光的折射教学设计课件

1、4.5光的折射学 习 目 标知 识 脉 络1.理解折射定律的确切含义， 并能用来解释有关的光现象和有关的计算 .(重点、难点 )2.理解介质的折射率，了解介质的折射率与光速的关系，并能进行相关计算 .(重点 )3.知道光路是可逆的，并能用来处理有关的问题.4.会测定介质的折射率 .探 究 光 的 折 射 定律 先填空 1.折射现象光从一种介质进入另一种介质，光的传播方向发生改变的现象.图 4-5-12.折射定律入射光线、折射光线跟法线在同一平面内，入射光线、 折射光线分别位于法sin i线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.即sin r n，n 为常数 .3.在折射现象中，光路是可逆的.

2、再判断 1.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内.( )2.入射角总大于折射角 .( )3.光线从空气斜射入玻璃时，折射角小于入射角.() 后思考 1.光的折射现象中，折射角是否与入射角成正比？【提示】不是折射角与入射角成正比， 是入射角的正弦跟折射角的正弦成正比 .第 1页2.在光发生折射时，光的传播方向一定要发生变化吗？【提示】不一定变化，当光垂直界面入射时光的传播方向不发生变化. 核心点击 1.“同面内”：“折射光线与入射光线、法线在同一平面内”，这句话大体上说明了三线的空间位置： 折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面 .2.“线两旁”：“折射光线与入射光线分别位于法线

3、两侧”，这句话把折射光线的位置又作了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小(i 0).sin i3.“正比律”： “入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即 sin r n，折射角 r 随入射角 i 的变化而变化，入射角 i 的正弦与折射角 r 的正弦之比是定值，当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就唯一确定了.1.关于光的反射与折射，下列说法正确的是 ( ) a.光发生反射时，光的传播方向不一定改变b.光发生反射时，光的传播方向可能偏转 90 c.光发生反射时，光的传播方向一定改变d.光发生折射时，一定伴随着反射现象e.光发生反射时，一定伴随着折射现象【解析】 发生反

4、射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90， a错， b、c 对；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象， d 对， e 错 .【答案】bcd2.如图 4-5-2 所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是()图 4-5-2a.bo 可能是入射光线b.ao 可能是入射光线c.co 可能是入射光线d.ob 可能是反射光线第 2页e.pq 可能是法线【解析】由于反射角等于入射角， 入射光线与反射光线关于法线对称，所以 ao、ob 应是入射光线或反射光线， pq 是法线 .又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位

5、于法线同侧，所以 ao 是入射光线， ob 是反射光线， oc 是折射光线 .【答案】bde3.如图 4-5-3 所示，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 .造成这种现象的原因是什么？图 4-5-3【解析】太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变， 使人感觉太阳的位置比实际位置偏高 .【答案】光的折射利用光路图解决光的折射问题的方法1.根据题意画出正确的光路图.首先要找到入射的界面，同时准确地作出法线，再根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角， 要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角 .sin

6、i2.利用几何关系确定光路图中的边、角关系，与折射定律nsin r中的各量准确对应 .比如一定要确定哪个角在分子上、哪个角在分母上 .sin ic3.利用折射定律 nsin r 、折射率与光速的关系nv列方程，结合数学三角函数的关系进行运算 .折 射 率 先填空 第 3页1.折射率(1)意义：反映介质使光偏折的性质.(2)定义：光从真空射入某种介质时发生折射，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫这种介质的折射率.sin i(3)公式 nsin r .(4)折射率与光速的关系： 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v 之比，即 nvc.(5)特点：任何介质的折射率

7、都大于1.2.当一束白光斜射入某种介质时，由于各种色光的折射角不同，各种色光将分开，这种现象叫光的色散 .各种色光中，红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大 .3.同一种介质，对红光的折射率最小， 对紫光的折射率最大 .红光在介质中的传播速度最大，紫光在介质中的传播速度最小. 再判断 1.当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0.()2.光的折射率随入射角的增大而增大.( )3.介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小.() 后思考 sin i1.是否可以由折射率的定义式nsin r得出介质的折射率与入射角i 的正弦成正比，与折射角r 的正弦成反比？【提示】不可以 .折射率 n 由介质的

8、性质和光的颜色决定，与入射角 i 和折射角 r 无关 .2.光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？c【提示】由 vn知， n 越大， v 越小 . 核心点击 1.关于正弦值当光由真空射入某种介质中， 入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变第 4页的，但正弦值之比是一个常数.2.关于常数 n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映着该介质的光学特性.3.光传播速度c介质的折射率 n 跟光在其中的传播速率v 有关，即 nv，由于光在真空中的传播速率 c 大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n 都大于 1.因此，光从真空斜射入任何介质

