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(共36张PPT)
第一节 光的折射和全反射
这是一种什么生物呢？它是怎么拍摄出来的呢？
主要内容
光线
光的折射
1
2
全反射
3
01
PART 01
光线
一、光线
我们已经知道，光在同种均匀介质中是沿直线传播的。为了便于研究光的传播规律，物理学中常用一条带箭头的直线来表示光的传播方向，这条直线称为光线。它也是人们为了研究方便建构的一种物理模型。
光是一种特殊形态的物质，其本质是波长不同的电磁波。可见光的波长约在400～770 nm之间。
人眼在观察物体时，往往根据射入眼睛的光线的方向和光沿直线传播的经验来判断物体位置，认为光是从射入眼睛的光线的反向延长线处发出的，如下图所示。
一、光线
02
PART 02
光的折射
将一根筷子斜插入水中时，可观察到筷子在水面处发生弯折的现象，如右图所示。
这种光从一种介质射入另一种介质时，光线的方向发生改变的现象，称为光的折射。
二、光的折射
生活中可以经常看到光从空气射向水或玻璃时发生的折射现象，那么，光的折射角与入射角之间存在什么关系呢？
【活动与探究】 用玻璃砖探究光的折射规律
二、光的折射
发现问题：当光从空气射入玻璃时，入射角和反射角之间有什么规律呢？
提出假设：折射角一般随着入射角的增大而增大，可能与入射角成正比。
【活动与探究】 用玻璃砖探究光的折射规律
二、光的折射
设计方案：将一块矩形玻璃砖放在白纸上，用激光灯以一定的入射角从空气射向玻璃，如右图所示，测量激光进入玻璃后的折射角，尝试归纳折射规律。
【活动与探究】 用玻璃砖探究光的折射规律
二、光的折射
收集证据：使入射角从0°~80°之间，每隔10°测量一个折射角，记录到下表中。
入射角 0° 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80°
折射角
【活动与探究】 用玻璃砖探究光的折射规律
二、光的折射
结果验证：与本学习小组的同学一起分析以上实验数据，尝试归纳折射规律。最后得出结论：光的折射角与入射角 。
反思改进：与其他组的同学交流，最终可以得出什么结论？
直到 1621 年，荷兰数学家斯涅耳才发现了入射角和折射角之间存在的准确关系，但是不能解释其产生的原因。
后来有人猜测折射角与入射角之间的关系与它们的密度有关，又被实验证伪。
古人在公元2世纪测定了光从空气向水中折射时入射角与折射角的对应关系，并认为折射角与入射角成正比。近千年后被人证实是错误的。
二、光的折射
观察法是人们有目的、有计划地通过感觉器官或借助科学仪器对自然现象在自然发生的条件下 进行资料搜集的一种方法，是最基本、最古老、最直接的科学方法。
【思维与方法】 观察法
观察是获得感性材料的基本途径，人类探索自然的一切实践活动都离不开观察。在所有物理实验中必然使用观察法。
二、光的折射
当光从真空射入其他不同的介质时，会发生不同程度的偏折，这种现象显示了介质对光作用的性质。
原来，光在真空中的速度最大，约为 3×108 m/s，在其他介质中的速度都小于这一数值。
后来在法国科学家斐索和傅科通过实验测定了空气和水中的光速后，人们才真正了解折射规律。
二、光的折射
由于光在真空中的速度大于光在任何介质中的速度，所以，其他介质的折射率都大于 1。
为了描述介质的这种性质，人们把光在真空中的速度 c 和在介质中的速度 v 的比值，称为介质的折射率，用 n 表示：
二、光的折射
几种介质的折射率
二、光的折射
介质 折射率 介质 折射率
金刚石 2.42 甘油 1.47
二硫化碳 1.63 酒精 1.36
玻璃 1.5～1.9 水 1.33
树脂 1.5～1.8 冰 1.31
水晶 1.55 空气 1.000 28
眼镜片的材料一般有玻璃和树脂两种。玻璃镜片表面耐磨，但是重量较大，并且容易破碎，不安全。树脂镜片较轻，重量只有玻璃镜片的一半，抗冲击性是玻璃镜片的数十倍，所以很安全。树脂镜片还可以染色，进行多种框架的特殊加工，但树脂镜片表面较玻璃镜片易磨损，须细心护理。
【应用与拓展】 眼镜片与折射率
二、光的折射
