第1页 第十三章第十三章 光光第一节第一节 光的折射光的折射第2页 知识梳理图知识梳理图(学生用书学生用书P47)第3页 知知识点点 1.反射定律反射定律 2.折射定律折射定律 3.折射率折射率 4.实验:测定玻璃的定玻璃的折射率折射率第4页 情情 景景 设 置置 (学生用学生用书P47) “水中月水中月”的虚幻告的虚幻告诉人人们光的反射光的反射;有有经验捕捕鱼人人,总是把是把鱼叉叉向叉叉向鱼的前下方的前下方,这是什么道理呢是什么道理呢?第5页 一光的反射一光的反射1.反射反射现象象,如下如下图所示所示,当光当光线AO照射到两种介照射到两种介质(例如空气例如空气和玻璃和玻璃)的分界面上的分界面上时,在一般情况下分在一般情况下分为两条光两条光线:一条光一条光线OB返回原介返回原介质,称称为反射光反射光线,另一条光另一条光线OC进入另一入另一种介种介质,称称为折射光折射光线.入射光入射光线AO与法与法线ON所构成的平所构成的平面称面称为入射面入射面.入射光入射光线与法与法线的的夹角称角称为入射角入射角(1),反射反射光光线与法与法线的的夹角称角称为反射角反射角(1),折射光折射光线与法与法线的的夹角角称称为折射角折射角(2).第6页 2.反射定律反射定律光的反射遵循反射定律光的反射遵循反射定律:反射光反射光线在由入射光在由入射光线和法和法线所决定所决定的平面内的平面内,它与入射光它与入射光线分居法分居法线的两的两侧,反射角等于入射反射角等于入射角角.3.光路可逆光路可逆实验表明表明,如果逆着原来反射光如果逆着原来反射光线的方向射到反射面上的方向射到反射面上,它就它就要逆着原来入射光要逆着原来入射光线的方向反射出去的方向反射出去,这一一规律称律称为光路可光路可逆原理逆原理.在上在上图中如果中如果BO作作为入射光入射光线,则OA必必为反射光反射光线.第7页 二光的折射二光的折射1.光的折射光的折射现象象如上如上图所示所示,当光当光线入射到两种介入射到两种介质的分界面上的分界面上时,一部分光一部分光被反射到原来介被反射到原来介质,即反射光即反射光OB,另一部分光另一部分光进入第二种介入第二种介质,并改并改变原来的原来的传播方向播方向,即光即光线OC,折射光折射光线与法与法线的的夹角称角称为折射角折射角(2).注意注意:光从一种介光从一种介质进入另一种介入另一种介质时,传播方向一般会播方向一般会发生生变化化,但并非一定要但并非一定要变化化,当光垂直界面入射当光垂直界面入射时光的光的传播方播方向就不向就不变化化.第8页 深深 化化 探探 究究 (学生用学生用书P47)2.折射定律折射定律内容内容:折射光折射光线跟入射光跟入射光线和法和法线在同一平面内在同一平面内,折射光折射光线和和入射光入射光线分分别位于法位于法线的两的两侧,入射角的正弦与折射角的正入射角的正弦与折射角的正弦成正比弦成正比,即即式中的式中的n12是比例常数是比例常数3.在折射在折射现象中光路也是可逆的象中光路也是可逆的.如上如上图中中,当光当光线沿沿CO射到射到介面介面时,就会沿就会沿OA射到另一种介射到另一种介质中中.第9页 4.折射率折射率在折射定律中提到的比例常数在折射定律中提到的比例常数n12,是光从第是光从第1种介种介质到第到第2种种介介质时,入射角正弦和折射角正弦之比入射角正弦和折射角正弦之比.n12是常数是常数,它与入射它与入射角和折射角的大小无关角和折射角的大小无关,只与两种介只与两种介质有关有关,当光从真空入当光从真空入射到某种介射到某种介质时,此此时常数常数n12可可简单记为n.