選修3-4_13.1_光的反射和折射

1、13.1光的反射和折射 光射到界面時(shí)，能進(jìn)入另一種介質(zhì)，同時(shí)又回到原來的介質(zhì)。這樣的現(xiàn)象分別叫光的折射和反射12空氣空氣水水折射光線折射光線入射光線入射光線反射光線反射光線光的反射和折射光的反射和折射判斷入射、折射、反射光線、法線、界面？判斷入射、折射、反射光線、法線、界面？平面鏡平面鏡入射光線入射光線反射光線反射光線法線法線入射角入射角反射角反射角1.光的反射光的反射：光射到介質(zhì)：光射到介質(zhì)1、介質(zhì)、介質(zhì)2的界面時(shí)，一部分的界面時(shí)，一部分光返回到介質(zhì)光返回到介質(zhì)1的現(xiàn)象的現(xiàn)象（1 1）反射光線、入射光線、法線共面）反射光線、入射光線、法線共面（3 3）反射光線、入射光線關(guān)于法線對(duì)稱）反射光線

2、、入射光線關(guān)于法線對(duì)稱（2 2）反射角等于入射角（光線與法線的夾角）反射角等于入射角（光線與法線的夾角） OAB（4 4）光路可逆：）光路可逆： （1 1） 折射光線、入射折射光線、入射光線、法線在同一平面光線、法線在同一平面內(nèi)內(nèi). .（2 2） 折射光線和入射光折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)線分居法線兩側(cè)二、光的折射二、光的折射1.1.定義定義：光從介質(zhì)：光從介質(zhì)1 1斜射斜射入介質(zhì)入介質(zhì)2 2時(shí)，傳播方向發(fā)生改變時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象的現(xiàn)象1 12 2空氣空氣水水折射光線折射光線入射光線入射光線2. 2. 規(guī)律規(guī)律（3 3）當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大）當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也隨著

3、增大 （4 4）光路可逆：）光路可逆：當(dāng)光從空氣（光疏介質(zhì)）斜射當(dāng)光從空氣（光疏介質(zhì)）斜射入水中（光密介質(zhì)）時(shí)，折射入水中（光密介質(zhì)）時(shí)，折射角小于入射角角小于入射角 當(dāng)光從水（光密介質(zhì)）斜射入當(dāng)光從水（光密介質(zhì)）斜射入空氣（光疏介質(zhì)），折射角大空氣（光疏介質(zhì)），折射角大于入射角于入射角 空空氣氣水水思考思考；入射角、折射角大小關(guān)系靜與介質(zhì)的關(guān)系入射角、折射角大小關(guān)系靜與介質(zhì)的關(guān)系 ？入射角折射角1 1 / / 2 2sin1 1/sin/sin2 2光由空氣射入玻璃時(shí)入射光由空氣射入玻璃時(shí)入射角角1和出射角和出射角2的數(shù)值表的數(shù)值表:1.491.531.591.631.97分析表格數(shù)據(jù)思考：

4、分析表格數(shù)據(jù)思考：入射角和折射角有什入射角和折射角有什么定量關(guān)系呢？么定量關(guān)系呢？1.49 1.491.511.501.5130019.6040025.2050030.7080040.6015013.40 506.7010010.1020016.701.491.491.501.49 1.49 1.49 12567834 入射角入射角正弦正弦和折射和折射角角正弦正弦比值相等比值相等=C斯 涅 耳 定 律斯 涅 耳 定 律思考：入射角的正弦與折射角的正弦的比為常思考：入射角的正弦與折射角的正弦的比為常數(shù)，它跟什么因素有關(guān)呢？數(shù)，它跟什么因素有關(guān)呢？光傳播所通過的物質(zhì)（介質(zhì)）威里布里德斯涅耳簡介 威