假设光从折射率为 n1 的介质射入折射率为 n2 的介质（例如从空气射入玻璃）时，入射角为 θ1，折射角为 θ2，如右图所示。
二、光的折射
入射角和折射角之间的关系是：
即
n1 sinθ1＝n2 sinθ2
人们把这个规律称为光的折射定律，也称斯涅耳定律。
由折射定律可看出，发生折射时，光线在折射率大的介质中与法线的夹角小，在折射率小的介质中与法线的夹角大。
二、光的折射
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，即光路是可逆的。
03
PART 03
全反射
当折射角等于 90° 时，就出现了一种奇特现象。
光从光密介质射向光疏介质（例如从玻璃射向空气）时，折射角总是大于入射角。
两种介质相比较，折射率大的称为光密介质，折射率小的称为光疏介质。
三、全反射
【活动与探究】 探究光从光密介质射向光疏介质时的规律
发现问题：光从光密介质射向光疏介质时，折射角总是大于入射角。当折射角等于 90°以后，再增大入射角，会产生什么现象？
提出假设：如果当折射角等于 90°以后，再增大入射角，折射光线可能会消失。
三、全反射
设计方案：将将半圆柱形玻璃砖如右图所示放置在的标有圆心角度数的白纸上，让玻璃砖的圆心正对白纸上的圆心。让激光灯发出的光沿圆柱形玻璃砖的半径射向圆心，让入射角从0°开始，逐渐增大。观察以不同入射角入射的光线产生的折射现象，探究当折射角等于90°以后，会发生什么现象。
三、全反射
【活动与探究】 探究光从光密介质射向光疏介质时的规律
收集证据：使入射角从 0°开始逐渐增大，每隔 5°记录一次数据，将实验数据记录到下表中。
三、全反射
入射角 折射角 反射角 入射角 折射角 反射角
0° 30°
5° 35°
10° 40°
15° 45°
20° 50°
25° 60°
结果验证：通过此实验，可以发现：在光从玻璃射向空气时，随着入射角的增大，折射光线的亮度越来越 ，反射光线的亮度越来越 。当折射角等于90°时，入射角约为 ，发生了什么现象？再继续增大入射角，发生了什么现象？
反思改进：与其他同学交流，本实验若要测量得更加精确，需要采取什么措施？
三、全反射
【活动与探究】 探究光从光密介质射向光疏介质时的规律
当光从光密介质射向光疏介质，并且当入射角大于某一角度时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象称为全反射现象。
在全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角等于 90°时的入射角称为临界角，用 C 表示，如右图所示。
三、全反射
当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，就发生全反射现象。
不同的介质，由于折射率不同，在空气中发生全反射现象的临界角也不一样。根据折射定律可得
三、全反射
n sin C ＝ 1×sin 90°
知道介质的折射率，就可以用上式求出光从这种介质射到空气（或真空）界面时的临界角。水的临界角为 48.8°，各种玻璃的临界角为 32°～42°，金刚石的临界角最小，为 24.5°。
金刚石经过一定方式的切割，往往使进入其中的白光经过多次全反射后才从某个表面射出。由于光的色散现象，因此金刚石总会呈现出五彩斑澜的色彩，如右图所示。
三、全反射
【观察与体验】 观察水中的小球
用摄子将一个钢球夹住，放在火柴、蜡烛等火焰上薰烤，使其表面全部被薰黑。等钢球冷却后，将它放入一个盛水的玻璃杯中，观察其表面的颜色。
三、全反射
【思考与讨论】
与同学讨论，产生这一现象的原因是什么？
在右图所示的照片中，那个不明生物其实是一只漂浮在平静水面上的水鸟。摄影师在水面下用照相机以较大角度向水鸟拍摄，由于发生了全反射现象，所以我们看到的仅是水鸟在水面下的身体及其在水面上反射的倒影。
三、全反射
【应用与拓展】 海市蜃楼
三、全反射
【应用与拓展】 海市蜃楼
三、全反射
【应用与拓展】 海市蜃楼
三、全反射
【应用与拓展】 海市蜃楼
三、全反射
谢谢聆听！

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