折射率折射率:光从真空射入某种介光从真空射入某种介质发生折射生折射时,入射角正弦与折入射角正弦与折射角正弦之比射角正弦之比,叫做叫做这种介种介质的的绝对折射率折射率,简称折射率称折射率,用用符号符号n表示表示.第10页 折射率折射率n与介与介质有关有关,是一个反映介是一个反映介质光学性光学性质的物理量的物理量.经研研究表明究表明,介介质的折射率不同的折射率不同,光在其中光在其中传播播时速度不同速度不同,某种某种介介质的折射率的折射率,等于光在真空中的等于光在真空中的传播速度播速度c与光在与光在该种介种介质中的中的传播速度播速度v之比之比,即即第11页 由于光在真空中的由于光在真空中的传播速度大于在任何介播速度大于在任何介质中的中的传播速度播速度,所以所以,折射率折射率n是一个大于是一个大于1的量的量,所以光从真空射入任何介所以光从真空射入任何介质时,sin1都大于都大于sin2,即入射角即入射角总大于折射角大于折射角,由以上分析由以上分析可知可知,当光从折射率当光从折射率较小的介小的介质进入折射率入折射率较大的介大的介质,发生折射生折射现象象时,入射角大于折射角入射角大于折射角;当光当光线从折射率从折射率较大的大的介介质进入折射率入折射率较小的介小的介质发生折射生折射现象象时,入射角小于折入射角小于折射角射角.如光如光线从空气入射到玻璃从空气入射到玻璃时,入射角大于折射角入射角大于折射角;当光当光线从金从金刚石入射到水中石入射到水中发生折射生折射时,入射角小于折射角入射角小于折射角(金金刚石的折射率石的折射率2.42 水的折射率水的折射率1.33).第12页 三三实验:测定玻璃的折射率定玻璃的折射率1.实验目的目的(1)明确光通明确光通过玻璃玻璃时的入射角和折射角的入射角和折射角.(2)掌握掌握测定玻璃折射率的方法定玻璃折射率的方法.第13页 2.实验原理原理如下如下图所示所示,用两面平行的玻璃用两面平行的玻璃砖对光路的光路的侧移移.用插用插针法找法找出入射光出入射光线AO对应的出射光的出射光线OB,确定出射点确定出射点O,画出折画出折射光射光线OO,量出入射角量出入射角1和折射角和折射角2,根据根据计算出玻璃的折射率算出玻璃的折射率.第14页 3.实验器材器材白白纸 图钉大大头针直尺直尺铅笔量角器平木板笔量角器平木板长方形玻璃方形玻璃砖.4.实验步步骤(1)将白将白纸用用图钉固定在平木板上固定在平木板上.(2)在白在白纸上画一条直上画一条直线aa作作为界面界面,过aa上的上的O点画出界面点画出界面的法的法线NN,并用一条并用一条线段段AO作作为入射光入射光线.(3)把把长方形玻璃方形玻璃砖放在白放在白纸上上,使它的使它的长边跟跟aa对齐,画出玻画出玻璃璃砖的另一的另一边bb.第15页 (4)在直在直线AO上上,竖直插上两枚大直插上两枚大头针P1 P2,透透过玻璃玻璃砖观察察大大头针P1 P2的像的像,调整整视线方向直到方向直到P2的像的像挡住住P1的像的像,再再在在观察者一察者一侧竖直插上两枚大直插上两枚大头针,P3 P4,使使P3挡住住P1 P2的的像像;P4挡住住P3及及P1 P2的像的像,记下下P3 P4的位置的位置.(5)移去玻璃移去玻璃砖和大和大头针,过P3 P4作直作直线OB交交bb于于O点点,直直线OB就代表了沿就代表了沿AO方向入射的光方向入射的光线通通过玻璃玻璃砖后的后的传播方播方向向.第16页 (6)连接接OO,OO即即为入射光入射光线AO经玻璃折射后在玻璃中的玻璃折射后在玻璃中的折射光折射光线,入射角入射角1,折射角折射角2.