度 否则会使测量误差加大 也不能太大 接近90 否则会不易观察到P1 P2的像 5 本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖 而是采用三棱镜 半圆形玻璃砖等 一样能测出折射率 只是出射光和入射光不再平行 例2用三棱镜做测定玻璃的折射率的实验 先在白纸上放好三棱镜 在棱镜的一侧插入两枚大头针P1和P2 然后在棱镜的另一侧观察 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 P4 使P3挡住P1 P2的像 P4挡住P3和P1 P2的像 在纸上标出的大头针的所示 1 在本题的图上画出所需的光路图 解析 答案 图5 答案见解析 位置和三棱镜轮廓如图5 解析光路图如图所示 画出通过P1 P2的入射光线 交AC面于O 画出通过P3 P4的出射光线交AB面于O 连接OO 则光线OO 就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线 2 为了测出棱镜玻璃的折射率 需要测量的量是 在图上标出它们 解析 答案 答案见解析 解析在所画的图上注明入射角i和折射角r 并画出虚线部分 用量角器量出i和r 或用直尺测出线段EF OE GH OG的长度 3 计算折射率的公式是n 解析 答案 答案见解析 当堂达标检测 1 多选 关于光的折射现象 下列说法中正确的是A 光的传播方向发生改变的现象B 人在岸上观察水中的鱼比实际位置浅C 若光从空气射入某种液体中 它的速率一定减小D 观察者看见太阳刚从地平线升起时 其实太阳位于地平线以下 1 2 答案 3 4 2 表面有油膜的透明玻璃片 当有阳光照射时 可在玻璃片表面和边缘分别看到彩色图样 这两种现象A 都是色散现象B 前者是干涉现象 后者是色散现象C 都是干涉现象D 前者是色散现象 后者是干涉现象 解析 答案 解析光在玻璃片表面的油膜上发生了薄膜干涉 光在玻璃片边缘发生了折射 不同颜色的光在玻璃中的折射率不同 发生了色散 故选项B正确 1 2 3 4 3 多选 如图6所示 两束单色光a b分别照射到玻璃三棱镜AC面上 穿过三棱镜后互相平行 则A a光的折射率大B b光的折射率大C a光在三棱镜中的速度大D b光在三棱镜中的速度大 解析 答案 图6 1 2 3 4 解析根据题意可知b光通过三棱镜后 传播方向偏离原来方向大 所以b光折射率大 故A错 B对 根据v 折射率大的 在介质中的速度小 故C对 D错 1 2 3 4 A 为了减少作图误差 C和D的距离应适当取大一些B 为了减少测量误差 A B连线与法线NN 的夹角应适当大一些C 若A B的距离较大时 通过玻璃砖会看不到A B的像D 若A B连线与法线NN 间夹角过大时 有可能在bb 一侧看不