光的折射—【新教材】人教版高中物理选修第一册课件

k sin2 sin 1
1，故玻璃砖折射率 n
n
1 k
。
3．作图法
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 2所示。
由于
， ，且CO＝DO，所以折射
6、入射角的正弦和折射角
的正弦成正比
比例常数
n = 12 斯涅耳定律
空气→玻璃 n 大于 1 玻璃→空气 n 小于 1
光由空气射入玻璃时入射角 i 和出射角 r 的数值表
入射角 折射角
i/r
sini/sinr
10°
6.7°
1.49
1.49
20°
13.3°
1.50
1.49
30°
19.6°
1.53
1.49
的折射率．相对折射率在高中不作要求 )
（2）n的大小与介质有关，与θ1和θ2无关，对于确定的介质，n是定值， 不能说n∝sinθ1或n∝1/sinθ2
（3）折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。
灵机一动
θ1
这跟惠更斯原理揭示的波折射的规律何其相似 光很有可能是一种波
光的反射、折射、干涉、衍射 、多普勒效应等波动特征在以 后的学习中会一一碰到
(3)光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角。( ) 答案 √ (4)折射定律是确定折射光线位置的规律。( ) 答案 √ (5)光的折射率随入射角增大而增大。( ) 答案 ×
例1.(多选)关于光的反射与折射,下列说法正确的是( ) A.光发生反射时,光的传播方向不一定改变 B.光发生反射时,光的传播方向可能偏转90° C.光发生反射时,光的传播方向一定改变 D.光发生折射时,一定伴随着反射现象 解析 光发生反射时,光的传播方向一定发生改变,且可以改变90°,A项错,B、 C两项对;发生折射时,一定伴随着反射现象,但有反射现象,不一定有折射 现象,D项对。 答案 BCD

5. 依据图4.1-3测量玻璃折射率的实验，回答
以下问题。
(1)证明图中的入射光线与射出玻璃砖的光线
是平行的。 证明：如图所示，光线射入玻璃砖时，
根据折射定律得
n＝ssiinn
θ1 θ2
，
光线射出玻璃砖时，同理可以得到，n＝
sin θ4 sin θ3
，
因为 θ2＝θ3，则 θ1＝θ4 ，
所以 AO∥O′D.
——托马斯·杨
托马斯·杨(Thomas Young，1773-1829)，英国物 理学家、考古学家、医生，光的波动说的莫基 人之一。
阳光照射水面时，我们能够看到水中的鱼 和草，同时也能看到太阳的倒影，这说明：光 从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一 部分光返回到空气中。一般来说，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(图4.1-1)。
6. 将一根筷子坚直插入装有水的玻璃杯中从水平方向 拍摄的照片如图4.1-8所示。看上去，浸在水中的这段筷 子产生了侧移，而且变粗了。如何解释观察到的现象?
证明：如图所示，A处物体反射的光射向圆形玻璃 杯壁 C 点发生折射，其折射光线的反向延长线交 OA 延长线于 B 点，故在侧面看到水面下方的筷子发生了 侧移，向杯壁方向移动.
课堂练习
1. 图4.1-5是光线由空气射入半圆形玻璃砖，再 由玻璃砖射入空气中的光路图，O点是半圆形玻 璃砖的圆心。指出哪些情况是可能发生的，哪些 情况是不可能发生的。
解：光从空气射人半圆形玻璃砖，即从光疏介 质射入光密介质，折射光线偏向法线，当光线沿 法线射入或射出玻璃砖时，光线不发生偏折，故 题图中甲、丁不可能发生，乙、丙是可能发生的.

并把它总结为光的折射定律。
sin 1
n12
sin 2
2.折射定律
（1）内容：折射光线与入射光线、法线在同一平面内，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。
（2）表达式：
sin 1
n12
sin 2
（3）注意：n12是比例常数，它与入射角
、折射角大小无关，只与两种介质的性质
有关。两种介质确定， n12是确定不变的。
3.光路可逆性
在光的反射和折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着
出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射。
二、折射率
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。
sin 1
2.公式： n
量误差较大。
新课讲授
测量玻璃的折射率
例3
(多选)某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时，他的方法和操
作步骤都正确无误，但他处理实验数据时，发现玻璃砖的两个光学面aa′和
bb′不平行，如图，则(
)
A．P1P2与P3P4两条直线平行
B．P1P2与P3P4两条直线不平行
C．他测出的折射率偏大
D．他测出的折射率不受影响
四、数据处理
1.图象法:
以sin θ1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，
1
sin 2 1
，故玻璃砖折射率 n
则k
。
sin 1 n
k
四、数据处理
2.单位圆法:在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法。

1.关于正弦值
当光由真空射入某种介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可
以改变的，但正弦值之比是一个常数。
2.关于常数
入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不
同的常数，说明常数反映着该介质的光学特性。
3.光的传播速度
介质的折射率跟光在其中的传播速率有关，即 =