用量角器量出入射角和折射用量角器量出入射角和折射角角.从三角函数表中从三角函数表中查出它出它们的正弦的正弦值,求出求出(7)用上述方法分用上述方法分别量出入射角分量出入射角分别为30、45、60时的折射的折射角角,查出相出相应折射角的正弦折射角的正弦值,求出折射率求出折射率.(8)将算出不同入射角将算出不同入射角时的折射率的折射率,求出求出 的平均的平均值,即即为所所测玻璃的折射率玻璃的折射率.第17页 5.注意事注意事项(1)实验时,尽可能将大尽可能将大头针竖直插在直插在纸上上,且且P1和和P2之之间,P2与与O之之间,P3与与P4之之间,P3与与O之之间的距离要稍大一些的距离要稍大一些.(2)入射角入射角1应适当大一些适当大一些,以减小以减小测量角度的量角度的误差差,但入射角但入射角不宜太大不宜太大,也不宜太小也不宜太小.(3)操作操作时,手不能触摸玻璃手不能触摸玻璃砖的光学面的光学面,更不能用玻璃更不能用玻璃砖当尺当尺子画子画线.(4)在在实验过程中程中,玻璃玻璃砖与白与白纸的相的相对位置不能改位置不能改变.(5)玻璃玻璃砖应选用用宽度度较大的大的,宜在宜在5 cm以上以上.第18页 6.数据数据处理理此此实验是通是通过测量入射角和折射角量入射角和折射角,然后然后查数学用表数学用表,代入代入 中求得玻璃的折射率中求得玻璃的折射率,除运用此方法外除运用此方法外,还可以用以可以用以下下处理数据的方法理数据的方法:在找到入射角和折射角后在找到入射角和折射角后,以入射点以入射点O为圆心心,以任意以任意长为半径半径画画圆,分分别交入射光交入射光线AO于于C点点,交折射光交折射光线OO或或OO的的延延长线于于D点点,分分别过C D两点两点,作垂直作垂直NN的垂的垂线,交交NN与与C、D.用直尺量出用直尺量出CC和和DD的的长. 第19页 第20页 典典 例例 分分 析析 (学生用学生用书P49)一关于折射率的概念一关于折射率的概念例例1:一束光从某种介一束光从某种介质射入空气中射入空气中时,入射角入射角1=30,折射角折射角2=60,折射光路如下折射光路如下图所示所示,则下列下列说法正确的是法正确的是( )A.此介此介质折射率折射率为B.此介此介质折射率折射率为C.此介此介质的折射率大于空气的折射率的折射率大于空气的折射率D.光在介光在介质中的速度比空气中大中的速度比空气中大第21页 解析解析:折射率等于当光折射率等于当光线从真空或空气射入某种介从真空或空气射入某种介质发生生折射折射时入射角的正弦跟折射角正弦之比入射角的正弦跟折射角正弦之比,此此时为从某种介从某种介质入射到空气入射到空气,所以所以 故故B选项正确正确,空气的折空气的折射率接近射率接近1,或者或者说21,所以所以该介介质的折射率大于空气的折的折射率大于空气的折射率射率,C选项正确正确.答案答案:BC第22页 巩固巩固练习1 如果光以同一入射角从真空射入不同介如果光以同一入射角从真空射入不同介质,则( )A.折射角越大折射角越大,表示表示这种介种介质对光光线的偏折作用越大的偏折作用越大B.折射角越大折射角越大,表示表示这种介种介质对光光线的偏折作用越小的偏折作用越小C.折射角越小折射角越小,表示表示这种介种介质对光光线的偏折作用越大的偏折作用越大D.折射角越小折射角越小,表示表示这种介种介质对光光线的偏折作用越小的偏折作用越小第23页 解析解析:根据折射率的定根据折射率的定义 在入射角相同的情况下在入射角相同的情况下,折射角越小的介折射角越小的介质,其折射率越大其折射率越大,该介介质对光光线的偏折作的偏折作用越大用越大;反之反之,折射角越大折射角越大,其折射率越小其折射率越小,该介介质对光光线的偏的偏折作用越小折作用越小.