高中物理-選擇性必修1-第四章-1-光的折射

1光的折射1.通過實驗,理解光的折射定律。2.理解折射率的定義及折射率與光速的關系。3.能用光的折射定律解決相關問題。4.會測量材料的折射率。1|折射定律1.光的反射和折射:一般說來,光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界

面時,一部分光會①

返回

到第1種介質(zhì),這個現(xiàn)象叫作光的反射;另一部分光會

②

進入

第2種介質(zhì),這個現(xiàn)象叫作光的折射。2.折射定律:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的兩側;入射角的正弦與折射角的正弦成③

正比

,即④

=n12。3.光路的可逆性:在光的反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象中,光路都是⑤

可逆

的。1.定義:光從⑥

真空

射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時,入射角的⑦

正弦

與折

射角的⑧

正弦

之比,叫作這種介質(zhì)的絕對折射率,簡稱折射率,用符號n表示。2.折射率與光速的關系研究表明,光在不同介質(zhì)中的傳播⑨

速度

不同,且都⑩

小于

光在真空中的

傳播速度;某種介質(zhì)的折射率,等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳

播速度v之比,即n=

。2|折射率3|測量玻璃的折射率1.實驗原理用

插針法

確定光路,找出跟入射光線相對應的出射光線,就能畫出

折射

光線,用量角器測

入射

角θ1和

折射

角θ2,根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率n=

。2.實驗器材

兩面平行的玻璃磚

、白紙、木板、大頭針四枚、圖釘四枚、量角器、三角板(或直尺)、

鉛筆

。3.實驗步驟(1)將白紙用圖釘釘在平木板上。(2)如圖所示,在白紙上畫出一條直線aa'作為界面(線),過aa'上的一點O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為

入射

光線。(3)把兩面平行的玻璃磚放在白紙上,使它的一條邊跟aa'對齊,畫出玻璃磚的另一邊

bb'。(4)在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)

整視線方向直到P2的像

擋住

P1的像。再在觀察者一側豎直插上兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3及P1、P2的像,記下P3、P4的位置。(5)移去大頭針和玻璃磚,過P3、P4所在點作直線O'B與bb'交于O'點,直線O'B就代表

了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向。(6)連接O、O',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用

量角器

測出入射角和折射角,從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值,把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設計的表格中。(7)用上述方法測出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角,查出它們的正弦值,填入表格中。(8)算出相應的比值

,最后求出在幾次實驗中

的

平均值

,即玻璃磚的折射率。1.光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射。

(

?)提示:光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時,一部分光會進入第2種介質(zhì),

這個現(xiàn)象叫作光的折射。2.若光從空氣中射入水中,它的傳播速度一定減小。

(√)3.一束光從空氣進入水中時,傳播方向一定發(fā)生變化。

(

?)提示:光垂直于水面從空氣進入水中時,傳播方向不發(fā)生變化。4.入射光線、反射光線與法線必共面。

(√)判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“?”。5.在光的反射現(xiàn)象中,光路是可逆的,在光的折射現(xiàn)象中,光路是不可逆的。

(

?)提示:在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。6.光從真空斜射入任何介質(zhì)時,入射角均大于折射角。

(√)7.在測玻璃的折射率時,入射角越大越好。

(

?)1|對折射率的理解關于正弦的比值當光由真空射入某種介質(zhì)時,入射角、折射角是可以改變的,但其正弦的比值是一

個常數(shù)。關于折射率n入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一個常數(shù),一般不同介質(zhì)具有不同的常數(shù),說

明這個常數(shù)是一個反映介質(zhì)的光學性質(zhì)的物理量。這個常數(shù)就是介質(zhì)的折射率n,

折射率描述介質(zhì)對光線偏折能力的大小。折射率與光速的關系光在介質(zhì)中的傳播速度v跟該介質(zhì)的折射率n有關,v=

。由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何介質(zhì)中的傳播速度v,因此任何介質(zhì)的折射率n都大于1。折射率的決定因素介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學性質(zhì)的物理量,它的大小由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)

共同決定,不隨入射角、折射角的變化而變化。歸納總結

(1)折射率的定義式中θ1為真空(空氣)中的光線與法線的夾角,不一定是

入射角;θ2為介質(zhì)中的光線與法線的夾角,也不一定是折射角。(2)介質(zhì)的折射率與介質(zhì)的密度沒有必然的聯(lián)系。密度大,折射率未必大,如水和酒

