【物理】光的折射(1)课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

光的折射人教版选修一

第四章第一节CONTENTS0102光的折射03折射率04目录典型例题典型例题光的反射05测量玻璃的折射率玻璃01光的反射光界面入射光线反射光线法线入射角反射角光的反射：光被两种介质的界面反射回原来的介质中

1、反射光线与入射光线、法线在同一平面2、反射光线和入射光线分居法线两侧3、反射角等于入射角光路可逆一、光的反射定律玻璃02光的折射光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，折射角小于入射角玻璃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

二、光的折射定律注：无论光是从空气射入水还是水射入空气

都有θ气>θ水

斯涅耳入射角与折射角有什么定量关系呢？

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（refractionlaw）：6、入射角的正弦和折射角的正弦成正比

=n12比例常数斯涅耳定律光的折射定律

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:光的折射定律的说明：（1）折射现象中光路是可逆的；（2）光的传播方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化。并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化。（3）光的传播速度:光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射,光传播的速度发生变化。玻璃03折射率光说明：（1）n的大小与θ1和θ2无关，与介质和入射光的频率有关，对于确定的介质，n是定值，不能说n∝sinθ1或n∝1/sinθ2，（2）折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。2.定义式: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之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。用符号n表示。ncv=（3）折射率反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害。⑤折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。a.同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小。b.同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。(4)光从一种介质进入另一种介质时,折射角与入射角的大小关系不要一概而论,要视两种介质的折射率大小而定。(5)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时,入射角大于折射角,当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时,入射角小于折射角。几种介质的折射率：介质折射率金刚石2.42二氧化碳1.63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真空的折射率为1，空气的折射率近似为1【例题】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，恰好看到桶低上的点C，CB两点距离d/4．求油的折射率和光在油中传播的速度。ＢＡdCODNNˊθ2新课讲授解：正误判断(1)光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。（

）(2)介质的密度越大,其折射率一定也越大。（

）(3)光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角。(4)折射定律是确定折射光线位置的规律。（

）(5)光的折射率随入射角增大而增大。（

）

×××√√（

）例1.(多选)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解析

光发生反射时,光的传播方向一定发生改变,且可以改变90°,A项错,B、C两项对;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项对。答案

BCD

例2、光线以30°的入射角从玻璃射向空气，它的反射光线与折射光线成90°夹角，则玻璃的折射率为多少？rβ⌒⌒i⌒玻璃空气例3.光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108m/s)(1)画出折射光路图;(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度大小;(3)当入射角变为45°时,折射角的正弦值是多大?(4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化?解析

(1)由题意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,光路图如图所示。(4)折射率不会变化,折射率由介质和入射光线的频率决定,跟入射角的大小无关。比实际物体位置偏上，看起来比实际深度浅。想一想：水下的鱼看起来比实际的深度深还是浅？高水看到的气球在折射光线的反向延长线上.

空气在水下看水面上的物体比实际位置高还是低？应用3：铅笔弯折之谜空气水AA´界面四、生活中的折射现象应用4：井中的青蛙看岸上的物体的位置偏向哪里？偏向上方井中的青蛙看井口的宽度是偏大还是偏小？偏小四、生活中的折射现象玻璃04测定玻璃的折射率光

玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？三、实验器材

长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。一、实验目的测定玻璃的折射率。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四、测定玻璃的折射率四、实验步骤（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）；（4）在直线AO上竖直插大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线让P2挡住P1的像。再在另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、P2、P1的像，记下P3、P4位置；（5）移去大头针和玻璃砖，过P3、P4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；（6）连接OO′，入射角

1=∠AON

，折射角

2＝∠N′OO′，用量角器量出入射角和折射角，求出对应的正弦值，记录在表格中；（7）用上述方法求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中；（8）算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值，最后求出几次实验的平均值为折射率.五、数据处理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。2．图象法以sinθ1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。3．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、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，且CO＝DO，所以折射率。

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5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。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。例4.某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率,实验后留下的痕迹如图所示,设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,只需用刻度尺测量________和________(均选填“l1”“l2”“l3”或“l4”),则玻璃砖的折射率可表示为________。

例5.学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值，则：(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________。(2)图中P3、P4两位置________处所对应的折射率大。(3)作AO的延长线交圆周于点K，点K处所对应的折射率的值应为________。答案：(1)

(2)P4

(3)1玻璃05典型例题光【典例2】光在某种玻璃中的传播速度是

，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90°，则入射光线与反射光线的夹角成（）A．30°

B．60° C．45°

D．90°【正确答案】B典例分析【典例3】物理社团的同学想测量一透明物体的折射率。如图所示，透明物体左右两侧紧靠遮光板，右下方压着一片小树叶，观察点距离透明物体左上边缘的高度为h、水平距离为2h时，恰好看到树叶。移走透明物体（小树叶和遮光板的位置不动），观察点水平向右移动，当水平移动距离

时，恰好又看到小树叶。则透明物体的折射率为（）A．

B．

C．

D．2【正确答案】D典例分析【典例4】光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108m/s)(1)画出折射光路图;(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度大小;(3)当入射角变为45°时,折射角的正弦值是多大?(4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化?典例分析【解析】(1)由题意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,光路图如图所示。(4)折射率不会变化,折射率由介质和入射光线的频率决定,跟入射角的大小无关。【典例5】如图所示,一束激光垂直于AC面照射到等边玻璃三棱镜的AB面上。已知AB面的反射光线与折射光线的夹角为90°。光在真空中的传播速度为c。求:(1)玻璃的折射率;(2)激光在玻璃中传播的速度。典例分析【典例6】如图所示,一小孩站在宽6m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5m,河水的折射率为,试估算河水深度