高中物理光的折射光的折射定律教师用书教科版

1．光的折射定律

学习目标知识脉络

1.经历实验探究过程，理解光的

折射定律．(重点)

2.知道折射率的意义，知道折射

率与光速的关系．(重点)

3.能根据折射定律解释一些自

然现象.

4.能应用折射定律分析视深问

题．(重点、难点)

光的反射和光的折射定律

[先填空]

1．光的反射和折射现象

(1)光的反射

当光射到两种介质的分界面时，一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象．

(2)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继续传播的现象．

2．光的折射定律

入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数．

[再判断]

1．反射定律是确定反射光线位置的规律．(√)

2．不是所有的反射现象都遵循反射定律．(×)

3．发生漫反射时，反射角不等于入射角．(×)

4．一束光从空气进入水中时传播方向一定改变．(×)

[后思考]

1．人站在平面镜前面会看到自己的像．平面镜成像的特点是什么？

【提示】平面镜成的像是虚像，像和物等大，像和物到镜面的距离相等．

2．入射角、折射角哪一个较大？

【提示】 没有前提条件，无法确定．

1．折射定律的表达式

入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即sin i sin r ＝常数．如图4­1­1所示．也可以用

sin i

sin r ＝n 的数学公式表达，n 为比例常数．这就是光的折射定律．

图4­1­1

2．对定律的理解

(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：折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面．

(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位置又作了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小．(i >0)

(3)“正比律”：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，即sin i

sin r ＝n ，折射角r 随

入射角i 的变化而变化，入射角i 的正弦与折射角r 的正弦之比是定值，当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就惟一确定了．

所以，光的折射定律是光从一种介质射向另一种介质中时，在传播过程中遵循的必然规律．

3．光线偏折的方向

如果光线从折射率(n 1)小的介质射向折射率(n 2)大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)．如图4­1­2所示．即光线的偏折情况与介质的性质有关．

图4­1­2

4．折射光路是可逆的

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，

定律中的公式就变为sin i sin r ＝1

n

，式中i 、r 分别为此时的入射角和折射角．

1．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 E ．光发生反射时，一定伴随着折射现象

【解析】 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 、C 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 对，E 错．

【答案】 BCD

2．如图4­1­3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？

图4­1­3

【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

折射问题的四点注意

1．根据题意画出正确的光路图；

2．利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角的确定； 3．利用反射定律、折射定律求解； 4．注意光路可逆性、对称性的应用．

介 质 的 折 射 率

[先填空]

1．定义：在物理学中，把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i 的正弦与折射角r 的正弦的比值，叫做这种介质的折射率．

2．公式：n ＝sin i

sin r

.

3．理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率n ，等于光在真空中的传播速度c (c ＝3×108

m/s)与光在这种介质中的传播速度v 之比，即n ＝c v

.

4．光在不同介质中的速度是不同的，这正是光发生折射的原因．光在真空中的传播速度c 大于光在其他任何介质中的传播速度v ，所以任何介质的折射率都大于1.

[再判断]

1．当光从空气垂直射入水中时，水的折射率为0.(×) 2．光的折射率随入射角增大而增大．(×)

3．介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小．(√) 4．折射率大的介质，密度不一定大．(√) [后思考]

1．是否可以由折射率的定义式n ＝sin θ1

sin 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？

【提示】 不可以．折射率n 由介质的性质和光的颜色决定，与入射角θ1和折射角θ2

无关．

2．光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？ 【提示】 由v ＝c n

知，n 越大，v 越小．

1．介质折射率的理解

(1)光从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，但是，正弦值之比是个常数．该常数即介质的折射率，也叫绝对折射率，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．“折射率与sin i (i 为入射角)成正比，跟sin r (r 为反射角)成反比”的说法和“折射率n 跟光速v 成反比”的说法是错误的．

(2)同种介质入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常数，不同介质的常数不同，说明常数反映着该介质的光学特性．

(3)由于空气折射率和真空折射率非常接近约等于1，因此当光线从空气射入介质时，介质折射率的定义式n ＝sin i sin r

也适用．