2
D.
3

3
[解析] 光路图如图所示。根据折射定律得介质的折射率 =


由 = 得光在介质中的传播速度 =


=
3
，故D正确。
3
sin 60∘
sin 30∘
= 3，
3. 如图所示的装置可以测量棱镜的折射率。三角形表示待测直角棱镜
的横截面，棱镜的顶角为，紧贴直角边放置一块平面镜。一光线射到
第四章 光
第1节 光的折射
课标要求
课标
解读
1.通过实验，理解光
的折射定律。
2.会测量材料的折射
率。
素养要求
1.物理观念：理解折射率的物理意义。
2.科学思维：理解光的折射定律，并能用来解
释和计算有关的问题。
3.科学探究：掌握测定玻璃折射率的实验，会
解决与实验相关的问题。
要点一 折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别
（4）沿玻璃砖的另一侧面画一条直线′。
（5）在玻璃砖的′一侧白纸上竖直地立一枚大头针3 ，用眼睛观察调整视
线，同时移动大头针3 ，使3 恰好能同时挡住玻璃砖′ 一侧所插的大头针
1 、2 的像，此时把大头针3 插好。
（6）在玻璃砖′一侧再竖直地插一枚大头针4 ，使4 能挡住3 本身，同时

1．折射率的定义式中θ1为真空(空气)中的光线与法线的夹角，不一 定是入射角；θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定是折射角．
2．介质的折射率与介质的密度没有必然的联系．密度大，折射率 未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小．
实验：测量玻璃的折射率 一、实验目的 1．掌握测玻璃折射率的方法； 2．加深对折射定律的理解． 二、实验过程 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器 测入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝ssiinn ri.
c v
，由于光在
真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的
折射率n都大于1．
4．决定因素
介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小由介质本
身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化．
特别提醒：折射率的定义式n＝
sin sin
θ1 θ2
中的θ1为真空中光线与法线的
c 介质中的传播速度v之比，即n＝____v____.
4．特点 任何介质的折射率都__大__于__1__．
1．是否可以由折射率的定义式n＝
sin sin
θ1 θ2
得出介质的折射率与入射
角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比？
【答案】不可以．折射率n由介质的性质和光的颜Biblioteka 决定，与入射 角θ1和折射角θ2无关．
变式1 (2021届嘉兴联考)一束光线从空气射向折射率为 2 的玻璃
内，入射角为45°，下面的光路图中正确的是
()
【答案】C 【解析】光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，故A错
误；由反射定律得反射角为45°，根据折射定律n＝

靛、紫顺序依次增大。
[典例剖析]
例题2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?
2
据几何知识可得 OC= 2 R,联立可得光在 AB 面的
6
入射角的正弦值为 sin θ= 4 ,故选 B。
答案 B
问题二
对折射率的理解
[情境探究]
下表是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射时得到的实验数据,请
在表格基础上思考以下问题:
入射角i
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
折射角r
H= ,该介质的折射率n= √2 。光在AB面的入射角的正弦值为(
)
2
6
A. 3
6
B. 4
6
C.
5
6
D.
6
解析
sin
光路如图所示,在 C 点根据折射定律 n=
,代入数
sin
据解得 r=30°,在△OCE 中,根据几何知识可得


∠OCE=120°,根据正弦定理可得
=
,根
sin sin120°
光路可逆,可认为光由空气或真空以入射角θ2入射,对应的折射角为θ1。
2.对折射定律的理解
(1)“同面内”:“折射光线与入射光线、法线在同一平面内”,这句话大体上说
明了三线的空间位置。
(2)“线两旁”:“折射光线与入射光线分居在法线两侧”,这句话把折射光线的

sinθ1 据n＝_s_i_n_θ_2 _计算出玻璃的折射率。
思考辨析
『判一判』 (1)入射光线与反射光线在不同介质中。 (2)入射光线与反射光线关于法线对称。 (3)光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。 (4)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定减小。 (5)介质的密度越大,其折射率一定也越大。 (6)光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角。
(5) 移 去 大 头 针 和 玻 璃 砖 , 过 P3 、 P4 所 在 处 作 直 线 O′B 与 bb′ 交 于 O′ , 直 线 O′B 就 代 表 了 沿 AO 方 向 入 射 的 光 线 通 过 玻 璃 砖 后 的 传 播 方 向。
(6)连接OO′,入射角θ1＝∠AON,折射角θ2＝∠O′ON′。
解析：树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示
由图得 n＝ssiinnri
①
由几何关系得
1.5tani＋3tani＝6
解得 tani＝34 sini＝54
②
P 点至树岸边的距离为 3tani＝4
sinr＝
4 42＋h2
③
把②代入
③
得 h＝5.3 m
答案：5.3 m
对点训练
1．(2020·浙江省嘉兴一中，湖州中学高二下学期期中)一束光线从空 气射向折射率为 2的玻璃内，入射角为 45°，下面光路图中正确的是
课内互动探究
探究
好在地平线上,但实际上太阳已处于 地平线以下,观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。造成这种现
象的原因是什么？
提示：光的折射
要点提炼
1．光的方向 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(斜射)。 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。 2．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,因为光传播的速度发 生了变化。