201X_201X版高中物理第4章光的波动性4.5光的折射沪科版选修3_4

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1.光的折射定律
(1)内容：当光从一种介质进入另一种介质时，在界面上光的传播方向
发生了明显的改变，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 两侧，入射角的正弦 跟_折__射__角__的__正__弦_
成正比，这就是光的折射定律.
(2)公式：
三、测定玻璃的折射率
实验原理
如图4所示，当光线AO以一定入射角i穿过两面平行的玻璃砖时，通过
插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线
OO′，量出折射角r，再根据n＝ssiinn
i r
算出玻璃的折射率.
图4
实验器材 一块长方形的玻璃砖、白纸、木板、大头针(4枚)、量角器(或圆规、三 角板)、刻度尺、激光笔、铅笔等. 实验步骤 1.把白纸铺在木板上. 2.在白纸上画一直线aa′作为界面，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，并使其长边与aa′重合，再用直尺画 出玻璃的另一边bb′. 4.在直线AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.
5.从玻璃砖bb′一侧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bb′一侧插上大头针P3、P4，使P3能挡 住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3本身.(若有激光笔，可用激光 笔沿P1、P2方向入射一束激光，从另一边射出来的激光束上插上两枚 大头针P3、P4). 6.移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置， 过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′，OO′就是入射光线 AO在玻璃砖内的折射光线.∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角.
答案
[知识深化] 1.折射定律(如图1所示)
图1
折射光线与入射光线和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 sin
i r
＝n.
2.在折射现象中光路是可逆的，即如果让光线逆着原来的折射光线射
到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射.
如图2所示的折射现象(α>β).下列结论中正确的是
√A.在水中的传播速度，光束a比光束b大
B.在水中的传播速度，光束a比光束b小
√C.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
图2
D.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大
解析
由公式n＝
sin sin
i r
，可得折射率na<nb，C正确，D错误.
由v＝nc，na<nb知va>vb，A正确，B错误.
第4章 光的波动性
4.5 光的折射
[学习目标]
1.理解光的折射定律，会用折射定律解释相关现象和计算有关问题. 2.理解折射率的定义及其与光速的关系. 3.了解折射中的色散，认识对同一介质、不同颜色的光折射率不同. 4.会测定玻璃的折射率.
内容索引
自主预习
预习新知 夯实基础
重点探究
启迪思维 探究重点
7.用量角器量出∠AON和∠O′ON′的度数.查出它们的正弦值，并把 这些数据填入记录表格里. 8.用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的 折射角，查出入射角i和折射角r的正弦值，记录在表格里. 9.算出不同入射角的 ssiinn的ri 值，比较一下，看它们是否接近一个常数.求 出几次实验测得的 ssiinn的ri 平均值，这就是这块玻璃砖的折射率.
3.折射率
(1)定义式：n＝ssiinn
i r
.
(2)决定式：n＝vc，由此可知，任何介质的折射率n都大于1.
(3)理解：①折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质
本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关.
②各种介质的折射率是不同的.
例1 (多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了
注意事项 1.轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的 光学面.严禁把玻璃砖当直尺用. 2.实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动. 3.插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光线方向时 出现的误差. 4.实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能 太大(接近90°)，否则会不易观察到P1、P2的像. 5.本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是采用三棱镜、半 圆形玻璃砖等，一样能测出折射率，只是出射光和入射光不再平行.
sin sin
ri＝n
.
2.折射率反映介质使光 偏折的性质.某种介质的折射率，等于光在真空 c
中的传播 速度跟c光在这种介质中的传播___速__度_之v 比，即n＝ .v 3.同一种介质对不同频率的光发生折射时，折射率是不同的，折射 率是随着光的频率的增大而增大的. 4.色散：当一束白光以某个角度入射介质时，由于各种色光的折__射__ 角不同，各种色光就 分开了，这种现象叫光的色散. 5.测定材料的折射率的原理是 折射定律 ，用插针法描绘光路.
重点探究
一、探究光的折射定律
[导学探究] 1.皎洁的月光下，在清澈的湖面上我们能通过水面看到月亮的倒影.同 时，月光能够照亮水中的鱼和草，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，那么这两部分光的去向遵 从什么规律呢？ 答案 折射定律和反射定律
答案
2.光的折射是因为光波在界面两侧不同介质中有不同的传播速度，你能用 惠更斯原理得到折射定律吗？ 答案 设光波在两种介质中的传播速度为 v1、v2 且 v1>v2，用惠更斯作图 法作出当波面 AB 到达介面 C 时，介质Ⅱ中从 A 点发出的子波所在的包络 面 CD，由作图可知 BC＝v1Δt，AD＝v2Δt，由几何关系知 sin i＝BACC，sin r ＝AADC，所以ssiinn ri＝ABDC＝vv12.
解析 答案
二、折射中的色散
[导学探究] 拿一块破碎的玻璃，迎着阳光看去，会发现玻璃的边缘出现彩色条纹， 这又是什么原因？ 答案 光在折射时发生了色散.
答案Βιβλιοθήκη Baidu
[知识深化] 图3表示白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、 绿、蓝、靛、紫，这说明：
图3 (1)透明物质对于波长λ不同的光的折射率n不同，λ越小，n越大. (2)在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波 速越慢.