(人教版)高中物理选修3-4课件：13.1光的反射和折射

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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 θ1 的__正__弦__与折射角 θ2 的__正__弦__之比，叫该介质的绝对折射率，简 称__折__射__率___．用 n 表示．
sin θ1 2．定义式：n＝__si_n__θ_2 _.
3．折射率与光速的关系
假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出 时刻与实际存在大气层的情况相比( )
A．将提前 B．将延后 C．在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D．不变
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第十三章 光
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解析： 假如地球周围没有大气层，太阳光将沿 直线传播，如图所示，在地球上 B 点的人将在太阳 到达 A′点时看到日出；而地球表面有大气层，由于 空气折射率大于 1，并且离地球表面越近，大气层越密，折射率 越大，太阳光将沿如图中 AB 曲线进入在 B 处的人眼中，使在 B 处的人看到了日出．但 B 处的人认为光是沿直线传播的，则认为 太阳位于地平线上的 A′点，而此时太阳还在地平线下，日出时 间提前了，所以无大气层时日出时间将延后．
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解析： 根据题意可知 b 光通过三棱镜后，传播方向偏离 原来方向大，所以 b 光折射率大，故 A 错，B 对；根据 v＝nc， 折射率大的在介质中的速度小，故 C 对，D 错．
答案： BC
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实验：测定玻璃的折射率 1．实验原理 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 θ1 和折射角 θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射 率：n＝ssiinn θθ12.
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(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′， 用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦 值，把这些数据记录在自己设计的表格中．
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2．实验器材 两面平行的玻璃砖、方木板、白纸、图钉(若干)、大头针四 枚、直尺、量角器、铅笔． 3．操作步骤 (1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上．
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光在不同介质中的_速__度___不同，且都_小___于__光在真空中的传
播速度；某种介质的折射率等于光在真空中c的_传__播__速__度___与光在 这种介质中的_传__播__速__度____之比，即 n＝___v___.
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光在某种玻璃中的传播速度是 3×108 m/s，要使光由
这种玻璃射入空气时折射光线与反射光线成 90°角，则入射角应
是( )
A．30°
B．60°
C．45°
D．90°
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由折射定律知 nsin θ1＝sin θ2＝sin(90°－θ1)＝cos θ1
即
tan
θ1＝n1＝
3 3
得 θ1＝30°
光射到两种介质的界面上时，通常同时发生反射和折射现
象．在应用折射定律时，要明确入射角 θ1 和折射角 θ2，还要弄清 θ1 和 θ2 的大小关系．
答案： A
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(2)在白纸上画出一条直线 aa′作为界面(线)，过 aa′上的一 点 O 画出界面的法线 NN′，并画一条线段 AO 作为入射光线．
(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟 aa′对齐， 画出玻璃砖的另一边 bb′.
(4)在直线 AO 上竖直插上两枚大头针 P1、P2，透过玻璃砖观 察大头针 P1、P2 的像，调整视线方向直到 P2 的像挡住 P1 的像．再 在观察者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 及 P1、P2 的像，记下 P3、P4 的位置．
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对折射率的理解 1．关于正弦值：当光由真空射入某种介质时，入射角、折 射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常 数． 2．关于常数 n：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，说明常数反映了该介质的 光学特性．
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(3)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 与入射光线分别位于_法__线__的两侧，__入__射__角__θ_1__与折射角 θ2 的正
sin θ1 弦成正比．即__s_in__θ_2__＝n12.
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2．折射及折射定律 (1)光的折射：光线从一种介质照射到两种介质的分界面时， 一部分光_进__入___另一种介质的现象． (2)入射角与折射角的定性关系： ①入射角：入射光线与_法__线___间的夹角． ②折射角：折射光线与__法__线__间的夹角． ③实验表明：入射角变化时，__折__射__角随着改变．
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1．光的反射和折射
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自学线索
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2－1：如图所示，两束单色光 a、b 分别照射到 玻璃三棱镜 AC 面上，穿过三棱镜后互相平行，则( )
A．a 光的折射率大 B．b 光的折射率大 C．a 光在三棱镜中的速度大 D．b 光在三棱镜中的速度大
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解析： 解题时要先根据题意作出光路图，标明入射角、 反射角、折射角，再应用折射定律计算入射角．
依题意作出光路图，如图所示．
折射角 θ2＝90°－θ1′＝90°－θ1 这种玻璃的折射率 n＝vc＝ 33××110088＝ 3
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(1)应用折射定律和反射定律解题的关键是确定入 射角和折射角．画出正确的光路图是解题的前提．
(2)入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定，注意法 线与界面的区别．
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解析： 法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，反射 光线、折射光线和入射光线都位于法线两侧．反射角大小等于入 射角，可知 CO 为入射光线，OB 为反射光线，OA 为折射光线．
答案： C
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3．折射率与光速的关系：介质的折射率 n 跟光在其中的传 播速度 v 有关，即 n＝vc，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，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．
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4．数据处理 处理方法一：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，与 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，如图甲 所示．
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3．入射角与折射角的大小关系：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．当光从真空斜射入介质时，入射角大于折 射角；当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．
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由于 sin θ1＝CCCO′，sin θ2＝DDDO′ 而 CO＝DO 则折射率 n＝ssiinn θθ12＝DCCD′′ 重复以上实验，求得各次折射率的计算值，然后求其平均值， 即为玻璃砖折射率的测量值．
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一、反射定律和折射定律 1．光的反射及反射定律 (1)光的反射：光从第一种介质射到它与第二种介质的 _分__界__面___时，一部分光会_返__回___到第一种介质的现象． (2)反射定律：__反__射__光线与_入__射___光线、法线处在_同__一___平 面内，反射光线与入射光线分别位于法线的_两__侧___；反射角 _等__于___入射角．
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处理方法二：根据折射定律可得
n＝ssiinn
θ1 θ2
因此有 sin θ2＝n1sin θ1
在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基
础上，以 sin θ1 值为横坐标、以 sin θ2 值为纵坐标，建立直角坐 标系，如图乙所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直
(4)光路可逆性：在光的反射现象和__折__射__现__象___中，光路都 是__可__逆___的．
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提示： 传播方向一般会发生变化，但当光垂直界面入射时， 光的传播方向就不变！
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(7)用上述方法分别求出入射角分别为 30°、45°、60°时的折 射角，查出它们的正弦值，填入表格中．
(8)算出不同入射角的比值ssiinn
θ1，最后求出在几次实验中所 θ2
测sin θ1的平均值，即为玻璃砖的折射率． sin θ2
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光在界面发生折射时： (1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整 的光路图． (2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系．根 据折射定律求解相关的物理量，如折射角、折射率等．
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答案： B
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1－1：如图所示是一束光从空气射向某介质在界 面上发生了反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是 ()
A．AO 是入射光，OB 为反射光，OC 为折射光 B．BO 是入射光，OC 为反射光，OA 为折射光 C．CO 是入射光，OB 为反射光，OA 为折射光 D．条件不足，无法确定
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对折射现象及折射定律的理解 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)．但并非一定变化，如光垂直界面入射时 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．