精,水的密度較大,但水的折射率較小。2|解決光的折射問題的思路情境

在南美原始森林的河流里有一種射水魚,它在水中看到水面上方的樹枝上

停留的昆蟲等獵物后,便向獵物射水,獵物落在水面上后進行捕殺,如圖是射水魚在

水中射水準確擊中樹枝上小昆蟲的照片。問題1.射水魚看到小昆蟲的光的傳播路線是怎樣的?提示:射水魚在水中看到水面上方的樹枝上停留的昆蟲,是昆蟲“發(fā)出”的光射向

水面,發(fā)生折射,再進入射水魚的眼睛中,因此光的傳播路線是由空氣→水中。2.水中的魚看到的小昆蟲是在實際昆蟲的上方還是下方?提示:水面上方的小昆蟲“發(fā)出”的光線斜射入水中發(fā)生折射,折射光線靠近法線,進入魚眼,魚“認為”光沿直線傳播,看到的是折射光線的反向延長線上的小昆蟲

的虛像,所以魚看到的小昆蟲在實際昆蟲的上方。3.當搜索到停歇在水面附近樹枝、草葉上的昆蟲后,射水魚會選擇合適的角度,瞄

準目標,從口中噴射出一股水柱,將小蟲擊落水中吃掉。根據(jù)你學過的光學知識判

斷,它在水下向水面上的小蟲噴水時,噴射的方向應該怎樣?提示:在水面附近,不考慮水柱的重力,魚看到的是變高的小蟲的像,故它在水下向

水面上的小蟲噴水時,噴射方向應該在看到的小蟲的下方。視深問題人正對界面觀察介質(zhì)中的物體,看到的深度(視深)h跟實際深度H有何關系呢?(1)如圖所示,一可視為質(zhì)點的物體S位于折射率為n的介質(zhì)中H深處,由于一般都是

沿著界面的法線方向去觀察,且瞳孔線度很小,因此i和r角都很小,則sini≈tani=

,sinr≈tanr=

,由折射定律知n=

=

,所以視深h=

。(2)如果從折射率為n的介質(zhì)中,觀察正上方空氣中距界面距離為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)的折射率,也可以方便地分析和解

決與視深、視高有關的問題。

處理光的折射問題的一般思路(1)根據(jù)題意畫出光路圖。(2)利用幾何關系確定光路圖中的邊、角關系,要注意入射角、折射角均是光線與

法線的夾角。(3)利用折射定律、折射率公式列式求解。畫光路圖時應特別注意的問題:①光路是可逆的;②垂直分界面入射的光線,沿直線

傳播;③方向指向截面為半圓形的玻璃磚圓心的光線,進入玻璃磚時不偏折。

數(shù)據(jù)處理處理方法一:利用量角器測出入射角和折射角,然后查三角函數(shù)表,找出入射角和折

射角的正弦值,再代入n=

中求玻璃的折射率。處理方法二:在找到入射光線和折射光線以后,以入射點O為圓心,以任意長為半徑

畫圓,與AO交于C點,與OO'(或OO'的延長線)交于D點,過C、D兩點分別作NN'的垂

線,交NN'于C'、D'兩點,用直尺量出CC'和DD'的長,如圖甲所示。由于sinθ1=

,sinθ2=

3|測玻璃的折射率而CO=DO,所以折射率n=

=

。多次改變?nèi)肷浣?重復以上步驟,然后求各次所得折射率的平均值,即玻璃折射率的

測量值。處理方法三:根據(jù)折射定律可得n=

因此有sinθ2=

sinθ1在多次改變?nèi)肷浣?測量入射角和相對應的折射角,查得正弦值基礎上,以sinθ1的值

為橫坐標、以sinθ2的值為縱坐標建立直角坐標系,如圖乙所示,描數(shù)據(jù)點,過數(shù)據(jù)點

連線得到一條過原點的直線。求解圖線斜率,設斜率為k,則k=

,故玻璃的折射率n=

。注意事項(1)玻璃磚要厚,用手拿玻璃磚時,只能接觸玻璃毛面或棱,嚴禁用玻璃磚當尺子畫界面;(2)入射角在30°到60°之間較好;(3)大頭針要豎直插在白紙上,且玻璃磚每一側的兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的

距離應盡量大一些,以減小確定光路方向時造成的誤差;(4)玻璃磚的折射面要畫準;(5)由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜蛯嶒?因此入射光線與出射光線要