所以所以B C选项正确正确.答案答案:BC第24页 二有关折射率的二有关折射率的计算算问题例例2:一一细杆杆AB的一部分的一部分贴着柱形容器的内壁插入装着柱形容器的内壁插入装满某种透某种透明液体的容器内明液体的容器内,眼睛从容器的眼睛从容器的边缘D斜往下看去斜往下看去,发现细杆杆的的A端端经液面反射的像恰好与液面反射的像恰好与B端端经液面折射形成的像重液面折射形成的像重合合,如下如下图所示所示,已知容器直径已知容器直径CD=4 cm,AB=7 cm,AC=3 cm,则该液体的折射率液体的折射率为多少多少?第25页 解析解析:A关于液面成像于关于液面成像于A,细杆的杆的B点折射后也成像于点折射后也成像于A,光路光路图如下如下图所示所示答案答案:1.13第26页 巩固巩固练习2 如下如下图所示所示,空气中有一空气中有一块横截面呈扇形的玻璃横截面呈扇形的玻璃砖,折射率折射率为 现有一有一细光束光束,垂直射到垂直射到AO面上面上,经玻璃玻璃砖反射折射后反射折射后,经OB面平行返回面平行返回,AOB为135,圆的半径的半径为r,则入射点入射点P点距点距圆心心O的距离的距离为( )第27页 答案答案:C第28页 三三实验:测定玻璃定玻璃砖的折射率的折射率例例3:某同学用某同学用“插插针法法”做做测定玻璃折射率定玻璃折射率实验时,他的方法和他的方法和操作步操作步骤都正确无都正确无误,但他但他处理理实验记录时,发现玻璃玻璃砖的的两个光学面两个光学面aa和和bb不平行不平行,如下如下图所示所示,则( )A.P1P2与与P3P4两条直两条直线平行平行B.P1P2和和P3P4两条直两条直线不平行不平行C.他他测出的折射率偏大出的折射率偏大D.他他测出的折射率不受影响出的折射率不受影响第29页 解析解析:光光线由由aa进入玻璃入玻璃砖时,由折射定律得由折射定律得 光光线bb射出玻璃射出玻璃砖时,由折射定律由折射定律 若若aabb,则有有=r,进而而=i,出射光出射光线OB与入射光与入射光线OA平行平行,若若aa与与bb不平行不平行,则r,进而而i,出射光出射光线OB与入射光与入射光线AO不平不平行行,故故B选项正确正确,A错误.在插在插针法法测玻璃折射率玻璃折射率时,只要只要实验方法正确方法正确,光路准确无光路准确无误,结论必定正确必定正确,它不受玻璃的形它不受玻璃的形状影响状影响,故故D选项正确正确,C选项错误.答案答案:BD第30页 点评点评:课本上用长方形玻璃砖做实验课本上用长方形玻璃砖做实验,但并不是说但并不是说,只能用只能用长方形玻璃砖做实验长方形玻璃砖做实验,其实用截面为梯形其实用截面为梯形 三角形三角形 半圆形半圆形等形状的玻璃砖都可以等形状的玻璃砖都可以,只要方法正确即可只要方法正确即可.第31页 四四 综合综合 创新与拓展创新与拓展例例4:假设地球表面不存在大气层假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比与实际存在大气层的情况相比( )A.将提前将提前B.将延后将延后C.某些区域将提前某些区域将提前,在另一些区域将延后在另一些区域将延后D.不变不变第32页 解析解析:由于地球表面存在大气由于地球表面存在大气,而大气并不是均匀介质而大气并不是均匀介质,高高空空气稀薄空空气稀薄,折射率小折射率小,而接近地面大气密度大而接近地面大气密度大,折射率较折射率较大大,可认为大气折射率由高空到地面的折射率是逐渐增大可认为大气折射率由高空到地面的折射率是逐渐增大的的.