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．光的折射定律學(xué)習(xí)目標知識脈絡(luò)1.經(jīng)歷實驗探究過程，理解光的折射定律．(重點)2.知道折射率的意義，知道折射率與光速的關(guān)系．(重點)3.能根據(jù)折射定律解釋一些自然現(xiàn)象.4.能應(yīng)用折射定律分析視深問題．(重點、難點)光的反射和光的折射定律eq\o([先填空])1．光的反射和折射現(xiàn)象(1)光的反射當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的分界面時，一部分光仍回到原來的介質(zhì)里繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．(2)光的折射光線從一種介質(zhì)照射到兩種介質(zhì)的分界面時，一部分光進入另一種介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．光的折射定律入射光線、折射光線和法線在同一平面內(nèi)，入射光線與折射光線分居法線兩側(cè)，入射角的正弦與折射角的正弦之比為一常數(shù)．eq\o([再判斷])1．反射定律是確定反射光線位置的規(guī)律．(√)2．不是所有的反射現(xiàn)象都遵循反射定律．(×)3．發(fā)生漫反射時，反射角不等于入射角．(×)4．一束光從空氣進入水中時傳播方向一定改變．(×)eq\o([后思考])1．人站在平面鏡前面會看到自己的像．平面鏡成像的特點是什么？【提示】平面鏡成的像是虛像，像和物等大，像和物到鏡面的距離相等．2．入射角、折射角哪一個較大？【提示】沒有前提條件，無法確定．1．折射定律的表達式入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即eq\f(sini,sinr)＝常數(shù)．如圖4-1-1所示．也可以用eq\f(sini,sinr)＝n的數(shù)學(xué)公式表達，n為比例常數(shù)．這就是光的折射定律．圖4-1-12．對定律的理解(1)“同面內(nèi)”：“折射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)”，這句話大體上說明了三線的空間位置：折射光線在入射光線與法線決定的平面內(nèi)，即三線共面．(2)“線兩旁”：“折射光線與入射光線分居在法線兩側(cè)”，這句話把折射光線的位置又作了進一步的確定，使得折射光線的“自由度”越來越?。?i>0)(3)“正比律”：“入射角的正弦與折射角的正弦成正比”，即eq\f(sini,sinr)＝n，折射角r隨入射角i的變化而變化，入射角i的正弦與折射角r的正弦之比是定值，當(dāng)入射光線的位置、方向確定下來時，折射光線的位置、方向就惟一確定了．所以，光的折射定律是光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)中時，在傳播過程中遵循的必然規(guī)律．3．光線偏折的方向如果光線從折射率(n1)小的介質(zhì)射向折射率(n2)大的介質(zhì)，折射光線向法線偏折，入射角大于折射角，并且隨著入射角的增大(減小)折射角也會增大(減小)；如果光線從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)，折射光線偏離法線，入射角小于折射角，并且隨著入射角的增大(減小)折射角也會增大(減小)．如圖4-1-2所示．即光線的偏折情況與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)．圖4-1-24．折射光路是可逆的如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射，定律中的公式就變?yōu)閑q\f(sini,sinr)＝eq\f(1,n)，式中i、r分別為此時的入射角和折射角．1．關(guān)于光的反射與折射，下列說法正確的是()A．光發(fā)生反射時，光的傳播方向不一定改變B．光發(fā)生反射時，光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90°C．光發(fā)生反射時，光的傳播方向一定改變D．光發(fā)生折射時，一定伴隨著反射現(xiàn)象E．光發(fā)生反射時，一定伴隨著折射現(xiàn)象【解析】發(fā)生反射時，光的傳播方向一定發(fā)生改變，且可以改變90°，A錯，B、C對；發(fā)生折射時，一定伴隨著反射現(xiàn)象，但有反射現(xiàn)象，不一定有折射現(xiàn)象，D對，E錯．【答案】BCD2．如圖4-1-3所示，落山的太陽看上去正好在地平線上，但實際上太陽已處于地平線以下，觀察者的視覺誤差大小取決于當(dāng)?shù)卮髿獾臓顩r．造成這種現(xiàn)象的原因是什么？圖4-1-3【解析】太陽光線進入大氣層發(fā)生折射，使傳播方向改變，使人感覺太陽的位置比實際位置偏高．【答案】光的折射折射問題的四點注意1．根據(jù)題意畫出正確的光路圖；2．利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角的確定；3．利用反射定律、折射定律求解；4．注意光路可逆性、對稱性的應(yīng)用．介質(zhì)的折射率eq\o([先填空])1．