第一节、光的折射定律

2011-5-13
华清中学 孙自军
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小资料： 小资料：绝对折射率与相对折射率
在折射现象中，光通过两种介质， 在折射现象中，光通过两种介质，所以光的偏 者程度与这两种介质有关。社光从介质1射入介质2 者程度与这两种介质有关。社光从介质1射入介质2， 这时式中的n叫做介质2对介质1 相对折射率， 这时式中的n叫做介质2对介质1的相对折射率，通常 来表示， 用n21来表示，即：
利用惠更斯原理证明折射定律
• 若在介质1、介质2中波 若在介质1 介质2 速分别为v 速分别为v1、v2 • 入射光与法线夹角i, 入射光与法线夹角i, 反射光与法线夹角r. 反射光与法线夹角r. • RtΔA1B1B2中: ∠B1A1B2=i • RtΔA1A2B2中: ∠A1A2B2=r • B1B2/v1=A1A2/v2 ① B1B2=A1B2sini ② A1A2=A1B2sinr ③ ②③代入 代入① 由②③代入①: 2011-5-13 sini/v1=sinr/v2
sin i =n sin r
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3、折射角与光速的关系 光发生折射的原因是由于光在不同的介质 光发生折射的原因是由于光在不同的介质 中的传播速度不同； 中的传播速度不同；光在某些介质中传播速度 这些介质叫做光密介质 光密介质； 慢，这些介质叫做光密介质；光在某些介质中 传播速度快，这些介质叫做光疏介质。光密介 传播速度快 这些介质叫做光疏介质。 光疏介质 质和光疏介质是相对 相对的 例如， 质和光疏介质是相对的，例如，当界面为空气 和水时，水为光密介质；当界面为水和玻璃时， 和水时，水为光密介质；当界面为水和玻璃时， 水为光疏介质。 水为光疏介质。 注意： 注意：光密介质和光疏介质的概念与物质的 密度的概念无关 密度的概念无关。 2011-5-13 的概念无关。 华清中学 孙自军
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α 玻 = 29.24°
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例 2 已知玻璃的折射率是n1=1.52， 水的折射 已知玻璃的折射率是 ， 率是n 率是 2=1.33，求光在玻璃中和水中的传播速度。 ，求光在玻璃中和水中的传播速度。
c 解：由 n = 得，光在玻璃中的传播速度为 v
8 c = 3 × 10 m/s ≈ 1.97 × 10 8 m/s v1 = n1 1.52
sini/sinr = n21
光从真空中射入某种介质时的折射率，叫做该 光从真空中射入某种介质时的折射率， 介质的绝对折射率，简称为某介质的折射率， 介质的绝对折射率，简称为某介质的折射率，通常 来表示： 用n来表示：
sin i n= sin r
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几个关系式
n21=v1/v2 n12=v2/v1 n21=1/n21
周璐系列课件——光 光 周璐系列课件
第二节
光的折射
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知识回顾
光的直线传播
1 ． 光在同种均匀介质中沿直线 传播
2．光在真空中的传播速 度c = 3×10 8 m/s
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月食现象
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光的反射
• 反射定律 • 反射光线跟入射光线跟法线在同一平面 上 ， 反射光线和入射光线分别位于法线 两侧，反射角等于入射角。 两侧，反射角等于入射角。 • α=β
折射光线偏离入射光线的程度可以转化为折射 折射光线偏离入射光线的程度可以转化为折射 光线与入射光线的关系来表示 的关系来表示。 光线与入射光线的关系来表示。 2011-5-13 华清中学 孙自军
1、光的折射 光从一种介质斜射入另一种介 质时， 传播方向一般会发生变化， 质时 ， 传播方向一般会发生变化 ， 这种清中学 孙自军
光的折射
光在传播的路径上遇到另一种透明物质 光束不再按照原来的方向前进， 时，光束不再按照原来的方向前进，而是偏 向另一个方向传播—发生了光的折射 发生了光的折射； 向另一个方向传播 发生了光的折射；入射 光线、折射光线、法线三者在同一平面内。 光线、折射光线、法线三者在同一平面内。
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5、光的折射规律 、
当入射角为0º 折射角也为0º (1) 当入射角为 时，折射角也为 ，光线不 发生偏折。例如，光线垂直射向介质表面时， 发生偏折 。 例如 ， 光线垂直射向介质表面时 ， 传播 方向不改变； 方向不改变； (2) 入射角增大时 ， 折 入射角增大时， N N 入射光线 α1 α1 射角也随着增大； 射角也随着增大； 空气 (3) 折射中光路是可逆的； 折射中光路是可逆的； O 玻璃 α2 (4) 光从空气斜射入其他 α2 折射光线 介质中（例如玻璃中）， 折 介质中（ 例如玻璃中） N' N' 射角小于入射角； 射角小于入射角； 若光从其它介质斜射向空气， 若光从其它介质斜射向空气，折射角大于入射 角。 2011-5-13 华清中学 孙自军
