高中物理 第4章 光的折射 1 光的折射定律教师用书 教科版选修3-4

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 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()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常数如图411所示也可以用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(i0)(3)“正比律”：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即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，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90C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 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.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(c3108 m/s)与光在这种介质中的传播速度v之比，即n.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1.1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()1是否可以由折射率的定义式n得出介质的折射率与入射角1的正弦成正比，与折射角2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1和折射角2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sin i(i为入射角)成正比，跟sin r(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也适用(4)由n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：sin 1/sin 2tan 1/tan 2.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2 mm3 mm，因此i和r角都很小，则sin itan i，sin rtan r，由折射定律知n，所以视深h.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hnH(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由n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)，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130，折射角260，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B此介质折射率为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，A错误，B正确；又由n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1.5 的玻璃内，入射角为45，画出反射和折射的光路示意图【解析】光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射；由反射定律知反射角为45，根据折射定律n得12.【答案】1折射率的定义式中i为真空(空气)中的光线与法线的夹角，不一定是入射角；r为介质中的光线与法线的夹角，也不一定是折射角2介质的折射率与介质的密度没有必然的联系密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小