人教版高中物理选修3-4课件《光的折射定律》.

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实验器材：
玻璃砖 白纸、大头针若干、铅笔、直
尺、量角器
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实验过程：
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课堂练习2：用折射率为n的透明物 质做成内、外半径分别为a、b空心 球，如图所示，球的内表面涂有完 全吸收光的物质，则当一平行光束 射向此球时，球吸收的光束的横截 面积多大（指光束进入空心球前的 横截面积）？
画出临界光线！
绿 1.519
黄 1.517
橙 1.514
红 1.513 小
*各种色光在同一种介质中传播的速度不同。 红光在介质中的速度比其他色光大，紫光在介质中 的速度最小， •
请思考：用屏接收和用眼直接对着出射光看，看到的 光谱有没有区别？
红光在上面，紫光在下面。
看到的是虚像
红光在下面，紫光在上 面。
在粗略的讨论中可以忽略色散效 • 应。
自然界中的色散现象------虹、霓
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应用3：
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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有大气，看到太阳更早
没有大气，将迟一些看到太阳
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实验：测玻璃砖的折射率 问题： • 玻璃是一种透明介质，光从空气入 射到玻璃的界面上会发生折射，如 何把玻璃的折射率测出来？
A
i
N O r N' B 真空 玻 璃
玻 璃
B
N'
sini =n sinr
sinr 1 = n'= n sini
n玻璃对真空的折射率（即折射率）、n'真空对玻璃的折 射率。参见P71. •
几种介质的折射率
金刚石2.42
岩盐1.55
二硫化碳1.63
玻璃1.5~1.9
酒精1.38
水1.33
水晶1.55
求油的折射率和光在油中传播的速度。
A
F G O
A
B C
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B C
D
E
求出入射角和折射角的正弦！
A
F G
A
O
B C
B C
D
E
解：折射角AOF=ABG=450 OD=2CD可知入射角COD的正弦 CD1 = sinCOD= 2 2 5 CD +OD 油的折射率 sinAOF n= sinCOD
1/ 2 10 = = 2 1/ 5
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光由空气射入玻璃
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光由空气射入玻璃时入射角与折射角的一组数据： 入射角θ1 100 200 300 400 500 600 700 800 折射角θ2 6.70 13.30 19.60 25.20 30.70 35.10 38.60 40.60 θ1/θ2 1.50 1.50 1.53 1.59 1.63 1.71 1.81 1.97
N'
n为比例常数
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3.在折射现象中光路可逆。
A
i
N
O
A 空气 玻璃 i
N
O
空气 玻璃 B
r
r N'
N'
B
siniwenku.baidu.com=n sinr
sinr 1 = n'= n sini
入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，
上两种情况中比例常数互为倒数。
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4.特例：当入射角为0时， 折射角也为0（即光线垂直
A
N
O
空气 玻璃
入射时，不改变方向）与折
射定律并不矛盾。 sin0 =n sin0
N'
B
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二、折射率 1. 定义：物理学中把光从真空射入某 2. 种介质发生折射时，入射角θ1的正
3. 弦与折射角θ2的正弦之比n，叫做这
sini 4. 种介质的折射率。 sinr =n
2.某种介质的折射率，等于光在真空
中的传播速度c跟光在这种介质中的 c 传播速度v之比 n= v
所以α/2=i−β=150
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α=300
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sinθ1/sinθ2
1.49 1.49 1.49 1.51 1.50 1.51 1.50 1.51
1.光的折射定律： 折射光线跟入射光线和法线在同一平面内， 折射光线和入射光线分别位于法线的两侧， 入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。
A
θ1
N
O θ2
空气
玻璃
B
2.公式：
sinθ1 =n sinθ2
注意：
空气1.00028
1.空气的折射率是1.00028，通常情况下认为光从空气射 入某种介质时入射角正弦与折射角正弦之比就是那种介 质的折射率。 2.密度大的介质，其折射率不一定大，因为密度和折 射率反映的物理性质是不同的。