阳光经过大气层时就要发生折射阳光经过大气层时就要发生折射,使光线逐渐偏折沿曲使光线逐渐偏折沿曲线传播线传播.如果假设没有大气层如果假设没有大气层,光将沿直线传播光将沿直线传播.如下图所如下图所示示.在地球上在地球上B点的人将在太阳到达点的人将在太阳到达A点时看到日出点时看到日出;而地而地球表面有大气层时球表面有大气层时,由于空气的折射率大于由于空气的折射率大于1,太阳光将沿太阳光将沿如图所示如图所示AB曲线进入在曲线进入在B处的人眼中处的人眼中,使在使在B处的人看到处的人看到了日出了日出,但但B处的人认为光是沿直线传播的处的人认为光是沿直线传播的, 第33页 则认为太阳位于地平线上的则认为太阳位于地平线上的A点点,而此时太阳的实际位置而此时太阳的实际位置还在地平线以下还在地平线以下,相当于日出时刻提前了相当于日出时刻提前了,所以无大气层时所以无大气层时日出的时间将延后日出的时间将延后,故选故选B.答案答案:B第34页 梯梯 度度 练 习 (学生用学生用书P50)基基础强强化化第35页 解析解析:介质的折射率是由介质材料本身和入射光的频率决定介质的折射率是由介质材料本身和入射光的频率决定,与其他因素无关与其他因素无关.故故D选项正确选项正确.答案答案:D第36页 2.一束光由空气射入某介一束光由空气射入某介质,当入射光当入射光线和界面的和界面的夹角角为30时,折射光折射光线恰好与反射光恰好与反射光线垂直垂直,则光在光在该介介质中的中的传播速度播速度是是( )答案答案:D第37页 3.在某地的在某地的观察者看察者看见太阳太阳刚从地平从地平线升起升起时,关于太阳的关于太阳的实际位置下列叙述正确的是位置下列叙述正确的是( )A.太阳位于地平太阳位于地平线上方上方B.太阳位于地平太阳位于地平线下方下方C.太阳位于地平太阳位于地平线上上D.大气密度未知大气密度未知,无法判断无法判断答案答案:B第38页 4.让光光线斜射斜射过两面平行的玻璃两面平行的玻璃砖,以下判断正确的是以下判断正确的是( )A.出射光出射光线的方向与玻璃的折射率有关的方向与玻璃的折射率有关,n越大越大则偏向角越大偏向角越大B.出射光的方向与玻璃出射光的方向与玻璃砖的厚度有关的厚度有关C.光光线通通过玻璃玻璃砖后后侧向移向移动而方向不而方向不变D.光光线通通过玻璃玻璃砖时,没有没有发生偏折生偏折,出射方向不出射方向不变答案答案:C第39页 5.下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.光从一种介质进入另一种介质时光从一种介质进入另一种介质时,一定会发生偏折一定会发生偏折B.光从空气进入介质光从空气进入介质,折射角大于入射角折射角大于入射角C.光从空气进入介质光从空气进入介质,速度要减小速度要减小D.折射即指光的传播方向发生改变的现象折射即指光的传播方向发生改变的现象第40页 解析解析:当光当光线沿法沿法线方向入射到另一种介方向入射到另一种介质中中时,光光线方向不方向不发生改生改变,而速度而速度发生生变化化,如果光如果光线从空气从空气进入某种介入某种介质时,速度减小速度减小,因因为空气和真空折射率空气和真空折射率认为相等且等于相等且等于1,其它其它介介质的折射率都大于的折射率都大于1,故故C选项正确正确.答案答案:C第41页 答案答案:C第42页 能力提升能力提升7.