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(共55张PPT)
第四章 光
第一节 光的折射
课堂引入
射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置？是在昆虫的上方还是下方？
铅笔折断了吗？
海市蜃楼是怎么形成的？
光从第 1 种介质射到该介质与第 2 种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射；另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射。光在反射时遵从反射定律，光在折射时遵从什么规律呢？
光的反射和折射同时发生
问题与思考
界面
入射光线
反射光线
法线
入射角
反射角
1.光的反射：光照射到两种介质的界面上,一部分返回原来介质的现象。
（1）反射光线与入射光线、法线在同一平面内；（2）反射光线和入射光线分居法线两侧：（3）反射角等于入射角.
光路可逆
一、光的反射
2.光的反射定律：
光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
二、光的折射
θ1
θ2
空气
玻璃
N
N'
A
O
B
光的折射规律
二、光的折射
N
N′
空气
玻璃
i
r
O
A
B
界面
法线
入射光线
折射光线
入射角
折射角
(
(
反射光线
1.折射光线、入射光线、法线在同一平面内
2.折射光线和入射光线分居法线两侧
3.当光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于入射角
4.当光从玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角
5.当入射角增大时，折射角也随着增大
二、光的折射
入射角与折射角有什么定量关系呢？
入射角i
10
30
40
50
60
70
80
折射角r
6.6
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
i / r
1.51
1.54
1.57
1.63
1.70
1.80
1.95
sini/sinr
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
实验结论：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比
以光从空气射入玻璃为例
折射角和入射角的关系
二、光的折射
思考：如果将玻璃换成其它介质，入射角和折射角的正弦之比是否具有相同的结论？
sini/sinr
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
入射角i
10
20
30
40
50
60
70
80
折射角r
6.6
13.2
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
玻璃
水
折射角r
7.5
14.9
22.1
28.9
35.2
40.6
45
47.8
sini/sinr
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
金刚石
折射角r
4.1
8.1
11.9
15.4
18.5
21
22.9
24
sini/sinr
2.42
2.43
2.42
2.42
2.41
2.42
2.41
2.42
总结：光从一种介质进入到另一种介质时，总有入射角的正弦与折射角的正弦之比相等。
二、光的折射
斯涅耳
1621 年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了两者
之间的关系，并把它总结为光的折射定律（refraction law）：
二、光的折射
入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即:
说明：
（1）折射现象中光路是可逆的；
（2）光的传播方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化。并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化。
（3）光的传播速度:光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射,光传播的速度发生变化。
二、光的折射
1.规律得出的过程:
2.正确规律的得出往往要经过曲折的过程，要经过实践的多次检验。
古希腊哲学家托勒密的结论:折射角与入射角成正比
托勒密的实验数据记录非常详细、准确，只可惜欠缺数学眼光，致使结论的总结出现错误。而这个看来仅仅一步之遥的距离却又使人类经历了一千五百多年的探索！
科学足迹
荷兰数学家斯涅耳的结论:折射角与入射角的正弦成正比
说明：（1）n的大小与θ1和θ2无关，与介质和入射光
的频率有关，对于确定的介质，n是定值，不能说n∝sinθ1或n∝1/sinθ2
（2）折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。
2.定义式:
1.定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。用符号 n 表示。
（3）折射率反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害。
三、折射率
(4)光从一种介质进入另一种介质时,折射角与入射角的大小关系不要一概而论,要视两种介质的折射率大小而定。
(5)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时,入射角大于折射角,当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时,入射角小于折射角。
三、折射率
空气对光的传播影响很小，可以作为真空处理
由于光的折射，水中物体的位置看起来比实际位置要高些。
应用1：渔民叉鱼
渔民怎样才能叉到鱼？
四、生活中的折射现象
高
水
看到的气球在折射光线的反向延长线上.
