高中人教物理选择性必修一第4章 1 光的折射选择性必修第一册讲义

1．光的折射

学习目标：1.[物理观念]理解光的折射定律、折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系． 2.会根据光的折射定律作出光路图，并能用来解释和计算有关问题．

☆阅读本节教材，回答第80页“问题”并梳理必要知识点．教材第80页问题提示：是在昆虫实际位置的上方．

一、折射定律

1．光的反射和光的折射

(1)光的反射：光从第1种介质射到第1种介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这种现象叫作光的反射．如图所示．

(2)光的折射：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象．

2．折射定律

(1)内容：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；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即sin θ1

sin θ2＝n12.

(2)在光的折射现象中，光路是可逆的．

二、折射率

1．物理意义

反映介质的光学性质的物理量．

2．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，叫作这种

介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝sin θ1 sin θ2.

3．折射率与光速的关系

某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v

之比，即n＝c v.

4．特点

任何介质的折射率都大于1.

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)反射定律是确定反射光线位置的规律．(√)

(2)一束光从空气进入水中时传播方向一定改变．(×)

(3)当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0. (×)

(4)折射率大的介质，密度不一定大．(√)

2．(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，光的传播方向一定改变

C．光发生折射时，一定伴随着反射现象

D．光发生反射时，一定伴随着折射现象

BC[发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90°，A错，B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，C对，D错．] 3．若某一介质的折射率较大，那么光在该介质中的速度较________．

[解析]由n＝c

v可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小．

[答案]小

折射定律

问题1：看筷子的视深和实深相同吗？

问题2：甲、乙两个图中，虚线代表什么？

问题3：观察筷子和鱼的折射现象，其原理是什么？

提示：1.不相同 2.虚线表示光不发生折射时的传播路线．

3．光从水射入空气中，由于介质不同使光路发生偏折．

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.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．

【例1】(多选)如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是()

A．bO可能是入射光线

B．aO可能是入射光线

C．cO可能是入射光线

D．Ob可能是反射光线

BD[由于反射角等于入射角，入射光线、反射光线关于法线对称，所以aO、Ob

应是入射光线或反射光线，PQ是法线．又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线．]

(1)在反射、折射现象中，光路都是可逆的.

(2)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，但并非一定要变化；当光垂直分界面入射时，光的传播方向就不会变化.

[跟进训练]

1．如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，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？

[解析]太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，使人感觉太阳的位置比实际位置偏高．

[答案]光的折射

折射率

几种介质的折射率(λ＝589.3 nm t＝20 ℃)

介质折射率介质折射率

金刚石 2.42氯化钠 1.54

二硫化碳 1.63酒精 1.36

玻璃 1.5～1.8水 1.33

水晶 1.55空气 1.000 28

提示：不是．例如：水的密度比酒精的密度大，但水的折射率却比酒精的折射率小．1．关于正弦值

当光由真空射入某种介质中，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，说明常数反映着该介质的光学特性．

3．光传播速度

介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n＝c

v，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1.因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角．

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，它的大小只能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．

【例2】如图所示，光线以入射角θ1，从空气射向折射率为n＝2的玻璃表面．

(1)当入射角θ1＝45°时，反射光线与折射光线间的夹角θ为多大？

(2)当入射角θ1为多少时，反射光线与折射光线垂直？

思路点拨：本题主要考查反射角、入射角和折射角的概念，首先应弄清反射角、折射角和入射角的含义，然后根据光路图，利用几何知识解题．

[解析](1)由折射定律有n＝sin θ1

sin θ2，解得sin θ2＝

sin θ1

n＝

1

2，则θ2＝30°，由反射定

律得θ′1＝θ1＝45°，由几何关系可知反射光线与折射光线间的夹角为θ＝105°.

(2)当反射光线与折射光线垂直时，θ′1＋θ2＝90°

则n＝sin θ1

sin θ2＝

sin θ1

cos θ1′

＝

sin θ1

cos θ1＝tan θ1＝2

故θ1＝arctan2＝54.74°.

[答案](1)105°(2)54.74°

处理光的折射问题的一般思路