两束两束细平行光平行光a和和b相距相距为d,从空气中互相平行地斜射到从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃方体玻璃砖的上表面的上表面,如如图所示所示,若玻璃若玻璃对a的折射率大于的折射率大于对b的折射率的折射率,当它当它们从玻璃从玻璃砖的下表面射出后的下表面射出后,有有( )第43页 A.两束光仍平行两束光仍平行,间距等于距等于dB.两束光仍平行两束光仍平行,间距大于距大于dC.两束光仍平行两束光仍平行,间距小于距小于dD.两束光不再平行两束光不再平行解析解析:光路如图所示由光路图可知光路如图所示由光路图可知dd,故故C选项正确选项正确.答案答案:C第44页 8.一条光一条光线以以40 的入射角从真空中射到平板透明材料上的入射角从真空中射到平板透明材料上,光光的一部分被反射的一部分被反射,一部分被折射一部分被折射,折射光折射光线与反射光与反射光线的的夹角可能是角可能是( )A.小于小于40B.在在50100之之间C.在在100140之之间D.大于大于140解析解析:由光路图可知由光路图可知光由真空射入介质中折射光由真空射入介质中折射,折射角折射角0na,故故a光的光的频率小于率小于b光的光的频率率;又在介又在介质内的内的传播速度播速度 所以棱所以棱镜内内a光的光的传播速度播速度va比比b光的光的传播播速度速度vb大大;在真空和介在真空和介质中的波中的波长分分别是是所以无所以无论是真空中是真空中还是在棱是在棱镜内内,均是均是a光的波光的波长长.答案答案:BD第47页 10.一玻璃柱体的横截面一玻璃柱体的横截面为半半圆形形.细的的单色光束从空气射色光束从空气射向柱体的向柱体的O点点(半半圆的的圆心心),产生反射光束生反射光束1和透射光束和透射光束2.已已知玻璃折射率知玻璃折射率为 入射角入射角为45(相相应的折射角的折射角为24).现保持入射光不保持入射光不变,将半将半圆柱柱绕通通过O点垂直于点垂直于图面的面的轴线顺时针转过15,如如图中虚中虚线所示所示,则( )A.光束光束1转过15B.光束光束1转过30C.光束光束2转过的角度小于的角度小于15D.光束光束2转过的角度大于的角度大于15第48页 答案答案:BC第49页 11.由某种透明物由某种透明物质制成的等腰直角棱制成的等腰直角棱镜AOB,两腰都两腰都为16 cm,且两腰与且两腰与Ox和和Oy轴都重合都重合,如如图所示所示,从从BO边的的C点注点注视A棱棱,发现A棱的位置在棱的位置在D点点,在在C D两点插上大两点插上大头针,测出出C点的坐点的坐标为(0,12),D点的坐点的坐标为(9,0),由此可以算出由此可以算出该透明透明物物质的折射率的折射率为多大多大?第50页 第51页 12.如如图所示所示,用某种透光物用某种透光物质制成的直角三棱制成的直角三棱镜ABC;在垂在垂直于直于AC面的直面的直线MN上插两枚大上插两枚大头钉P1 P2,在在AB面的左面的左侧透透过棱棱镜观察大察大头针P1 P2的像的像,调整整视线方向方向,直到直到P1的像的像_,再在再在观察的察的这一一侧先后插上两枚大先后插上两枚大头针P3 P4,使使P3_,P4_. 第52页 记下下P3 P4的位置的位置,移去大移去大头针和三棱和三棱镜,过P3 P4的位置作直的位置作直线与与AB面相交于面相交于D,量出量出该直直线与与AB面的面的夹角角为45;则该透光物透光物质的折射率的折射率n=_,并在并在图中画中画出正确完整的光路出正确完整的光路图.第53页