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新人教版 选择性必修一
第四章 光
第1节 光的折射
光给世界带来光明，使我们能看清周围的景物，进行各种活动；光从太阳、星球射到我们这里，给我们带来了宇宙空间的信息，使我们能够认识宇宙；光从原子、分子内部发射出来，使我们认识了微观世界的奥秘。光学既是物理学中一门古老的学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景。
按照不同的研究目的，光学可以粗略地分为两大分支：一支利用几何学的概念和方法研究光的传播规律，称为几何光学；另一支主要研究光的本性以及光与物质相互作用的规律，通常称为物理光学。
新课引入
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？
问题
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
问题思考
二、光的折射
学习任务一：折射定律
1.实验演示
入射角
10
30
40
50
60
70
80
折射角
6.6
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
1.51
1.54
1.57
1.63
1.70
1.80
1.95
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
=n（n为常数）
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
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？
学习任务一：折射定律
2.折射角和入射角的关系
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
入射角
10
20
30
40
50
60
70
80
折射角
6.6
13.2
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
玻璃
水
折射角
7.5
14.9
22.1
28.9
35.2
40.6
45
47.8
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
金刚石
折射角
4.1
8.1
11.9
15.4
18.5
21
22.9
24
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
学习任务一：折射定律
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:
学习任务一：折射定律
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。
二、光的折射
学习任务一：折射定律
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)画出光路图；
解析：光路图如图所示，其中AO为入射光线，OB为折射光线，OC为反射光线.
例题1
(2)当入射角变为45°时，折射角的正弦值为多大？
解析：
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 或
（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
学习任务二：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
学习任务二：折射率
例题2
一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距d/4 。求油的折射率和光在油中传播的速度。
解析：
（1）由几何关系可知
因此油的折射率
所以光在油中的传播速度
误区1:误认为折射率定义式中θ1一定是入射角
产生误区的原因是对折射率定义理解不清,θ1是真空(空气)中的光线与法线的夹角,不一定是入射角;θ2是介质中的光线与法线的夹角,不一定是折射角。
误区2:误认为介质的密度越大,折射率越大
这是由于不理解折射率和密度的关系,介质的折射率和密度没有必然的联系,密度大,折射率不一定大。
误区3:误认为折射率n与sin θ1成正比,与sin θ2成反比
其原因是对n= 只从数学表达式上理解,不理解折射率n的实质,其大小与入射角、折射角的大小无关。
误区：认识折射率的三大误区
当堂达标训练
1.光线以60°的入射角从空气射入折射率 的玻璃中，折射角多大？
画出光路图；
解析：如图有折射定律可知
解得
2.课本89页 为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个孔。假定坦克壁厚20cm，孔的左右两边距离12cm，孔内安装一块折射率为1.52的玻璃，厚度与坦克的壁厚相同。坦克内的人通过这块玻璃能看到的外界角度范围为多大 ？
r
i
当堂达标训练
空气
水
A
A
3.课本84页 将一根筷子插入装有水的玻璃杯中，看上去浸在的这段筷子产生了侧移，而且变 粗了，如何解释观察到的现象？
当堂达标训练
4.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
当堂达标训练
【解析】树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示

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