高中物理教科版4第四章光的折射 第4章1光的折射定律

1．光的折射定律学习目标知识脉络1.经历实验探究过程，理解光的折射定律．(重点)2.知道折射率的意义，知道折射率与光速的关系．(重点)3.能根据折射定律解释一些自然现象.4.能应用折射定律分析视深问题．(重点、难点)光的反射和光的折射定律eq\o([先填空])1．光的反射和折射现象(1)光的反射当光射到两种介质的分界面时，一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象．(2)光的折射光线从一种介质照射到两种介质的分界面时，一部分光进入另一种介质继续传播的现象．2．光的折射定律入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数．eq\o([再判断])1．反射定律是确定反射光线位置的规律．(√)2．不是所有的反射现象都遵循反射定律．(×)3．发生漫反射时，反射角不等于入射角．(×)4．一束光从空气进入水中时传播方向一定改变．(×)eq\o([后思考])1．人站在平面镜前面会看到自己的像．平面镜成像的特点是什么？【提示】平面镜成的像是虚像，像和物等大，像和物到镜面的距离相等．2．入射角、折射角哪一个较大？【提示】没有前提条件，无法确定．1．折射定律的表达式入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即eq\f(sini,sinr)＝常数．如图4­1­1所示．也可以用eq\f(sini,sinr)＝n的数学公式表达，n为比例常数．这就是光的折射定律．图4­1­12．对定律的理解(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居在法线两侧”，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)(3)“正比律”：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即eq\f(sini,sinr)＝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、方向就惟一确定了．所以，光的折射定律是光从一种介质射向另一种介质中时，在传播过程中遵循的必然规律．3．光线偏折的方向如果光线从折射率(n1)小的介质射向折射率(n2)大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)．如图4­1­2所示．即光线的偏折情况与介质的性质有关．图4­1­24．折射光路是可逆的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，定律中的公式就变为eq\f(sini,sinr)＝eq\f(1,n)，式中i、r分别为此时的入射角和折射角．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4­1­3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4­1­3【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】光的折射折射问题的四点注意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．介质的折射率eq\o([先填空])1．定义：在物理学中，把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦与折射角r的正弦的比值，叫做这种介质的折射率．2．公式：n＝eq\f(sini,sinr).3．理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率n，等于光在真空中的传播速度c(c＝3×108m/s)与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝eq\f(c,v).4．光在不同介质中的速度是不同的，这正是光发生折射的原因．光在真空中的传播速度c大于光在其他任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于1.eq\o([再判断])1．当光从空气垂直射入水中时，水的折射率为0.(×)2．光的折射率随入射角增大而增大．(×)3．介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小．(√)4．折射率大的介质，密度不一定大．(√)eq\o([后思考])1．是否可以由折射率的定义式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)得出介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比？【提示】不可以．折射率n由介质的性质和光的颜色决定，与入射角θ1和折射角θ2无关．2．光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？【提示】由v＝eq\f(c,n)知，n越大，v越小．1．介质折射率的理解(1)光从真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但是，正弦值之比是个常数．该常数即介质的折射率，也叫绝对折射率，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．“折射率与sini(i为入射角)成正比，跟sinr(r为反射角)成反比”的说法和“折射率n跟光速v成反比”的说法是错误的．(2)同种介质入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常数，不同介质的常数不同，说明常数反映着该介质的光学特性．(3)由于空气折射率和真空折射率非常接近约等于1，因此当光线从空气射入介质时，介质折射率的定义式n＝eq\f(sini,sinr)也适用．(4)由n＝eq\f(c,v)知，某色光在折射率较大的介质中光速较小．2．解释折射现象(1)应用折射定律解释视深问题视深问题是折射定律的应用．视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离．在中学阶段，一般都是沿着界面的法线方向去观察．在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有：sinθ1/sinθ2≈tanθ1/tanθ2.如图4­1­4所示，一物点S位于折射率为n的介质中H深处，由于一般瞳孔线度为2mm～3mm，因此i和r角都很小，则sini≈tani＝eq\f(a,h)，sinr≈tanr＝eq\f(a,H)，由折射定律知n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(H,h)，所以视深h＝eq\f(H,n).图4­1­4如果从折射率为n的介质中，观察正上方距液面高为H的物体，同理可得h′＝nH(h′为视高)．利用视深、视高公式，不仅可以简捷地测定介质折射率，也可以方便地分析和解决与视深、视高有关的问题．(2)折射时的色散现象一束白光经过棱镜折射后发生色散，在光屏上形成一条彩色光带，如图4­1­5所示，即为折射中的色散光谱．光谱中红光在最上端，紫光在最下端，这表明各种色光通过棱镜后的偏折程度不同：红光偏折程度最小，偏折角最小；紫光偏折程度最大，偏折角最大．图4­1­5(3)光的色散现象表明的问题①同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大．②由n＝eq\f(c,v)可知，各种色光在同一介质中的光速不同，红光速度最大，紫光速度最小．③同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速改变(v＝eq\f(c,n)＝λν)，波长亦随之改变．3.一束光从某种介质射入空气中时，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，折射光路如图4­1­6所示，则下列说法正确的是()图4­1­6A．此介质折射率为eq\f(\r(3),3)B．此介质折射率为eq\r(3)C．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n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝eq\r(3)，A错误，B正确；又由n＝eq\f(c,v)知光在介质中速度比在空气中小，C正确，D错误．根据折射率的物理意义知，E正确．【答案】BCE4．一束光线从空气射向折射率为的玻璃内，入射角为45°，画出反射和折射的光路示意图．【解析】光在两介