∵ AB // A′ B′ , α 2 = α 2 , ∴ MO // O′N ′
可见光穿过两面平行的透明板后， 可见光穿过两面平行的透明板后，方向并不改 只是发生侧向偏移，透明板越厚，入射角越大， 变，只是发生侧向偏移，透明板越厚，入射角越大， 侧向偏移越大。 侧向偏移越大。
2011-5-13 华清中学 孙自军 若光线垂直入射，因不折射，则不发生侧向偏移。 若光线垂直入射，因不折射，则不发生侧向偏移。
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思考与讨论
光以60 例 1 光以 ° 的入射角从空气射向重火石玻 璃（n = 1.80），求折射角。 ） 求折射角。 解：由光的折射定律 sinα空 n = 玻 sinα玻 得
sin α 玻 = = sin α 空 n玻 N' N 60º O
空气 玻璃
α
sin 60° = 0.48 1.80
思考与讨论
1. 请问你看到水中的鱼比实际深度是深些还 是浅些？为什么？ 是浅些？为什么？ 2. 光线以 的入射角从空气射入折射率为 光线以60º的入射角从空气射入折射率为 1.33的水中，折射角是多少？画出光路图。 的水中，折射角是多少？画出光路图。 的水中 3. 光线从某种物质射入真空中，测得入射角 光线从某种物质射入真空中， 为180º，折射角为 ，求这种物质的折射率和光 ，折射角为30º， 在其中的传播速度。 在其中的传播速度。
由于光的折射， 由于光的折射 ， 水池看上去比实 际深度浅
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光从水中射入空气中 时 ， 在介质分界面上 光发生了折射。 光发生了折射。
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2、折射定律（斯涅耳定律 ） 折射定律（ 折射光线跟入射光线和法线在同一平面 里 ， 折射光线跟入射光线分居法线的两 侧 ， 入射角的正弦与折射角的正弦之比 等于常数。 等于常数。
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补充： 补充：平行透明板
两个表面是相互平行平面 的透明体叫做平行透明板 平行透明板。 的透明体叫做平行透明板。 光穿过平行透明板， 光穿过平行透明板，光 线发生了侧移， 线发生了侧移，则
n1 sin α1 = n2 sin α 2 ; n2 sin α′ = n1 sin α 1 ; ′ 2
n21=v1/v2=(c/n1)/(c/n2)=n2/n1
n1sini= n2sinr
根据上式可以知道， 根据上式可以知道，如果光线逆着原来的折射光线 由介质2射到界面上，即入射角为r 在介质1 由介质2射到界面上，即入射角为r，在介质1中光线 将逆着原来的入射光线发生折射，即折射角等于i 将逆着原来的入射光线发生折射，即折射角等于i。 就是说，在折射现象中光路也是可逆的。 就是说，在折射现象中光路也是可逆的。由此可判 断当光线由某种介质射入真空（或空气） 断当光线由某种介质射入真空（或空气）时折射角 与入射角的大小关系。 与入射角的大小关系。
法线 入 射 角 i A1 r折 A2 射 角 法线 分 B1波阵面 界 面 B2 波阵面
4、折射率
• 光从真空射入某种介质发生折射的时候，入射角的 光从真空射入某种介质发生折射的时候， 正弦sin 与折射角的正弦sin 之比值n 正弦 sin i ， 与折射角的正弦 sin r 之比值 n 叫做这 种介质的折射率。 种介质的折射率。 sin i n= sin r • 理论研究和实验研究都证明 ： 某种介质的折射率 n ， 理论研究和实验研究都证明： 某种介质的折射率n 等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v 等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v 之比。 之比。 c n= v • 由于光在介质中的传播速度总是小于光在真空中的 传播速度，所以任何介质的折射率n均大于1 传播速度，所以任何介质的折射率n均大于1。
光在水中的传播速度为
8 c = 3 × 10 m/s ≈ 2.3 × 10 8 m/s v2 = n2 1.33
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训练1 光线由空气射入某种介质， 训练1、光线由空气射入某种介质，折射光线 与反射光线恰好垂直，已知入射角是53 53° 与反射光线恰好垂直，已知入射角是53°， 则这种介质可能是什么？ 则这种介质可能是什么？ 训练2、一束宽度为10 cm的平行光束，以 的平行光束， 训练2 一束宽度为10 cm的平行光束 60°的入射角从空气射入折射率为1.73 1.73的 60°的入射角从空气射入折射率为1.73的 介质中，界面光滑平整，求反射光束和折 介质中，界面光滑平整， 射光束的宽度。 射光束的宽度。
几种介质的折射率 介 质
金刚石 重火石玻璃 二硫化碳 水 晶 轻冕牌玻璃 甘 油 莹 石
折射率
2.42 1.80 1.63 1.54 1.52 1.47 1.43
介 质
酒 精 乙 醚 水 冰 盐 酸 水 汽 空气
折射率
1. 36 1. 35 1. 33 1. 31 1. 25 1. 026 1. 0003