5、里布里德斯涅耳（1591-1626），荷蘭數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家，曾在萊頓大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)教授。斯涅爾最早發(fā)現(xiàn)了光的折射定律，使幾何光學(xué)的精確計(jì)算成為了可能。折射定律（也稱斯涅耳定律）是從實(shí)驗(yàn)中得到的，未做任何的理論推導(dǎo)，雖然正確，但卻從未正式公布過。只是后來惠更斯和伊薩克沃斯兩人在審查他遺留的手稿時(shí)，才看到這方面的記載。 首次把折射定律表述為今天的這種形式的是笛卡兒，他沒做任何的實(shí)驗(yàn)，只是從一些假設(shè)出發(fā)，并從理論上推導(dǎo)出這個(gè)定律。笛卡兒在他的屈光學(xué)（1637）一書中論述了這個(gè)問題。 折射定律是幾何學(xué)的最重要基本定律之一。斯涅耳的發(fā)現(xiàn)為幾何光學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，把光學(xué)發(fā)展往大大的推進(jìn)了一步。4.說明

6、：說明：(1)n n的大小的大小與介質(zhì)有關(guān)，與與介質(zhì)有關(guān)，與i i和和r r無關(guān)無關(guān)，對(duì)，對(duì)于確定介質(zhì)，于確定介質(zhì)，n n是定值是定值 (2) (2)折射率無單位，折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率皆大于任何介質(zhì)的折射率皆大于1(n1)（原因呢？）（動(dòng)摩擦因數(shù)值特點(diǎn)呢？）（原因呢？）（動(dòng)摩擦因數(shù)值特點(diǎn)呢？）sinisinrn=2.定義式定義式三、折射率三、折射率1. 定義：光定義：光從真空射入某種介質(zhì)從真空射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角時(shí)，入射角i與折射角與折射角r的正弦比值，叫做該介質(zhì)的絕對(duì)折射率的正弦比值，叫做該介質(zhì)的絕對(duì)折射率n，簡稱折射率。，簡稱折射率。3.3.決定式：某介質(zhì)的折射率，等于光在決定

7、式：某介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的真空中的速度速度C C與光在與光在介質(zhì)中的速度介質(zhì)中的速度v v之比：之比：n=cv5.幾種介質(zhì)的折射率幾種介質(zhì)的折射率(比較密度）比較密度）介質(zhì)介質(zhì)折射率折射率金剛石金剛石2.42二氧化碳二氧化碳1.63真空折射率真空折射率 = 1介質(zhì)介質(zhì)折射率折射率巖鹽巖鹽1.55酒精酒精1.36水晶水晶1.55玻璃玻璃1.5-1.8水水1.33空氣空氣1.000286. 意義：意義：反映介質(zhì)對(duì)光的偏折能力的大小反映介質(zhì)對(duì)光的偏折能力的大小7.折射原因：折射原因：光在不同介質(zhì)中的速度不同光在不同介質(zhì)中的速度不同l問題：問題：玻璃是一種透明介質(zhì)，光從空氣入玻璃是一種透明介

8、質(zhì)，光從空氣入射到平行玻璃磚的界面上會(huì)發(fā)生折射，如射到平行玻璃磚的界面上會(huì)發(fā)生折射，如何把玻璃的折射率測出來？何把玻璃的折射率測出來？四、學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測玻璃磚的折射率四、學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測玻璃磚的折射率1 1、原理：、原理：折射定律折射定律 2 2、方法：、方法：用用插針法插針法研究某一條光線經(jīng)過平行玻璃磚，研究某一條光線經(jīng)過平行玻璃磚，測出折射角和入射角。測出折射角和入射角?？諝饪諝獠ＡРＡ?i=? r=?界面界面法線法線rinsinsin3 3、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)器材：玻璃磚、白紙玻璃磚、白紙 、大頭針若干、鉛筆、大頭針若干、鉛筆、直尺、量角器直尺、量角器（1 1）鋪紙（將白紙用圖）鋪紙（將白紙用圖釘

9、固定在木板上）釘固定在木板上） （2 2）在白紙上畫一條線）在白紙上畫一條線aaaa作為界面，過作為界面，過aaaa上的一點(diǎn)上的一點(diǎn)O O（作為入射點(diǎn)）畫法線（作為入射點(diǎn)）畫法線N NN,N,并畫并畫AOAO作為入射光線作為入射光線（3 3）把玻璃磚放在白紙上，使它的一邊與）把玻璃磚放在白紙上，使它的一邊與aaaa對(duì)齊對(duì)齊（確保（確保O為實(shí)際入射點(diǎn)）為實(shí)際入射點(diǎn)） ，確定，確定（如何確定，聯(lián)想驗(yàn)（如何確定，聯(lián)想驗(yàn)證平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)中記錄力的方向）證平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)中記錄力的方向）玻璃磚的另玻璃磚的另一界面一界面bbbb （確保出射點(diǎn)準(zhǔn)確）（確保出射點(diǎn)準(zhǔn)確） 步驟（邊聽邊模仿）步驟（邊聽邊模

