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光给了我们一个明亮的世界,可是它自己却像一团谜。人们不断争论光的问题。光学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。,按照不同的目的,光学分为两大分支: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规律,称为物理光学,光到底是什么?这个问题早就引起了人们的注意,不过在很长的时间内人们对它的认识却进展很慢。,到了17世纪,科学界已经形成两种学说。一种是光的微粒说,认为光是一种物质微粒,在均匀的介质中以一定的速度传播,牛顿支持微粒说。另一种是光的波动说,是惠更斯首先提出的,认为光是在空间传播的某种波。两者都能解释一些现象,但又不能解释当时观察到的全部现象。,到了19世纪初,人们在实验中观察到了光的干涉、衍射现象,这是波动的特征,不能用微粒说解释,证明波动说的正确性。19世纪60年代,麦克斯韦预言了电磁波的存在,并认为光是一种电磁波。此后赫兹在实验中证实了这种假设,这样光的电磁说使光的波动说发展到了几乎完美的地步,取得了巨大的成功。,但是在19世纪末又发现了新的现象光电效应,这种现象用波动说无法解释。爱因斯坦于20世纪初提出了光子说,认为光具有粒子性,从而解释了光电效应并因此获得诺贝尔奖,现在人们认识到,光即具的波动性,以具有粒子性,13.1光的反射和折射,光射到界面时,能进入另一种介质,同时又回到原来的介质。这样的现象分别叫光的折射和反射,1,2,折射光线,入射光线,反射光线,光的反射和折射,判断入射、折射、反射光线、法线、界面?,1.光的反射:光射到介质1、介质2的界面时,一部分光返回到介质1的现象,(1)反射光线、入射光线、法线共面,(3)反射光线、入射光线关于法线对称,(2)反射角等于入射角(光线与法线的夹角),O,A,B,(4)光路可逆:沿原来的反射光线入射,将沿原来入射光线射出,(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,二、光的折射,1.定义:光从介质1斜射入介质2时,传播方向发生改变的现象,1,2,折射光线,入射光线,2. 规律,(3)当入射角增大时,折射角也随着增大,(4)光路可逆:沿原来的折射光线入射,将沿原来入射光线射出,当光从空气(光疏介质)斜射入水中(光密介质)时,折射角小于入射角,当光从水(光密介质)斜射入空气(光疏介质),折射角大于入射角,思考;入射角、折射角大小关系静与介质的关系 ?,光由空气射入玻璃时入射角1和出射角2的数值表:,1,2,5,6,7,8,3,4,入射角正弦和折射 角正弦比值相等,斯涅耳定律,思考:入射角的正弦与折射角的正弦的比为常数,它跟什么因素有关呢?,光传播所通过的物质(介质),威里布里德斯涅耳简介 威里布里德斯涅耳(1591-1626),荷兰数学家和物理学家,曾在莱顿大学担任数学教授。斯涅尔最早发现了光的折射定律,使几何光学的精确计算成为了可能。折射定律(也称斯涅耳定律)是从实验中得到的,未做任何的理论推导,虽然正确,但却从未正式公布过。只是后来惠更斯和伊萨克沃斯两人在审查他遗留的手稿时,才看到这方面的记载。 首次把折射定律表述为今天的这种形式的是笛卡儿,他没做任何的实验,只是从一些假设出发,并从理论上推导出这个定律。笛卡儿在他的屈光学(1637)一书中论述了这个问题。 折射定律是几何学的最重要基本定律之一。斯涅耳的发现为几何光学的发展奠定了理论基础,把光学发展往大大的推进了一步。,4.说明:(1)n的大小与介质有关,与i和r无关,对于确定介质,n是定值 (2)折射率无单位,任何介质的折射率皆大于1(n1)(原因呢?)(动摩擦因数值特点呢?),三、折射率,1. 定义:光从真空射入某种介质时,入射角i与折射角r的正弦比值,叫做该介质的绝对折射率n,简称折射率。,3.决定式:某介质的折射率,等于光在真空中的速度C与光在介质中的速度v之比:,5.几种介质的折射率(比较密度),真空折射率 = 1,6. 意义:反映介质对光的偏折能力的大小,7.折射原因:光在不同介质中的速度不同,问题:玻璃是一种透明介质,光从空气入射到平行玻璃砖的界面上会发生折射,如何把玻璃的折射率测出来?,四、学生实验:测玻璃砖的折射率,1、原理:折射定律,2、方法:用插针法研究某一条光线经过平行玻璃砖,测出折射角和入射角。,空气,玻璃,i=?,r=?,界面,法线,3、实验器材:玻璃砖、白纸 、大头针若干、铅笔、直尺、量角器,(1)铺纸(将白纸用图钉固定在木板上),(2)在白纸上画一条线aa作为界面,过aa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aa对齐(确保O为实际入射点) ,确定(如何确定,联想验证平行四边形定则实验中记录力的方向)玻璃砖的另一界面bb (确保出射点准确),步骤(边听边模仿),(6)连接OO,入射角i=AON,折射角r NOO, 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,(5)移去在大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线 DC与bb交于o(作为实际出射点),直线OD代表沿AO方向入射光通过玻璃砖后的传播方向,(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,(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,5、注意事项: (1)入射角一般取15o75o为宜 (太小,相对误差大;太大,使折射光线弱,不易观察) (2)插针要竖直,且间距适当大些(精确确定光路) (3)插针法实验,玻璃砖不能动(移动会改变光路图 ) (4)确定边界线时严禁把玻璃砖当尺子用(损坏玻璃砖),画边界线时描两点确定边界线 (5)玻璃砖宽度在5cm以上(让折射光线长点以减小误差),4、数据处理: (1)计算法:量角度计算 (2)作图法:画一个圆与折射、入射光线相交于A、E两点,从交点作两条与法线垂直的线段,量出两条线段长度,应用1:,人在水上看到物体的像,比实际物体位置偏上,感觉水比较浅。,假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比, A.将提前 B.将延后 C.不变 D.在某些地区将提前,在另一些地区将延后,没有大气,有大气,海市蜃楼现象,练习:空中有一只小鸟,距水面3m,其正下方距水面4m深处有一条鱼。已知水的折射率为4/3,则鸟看水中的鱼离它 m,鱼看天上的鸟离它 m,6,8,
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