9、时， 入射角均大于折射角； 而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角 .4.决定因素介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化.4.一束光从某种介质射入空气中时，入射角130，折射角 260，折射光路如图 4-5-4 所示，则下列说法正确的是()图 4-5-43a.此介质折射率为3b.此介质折射率为3c.光在介质中速度比在空气中小d.光在介质中速度比在空气中大e.当入射角增大时，折射角也增大，但折射率不变【解析】由折射定律 nsin 2，错误，b正确；又由nc 知光在sin 13 av介质中速度比在空气中小，c 正确，

10、d 错误 .根据折射率的物理意义，e 正确 .【答案】bce5.如图 4-5-5 所示，从点光源s 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab 间形成一条彩色光带 .下面的说法中正确的是 ()图 4-5-5第 5页a.a 侧是红光， b 侧是紫光b.在真空中 a 侧光的波长小于b 侧光的波长c.三棱镜对 a 侧光的折射率大于对b 侧光的折射率d.在三棱镜中 a 侧光的速率比 b 侧光小e.在三棱镜中 a、b 两侧光的速率相同【解析】由题图可以看出， a 侧光偏折得较厉害，三棱镜对a 侧光的折射率较大 .所以 a 侧光是紫光， 波长较短， b 侧

11、光是红光， 波长较长，因此 a 错，b、cc 正确；又 vn，所以三棱镜中a 侧光的传播速率小于b 侧光的传播速率， d正确， e 错误 .【答案】bcd6.利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散程度 .在如图 4-5-6 所示的光路中， a 为激光的出射点， o 为半圆柱形玻璃横截面的圆心， ao 过半圆顶点 .若某条从 a 点发出的与 ao 成 角的光线，以入射角 i 入射到半圆弧上，出射光线平行于 ao，求此玻璃的折射率 .图 4-5-6sin i【解析】根据光路图，由折射定律得nsin r ，由几何关系得 r i sin i故 nsin i 【答案】sin isin i折射问题的四点注

12、意1.根据题意画出正确的光路图；2. 利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角的确定；3. 利用反射定律、折射定律求解；4. 注意光路可逆性、对称性的应用 .第 6页测 定 材 料 的 折 射 率1.实验目的测定玻璃的折射率 .2.实验原理如图 4-5-7 所示，当光线 ao 以一定入射角 1 穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线 ao 对应的出射光线的 o b，从而画出折射光线oo，量出折射角2，再根据 nsin 1算出玻璃的折射率 .sin 2图 4-5-73.实验器材一块长方体的玻璃砖， 白纸，木板，大头针 (4 枚)，量角器 (或圆规、三角板 )，刻度尺，激

13、光笔，铅笔等 . 核心点击 1.实验步骤(1)如图 4-5-8 所示，将白纸用图钉钉在平木板上；图 4-5-8(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

14、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i aon，折射角r oon，用量角器量出入射角和折射角， 从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中；第 7页(7)用上述方法分别求出入射角分别为30、 45、 60时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中 .2.数据处理方法一：平均值法求出在几次实验中所测 sinsin ri的平均值，即为玻璃砖的折射率 .方法二：图像法在几次改变入射角、对应的入射角和折射角正弦值的基础上，以sin i 值

15、为横坐标、以 sin r 值为纵坐标，建立直角坐标系，如图4-5-9 所示 .描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线.图 4-5-9sin r11求解图线斜率 k，则 k sin i n，故玻璃砖折射率n k.方法三：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，与 oe(或 oe 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 4-5-10 所示 .图 4-5-10ccdd 由于 sin i co ， sin r do，而 co do，sin icc所以折

16、射率 n1sin rdd .7.如图 4-5-11 所示，关于“测定玻璃的折射率”的实验，回答以下问题.图 4-5-11(1)请证明图中的入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的.(2)为减小实验误差，入射角大一些好还是小一些好？【解析】(1)如右图所示，证明： n sin i1 sin r2 而 r 1i 2sin r1 sin i2所以 i1r2，所以入射光线平行于出射光线.(2)大一些好 .这样测量的误差会小些，可以减小实验误差.第 8页【答案】见解析8.在“测定玻璃折射率”的实验中：(1)操作步骤如下：先在白纸上画出一条直线 aa代表两种介质的界面，过 aa上的 o 点画出界面的法线 nn，

17、并画一条线段 ao 作为入射光线 .把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa对齐 .在线段 ao 上竖直地插上两枚大头针p1、p2，透过玻璃砖观察大头针p1、p2 的像 .调整视线方向，直到p1 的像被 p2 挡住 .再在观察的这一侧插两枚大头针p3、p4，使 p3 挡住 p1、p2 的像， p4 挡住 p3 和 p1、p2 的像，记下 p3、p4 的位置 .移去大头针和玻璃砖，连接p3、p4 作为折射光线，测量出入射角1与折射角 2，填入表格中 .上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是_.(2)实验中测出了多组入射角1与折射角 2，并作出了 sin 1-sin 2 图像，如图 4-5-12 所示 .图 4-5-12则实验时，光线是由 _射入 _.玻璃的折射率为 _.【解析】(1)步骤 中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb，步骤 中应通