定義：在物理學(xué)中，把光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角i的正弦與折射角r的正弦的比值，叫做這種介質(zhì)的折射率．2．公式：n＝eq\f(sini,sinr).3．理論和實驗的研究都證明：某種介質(zhì)的折射率n，等于光在真空中的傳播速度c(c＝3×108m/s)與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝eq\f(c,v).4．光在不同介質(zhì)中的速度是不同的，這正是光發(fā)生折射的原因．光在真空中的傳播速度c大于光在其他任何介質(zhì)中的傳播速度v，所以任何介質(zhì)的折射率都大于1.eq\o([再判斷])1．當(dāng)光從空氣垂直射入水中時，水的折射率為0.(×)2．光的折射率隨入射角增大而增大．(×)3．介質(zhì)的折射率越大，光在這種介質(zhì)中的傳播速度越?。?√)4．折射率大的介質(zhì)，密度不一定大．(√)eq\o([后思考])1．是否可以由折射率的定義式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)得出介質(zhì)的折射率與入射角θ1的正弦成正比，與折射角θ2的正弦成反比？【提示】不可以．折射率n由介質(zhì)的性質(zhì)和光的顏色決定，與入射角θ1和折射角θ2無關(guān)．2．光在折射率大的介質(zhì)中傳播速度越大還是越??？【提示】由v＝eq\f(c,n)知，n越大，v越?。?．介質(zhì)折射率的理解(1)光從真空射入某種介質(zhì)時，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但是，正弦值之比是個常數(shù)．該常數(shù)即介質(zhì)的折射率，也叫絕對折射率，它的大小由介質(zhì)本身及入射光的頻率決定，與入射角、折射角的大小無關(guān)．“折射率與sini(i為入射角)成正比，跟sinr(r為反射角)成反比”的說法和“折射率n跟光速v成反比”的說法是錯誤的．(2)同種介質(zhì)入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一個常數(shù)，不同介質(zhì)的常數(shù)不同，說明常數(shù)反映著該介質(zhì)的光學(xué)特性．(3)由于空氣折射率和真空折射率非常接近約等于1，因此當(dāng)光線從空氣射入介質(zhì)時，介質(zhì)折射率的定義式n＝eq\f(sini,sinr)也適用．(4)由n＝eq\f(c,v)知，某色光在折射率較大的介質(zhì)中光速較?。?．解釋折射現(xiàn)象(1)應(yīng)用折射定律解釋視深問題視深問題是折射定律的應(yīng)用．視深是人眼看透明物質(zhì)內(nèi)部某物點時像點離界面的距離．在中學(xué)階段，一般都是沿著界面的法線方向去觀察．在計算時，由于入射角很小，折射角也很小，故有：sinθ1/sinθ2≈tanθ1/tanθ2.如圖4-1-4所示，一物點S位于折射率為n的介質(zhì)中H深處，由于一般瞳孔線度為2mm～3mm，因此i和r角都很小，則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)，所以視深h＝eq\f(H,n).圖4-1-4如果從折射率為n的介質(zhì)中，觀察正上方距液面高為H的物體，同理可得h′＝nH(h′為視高)．利用視深、視高公式，不僅可以簡捷地測定介質(zhì)折射率，也可以方便地分析和解決與視深、視高有關(guān)的問題．(2)折射時的色散現(xiàn)象一束白光經(jīng)過棱鏡折射后發(fā)生色散，在光屏上形成一條彩色光帶，如圖4-1-5所示，即為折射中的色散光譜．光譜中紅光在最上端，紫光在最下端，這表明各種色光通過棱鏡后的偏折程度不同：紅光偏折程度最小，偏折角最小；紫光偏折程度最大，偏折角最大．圖4-1-5(3)光的色散現(xiàn)象表明的問題①同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大．②由n＝eq\f(c,v)可知，各種色光在同一介質(zhì)中的光速不同，紅光速度最大，紫光速度最?。弁活l率的色光在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不變，光速改變(v＝eq\f(c,n)＝λν)，波長亦隨之改變．3.一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，折射光路如圖4-1-6所示，則下列說法正確的是()圖4-1-6A．此介質(zhì)折射率為eq\f(\r(3),3)B．此介質(zhì)折射率為eq\r(3)C．光在介質(zhì)中速度比在空氣中小D．光在介質(zhì)中速度比在空氣中大E．當(dāng)入射角增大時，折射角也增大，但折射率不變【解析】由折射定律n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝eq\r(3)，A錯誤，B正確；又由n＝eq\f(c,v)知光在介質(zhì)中速度比在空氣中小，C正確，D錯誤．根據(jù)折射率的物理意義知，E正確．【答案】BCE4．一束光線從空氣射向折射率為的玻璃內(nèi)，入射角為45°，畫出反射和折射的光路示意圖．【解析】光在兩介