空气
应用2：在水下看水面上的物体比实际位置高还是低？
四、生活中的折射现象
应用3：铅笔弯折之谜
空气
水
A
A
界面
四、生活中的折射现象
应用4：井中的青蛙看岸上的物体的位置偏向哪里？
偏向上方
井中的青蛙看井口的宽度是偏大还是偏小？
偏小
四、生活中的折射现象
19
S
S′
有大气，看到太阳更早
没有大气，将迟一些看到太阳
四、生活中的折射现象
应用5：蒙气差现象
四、生活中的折射现象
1．常规思路
(1)根据题意画出正确的光路图．
(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是与法线的夹角．
(3)利用折射定律、折射率公式列式求解．
解决光的折射问题的常规思路
(1)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 ，这是在视深问题中经常用到的关系式．
(2)当沿竖直方向看水中物体时，“视深”是实际深度的倍，n是水的折射率．
解决光的折射问题的视深问题
2．视深问题
课堂小结
光的折射
折射率
光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即:
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。用符号 n 表示。
【典例1】如图所示是光线以相同的入射角从空气射入三种不同介质时的折射情况，则在三种介质中光的传播速度最小的是（　　）
A．介质甲 B．介质乙 C．介质丙 D．三种介质均一样
【正确答案】C
典例分析
【典例2】光在某种玻璃中的传播速度是 ，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90°，则入射光线与反射光线的夹角成（　　）
A．30° B．60° C．45° D．90°
【正确答案】B
典例分析
【典例3】光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108 m/s)
(1)画出折射光路图;
(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度大小;
(3)当入射角变为45°时,折射角的正弦值是多大
(4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化
典例分析
【解析】 (1)由题意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角
θ2=180°-60°-90°=30°,光路图如图所示。
(4)折射率不会变化,折射率由介质和入射光线的频率决定,跟入射角的大小无关。
【典例4】如图所示,一束激光垂直于AC面照射到等边玻璃三棱镜的AB面上。已知AB面的反射光线与折射光线的夹角为90°。光在真空中的传播速度为c。求:(1)玻璃的折射率;
(2)激光在玻璃中传播的速度。
典例分析
【典例5】如图所示,一小孩站在宽6 m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5 m,河水的折射率为 ,试估算河水深度。
典例分析
【答案】 5.3 m
【解析】树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示
第四章 光
第一节 光的折射
实验：测定玻璃的折射率
玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？
课堂引入
二、实验原理
用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率
实验：测玻璃的折射率
三、实验器材
长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。
一、实验目的
测定玻璃的折射率。
四、实验步骤
（1）铺纸（将白纸用图钉固定在木板上）；
（2）在白纸上画一条线a作为界面，过a上的一点O（作为入射点）画法线NN′，并画AO作为入射光线；
（3）把玻璃砖放在白纸上，使它的一边与a对齐（确保O为实际入射点） ，确定玻璃砖的另一界面a′（确保出射点准确） ；
实验：测玻璃的折射率
（4）在直线AO上竖直插大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线让P2挡住P1的像。再在另一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3、P2、P1的像，记下P3、P4位置；
实验：测玻璃的折射率
（5）移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作
直线DC与a′交于O′（作为实际出射点），直线O′D代表沿AO方向的入射光通过玻璃砖后的传播方向；
（6）连接OO′，入射角 1=∠AON ，折射角 2＝ ∠N′OO′，用量角器量出入射角和折射角，求出对应的正弦值，记录在表格中；
（7）用上述方法求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中；
（8）算出不同入射角时的入射角与折射角的
正弦比值，最后求出几次实验的平均值为折射率.
实验：测玻璃的折射率
测玻璃的折射率
方法1——平均值法
算出不同入射角时的比值 ，最后求出在几次
实验中所测的 平均值，即为玻璃砖的折射率。
实验：测玻璃的折射率
方法2——图象法
以sinθ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，则 ，故玻璃砖折射率 。
五、数据处理
在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点、OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图 所示。由于 ，且CO＝DO，所以折射率 。
实验：测玻璃的折射率
方法3——作图法
(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′点之间距离要稍大一些。
(2)入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。
(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。
实验：测玻璃的折射率
六、注意事项
七、误差分析
(1)入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时，两大头针间距应适当大一些。
(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。
实验：测玻璃的折射率
【典例1】如图所示，当光以一定的入射角透过一块玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。
怎样确定与入射光线AO相对应的折射光线OO'
把玻璃砖放在木板上，下面垫一张白纸，在纸上描出玻璃砖的两个边a和a'。然后，在玻璃砖的一侧插两个大头针A、B，AB的延长线与直线a的交点就O。
（1）眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把_______挡住。如果在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把________挡住，插第四个大头针D，使它把__________挡住，那么大头针___________就确定了从玻璃砖射出的光线。
（2）在白纸上描出光线的径迹，测量θ1、θ2的角度，就能计算玻璃的折射率_____。
典例分析
典例分析
（3）实验中，应该采取哪些措施以减小误差 试写出两个。
①_________________；②_________________。
【典例2】（2022·江苏江苏·二模）某同学用“插针法”测量平行玻璃砖的折射率。如图所示，直线与之间的距离等于玻璃砖的厚度，a、b、c、d为大头针的位置，下列说法中正确的是（　　）
A．该同学在插大头针c时，只要使其挡住b的像即可
B．入射角较大时光会在玻璃砖下表面可能发生全反射
C．若实验时玻璃砖向上平移微小距离，结果不受影响
D．“插针法”实验只能用来测量平行玻璃砖的折射率
【答案】C
典例分析
【典例3】某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率,实验后留下的痕迹如图所示,设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,只需用刻度尺测量________和________(均选填“l1”“l2” “l3”或“l4”),则
玻璃砖的折射率可表示为________。
典例分析
【典例4】学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，
预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据
P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值，则：
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的
折射率的值为________。
(2)图中P3、P4两位置________处所对应的折射率大。
(3)作AO的延长线交圆周于点K，点K处所对应的折射率的值应为________。
【答案】(1)　(2)P4　(3)1

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