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折射率的理解 对于折射率应从下面几个层次来理解———— 1、在光的折射现象中，折射角随着入射角的变 化而变化，而两角的正弦值之比是个常数． 2、对于不同的介质，此常数的值是不同 的．n是一个反应介质光学性质的物理量 3、介质的折射率是由介质本身性质决定 的．它取决于光在介质中传播的速度． 4、介质的折射率反映了介质对光的偏折程度。 折射率越大，介质使光偏离原来传播方向的程 度就越大。
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解题小结：要 正确分析题意、 画出光路图、 找出几何关系。
随堂练习： 1. 在折射现象中，下列说法中正确的是：（） 2. A.折射角一定比入射角小 3. B.光从真空中射入不同介质，入射角一定时，折射角 大，表示该介质的折射率小 BC
4. C.介质的折射率大，光在其中的传播速度小
5. D.折射角和入射角的关系是：入射角增大多少倍，折 射角也同样增大多少倍
入射角变 大，折射 角也变大 被吸收！
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不被吸收
i
R
b
r i
a
被球吸收的光束 的横截面是什么 形状？
是一个以R为 半径的圆。
解：临界情况对应的光路如图所示。 由几何关系，sinr=
a b
na b
由折射定律sini=nsinr即sini= 故R=bsini=na 则球吸收的光束横截面积为：S=πn2a2
光在油中的传播速度
c v= n =1.9×108m/s
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应用2、光的色散
1.复色光在介质中由于折射率不同 而分解成单色光的现象，叫做光的 色散。 2.光的色散现象说明： *白光实际上是由各种单色光组成的复色光。 *介质材料对不同色光的折射率不同。 色光 折射率
介质中速度
紫靛 1.532 大
蓝 1.528
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对不同的介质， 常数n是不同的， 例如：光从空 气射入水中， n=1.33；光从空 气射入玻璃， n=1.50。可见n 是一个反映介 质的光学性质 的物理量。 研究表明：光发 生折射的原因， 是光在不同的介 质中传播速度不 同
光在真空中的速度c大于光在任何介质中的速度v，所以
任何介质的折射率n都大于1，光从真空射入任何介质时，入 射角都大于折射角。而光从任何介质射入真空，入射角都小 于折射角。 A i N O r 真空
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应用1：
人在水上看到物体 的像，比实际物体 位置偏上，感觉水 比较浅。
从上向下看,
实际深度H 视深h 折射率n
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例题1、如图所示，一储油桶，底面直径与 高均为d。当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的 某点B。当桶内油的深度等于桶高一半时，由点A沿AB方 向看去，看到桶底上的点C，两点C、B相距d/4。
光的折射定律
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一、光的折射定律 认 清 折 射 角 ！
A
θ1
N
O
θ2
空气
玻璃
B
实验表明：折射角随着入射 角而改变，但是入射角跟折 射角之间究竟有什么定量的 关系呢？
N'
人类从积累入射角与折射角的数据到找出两者之间的定量关 系，经历了一千多年的时间。 公元140年，希腊天文学家托勒密认为，入射角θ1与折射角 θ2之间存在简单的正比关系。即θ1/θ2=常数。 直到1621年荷兰数学家斯涅耳才终于找到了入射角与折射 角之间的规律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。 即sinθ1/sinθ2=常数
内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线。如图所示 （图中已画出入射光线和出射光线） （1）在图中大致画出光线在球内的路径和方向。 （2）求入射光线和出射光线之间的夹角α。
450
O α
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450
r O
β
i
α
A
解：（1）光路如图所示。 由于对称性，O点、球内反射点、及A点三点共线。 sin450 （2）据折射定律 =2 sinr 所以r=300 又β=450−r=150 则i=300
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2.如图所示是光由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃 砖射入空气中的光路图。O点是半圆形玻璃砖的圆 心。指出哪些情况是可能发生的，哪些情况是不可 能发生的。 O O O O
A BC是可能发生的
B
C
D
AD是不可能发生的
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3.红色细光束射到折射率n=2的透明球表面，光束在通过
球心的平面内，入射角i=450。研究经折射进入球内又经过