10、仿）（6 6）連接）連接OOOO，入射角，入射角i=AONi=AON, ,折射角折射角r r NOONOO，用量角器量出入射角和折射角，求出對(duì)應(yīng)的正弦值，用量角器量出入射角和折射角，求出對(duì)應(yīng)的正弦值，記錄在表格中記錄在表格中（5 5）移去在大頭針和玻璃磚，過）移去在大頭針和玻璃磚，過P P3 3、P P4 4所在處作直線所在處作直線DCDC與與bbbb交于交于o o（作為實(shí)際出射點(diǎn)），直線（作為實(shí)際出射點(diǎn)），直線O OD D代表代表沿沿AOAO方向入射光通過玻璃磚后的傳播方向方向入射光通過玻璃磚后的傳播方向（4 4）在直線）在直線AOAO上豎直插大頭針上豎直插大頭針P P1 1、P P2 2，

11、透過玻璃磚觀察透過玻璃磚觀察大頭針大頭針P P1 1、P P2 2的像，調(diào)整視線讓的像，調(diào)整視線讓P P2 2擋住擋住P P1 1的像。再在另的像。再在另一側(cè)豎直插上兩枚大頭針一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P P3 3、P P4 4，使，使P P3 3擋住擋住P P1 1、P P2 2的像，的像，P P4 4擋住擋住P P3 3、P P2 2、P P1 1的像，記下的像，記下P P3 3、P P4 4位置位置（7 7）用上述方法求出入射角分別為）用上述方法求出入射角分別為30300 0、45450 0、60600 0時(shí)時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中（8

12、8）算出不同入射角時(shí)的入射角與折射角的正弦比）算出不同入射角時(shí)的入射角與折射角的正弦比值，最后求出幾次實(shí)驗(yàn)的平均值為折射率值，最后求出幾次實(shí)驗(yàn)的平均值為折射率5、注意事項(xiàng)：、注意事項(xiàng)：（1）入射角一般取）入射角一般取15o75o為宜為宜 （太小，相對(duì)誤差大；（太小，相對(duì)誤差大；太大太大,使折射光線使折射光線弱，不易觀察弱，不易觀察）（2）插針要）插針要豎直豎直，且間距適當(dāng)大些（精確確定光路），且間距適當(dāng)大些（精確確定光路） （3）插針法實(shí)驗(yàn)，）插針法實(shí)驗(yàn)，玻璃磚不能動(dòng)玻璃磚不能動(dòng)（移動(dòng)會(huì)改變光路圖（移動(dòng)會(huì)改變光路圖 ）（4）確定邊界線時(shí)）確定邊界線時(shí)嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子用嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子用（損

13、壞玻璃（損壞玻璃磚），畫邊界線時(shí)磚），畫邊界線時(shí)描兩點(diǎn)描兩點(diǎn)確定邊界線確定邊界線（5）玻璃磚寬度在）玻璃磚寬度在5cm以上（讓折射光線長點(diǎn)以減小誤以上（讓折射光線長點(diǎn)以減小誤差）差） 4、數(shù)據(jù)處理：、數(shù)據(jù)處理： （1）計(jì)算法計(jì)算法：量角度量角度計(jì)算計(jì)算 （2）作圖法作圖法：畫一個(gè)圓與：畫一個(gè)圓與折射、入射光線相交于折射、入射光線相交于A、E兩點(diǎn)，從交點(diǎn)作兩條與法兩點(diǎn)，從交點(diǎn)作兩條與法線垂直的線段，線垂直的線段，量量出兩條線出兩條線段段長度長度應(yīng)用應(yīng)用1 1： 人在水上看到物體的人在水上看到物體的像，比實(shí)際物體位置偏像，比實(shí)際物體位置偏上，感覺水比較淺。上，感覺水比較淺。假設(shè)地球表面不存在大氣層假設(shè)地球表面不存在大氣層, ,那么人們觀察