[整理]3-44-5光的折射

第4章 光的波动性

4.5 光的折射

【学习目标】

1．知识与技能：理解光的折射定律，并能应用光的折射定律解决光的折射问题；掌握介质的折射率的概念，了解介质的折射率与光速的关系；掌握不同颜色色光偏折角的大小，理解光的色散现象。 2．过程与方法：通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生的折射现象，观察折射角随入射角的变化，根据得出的数据归纳出物理规律，培养学生的观察、概括能力，能从理论上分析论证光的折射定律，通过相关物理量变化规律的学习，培养学生分析、推理能力。

3．情感态度与价值观：渗透物理研究和学习的科学态度，在对光的色散学习，感受到 颜色的神奇魅力，加深科学概念，提高科学素质。

【要点导学】

1．光的折射

（1）折射定律：折射光线在入射光线和法线决定的平面内，且分居在法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。如果用n 来表示这个比例常数，就有

n i

=γ

sin sin ，这就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律。 2．折射率

（1）折射率的定义：某种介质的折射率，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,即v

c

n =

。由于c >v ，因此任何介质的折射率均大于1。 （2）常见介质的折射率，见3-4第P 92。 （3）n 由介质本身的特性及光的频率决定。同种介质对不同频率的光，由于v 不同，n 就不同， 红n 最小， 紫n 最大。

(4 ) 不同折射率的介质相比较，折射率大的叫光密介质，折射率小的叫光疏介质。 (5 ) 折射率是一个相对物理量，没有单位。 3．光的色散

（1）由于同一介质对不同的色光折射率不同，各色光分开的现象，叫做光的色散。 （2）一束白光（复色光）通过三棱镜后会发生色散，形成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色组成的光带，这个光带叫光谱。(按一定顺序排列的彩色光带） （3）光屏上形成的彩色光带，说明各种色光通过棱镜后的偏折角度不同。红光在最上端，红光的偏折角最小，棱镜对红光的折射率最小；紫光的偏折角最大，棱镜材料对紫光的折射率最大，红n <紫n 。

（4）光的色散现象：彩虹 4．测定材料的折射率

【方法举例】

1．准确应用折射定律公式

（1） 课本给出的折射定律的公式r

i

n sin sin =

，是指光从真空射向介质。在实际应用折射定律的公式时，要分清入射角、折射角、折射率的对应关系，不能死套公式。 （2）折射定律的推广为

1

2

21sin sin n n =θθ

由惠更斯原理，可以得到

1221sin sin v v =θθ，再根据v

c

n =可得到1221sin sin n n =θθ，因此，折射定律的公式可推广为1

2

21sin sin n n =θθ。

含义是当光以入射角1θ从折射率为1n 的一种介质折射进入折射

率为2n 另一种介质，折射角为2θ，如图4-5-1所示，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于两种介质折射率的倒数之比。 （3）推广公式

1

2

21sin sin n n =θθ 可灵活应用在不同的介质面上的折射，当光从真空射向介

质时，n 1 =1，n 2为该介质的折射率，即

1

sin sin 2

21n =

θθ。当光从介质射向真空时，n 2 =1，n 1为该介质的折射率，即

1

211

sin sin n =θθ。 2．各色光折射特点的比较 （1）、各色光是怎样排列的？（2）、各色光偏向角关系如何？（3）、同一媒质对不同色光的折射率大小关系如何？（4）、不同色光在同一媒质中的速率大小关系如何？（5）、不同色光在同一媒质中的波长大小关系如何？

3．“视深”分析

（1）“视深”指由于光的方向发生偏折，观察者看到的像的位置离开界面的距离。

（2）当从光疏介质观察光密介质中的对象时，视深小于实际深度；当从光密介质观察光疏介质中的对象时，视深大于实际深度。

（3）如图4-5-2，当从空气中垂直介质平面观察折射率为n 的介质中的对象时，

n

h h 实深视深=

；如图4-5-3，当从折射率为n 的介质中垂直介质平面观察空气中的对象时，

实深视深h n h ⋅=。

4．平行玻璃砖的光路特点

（1）所谓平行玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。 （2）图4-5-4，当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：①光在下表面的入射角与上表面的折

射角等大；②射出光线和入射光线平行；③射出光线

的侧移d （入射线和射出线间的距离）与折射率、入

射角、玻璃砖的厚度有关；④可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。

5．三棱镜的光路特点

(1) 如图4-5-6，通过棱镜的光线要向棱镜底面偏折；如果将该棱镜放入相对棱镜材料折射率较大的媒质中，光线将向顶角偏折，关于棱镜对光线的偏折作用，我们不能死记,应根据光的折射定律作出光路图来分析判断。

(2)棱镜要改变光的传播方向，但不改变光束的性质。 a 、平行光束通过棱镜后仍为平行光束； b 、发散光束通过棱镜后仍为发散光束； c 、会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。 (3)棱镜成像

隔着棱镜看物体的像是正立的虚像，像的位置向棱镜顶角方向偏移，如图4-5-6。

例1 光在某介质中的传播速度是2.122×108m/s ，当光线以30°入射角，由该介质射入空气时，折射角为多少？

[解析] 由介质的折射率与光速的关系得：v

c n = 又根据介质折射率的定义式得：i

r

n sin sin =

r 为在空气中光线、法线间的夹角即为折射角，所求i 为在介质中光线与法线间的夹角30°

h

图4-5-2 图4-5-5

图4-5-6