选修3-4131光的反射和折射.ppt

光给了我们一个明亮的世界，可是它自己却像一团谜。人们不断争论光的问题。光学是物理学中一门古老的学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景。,按照不同的目的，光学分为两大分支：利用几何学的概念和方法研究光的传播规律，称为几何光学；另一支主要研究光的本性以及光与物质相互作用规律，称为物理光学,光到底是什么？这个问题早就引起了人们的注意，不过在很长的时间内人们对它的认识却进展很慢。,到了17世纪，科学界已经形成两种学说。一种是光的微粒说，认为光是一种物质微粒，在均匀的介质中以一定的速度传播，牛顿支持微粒说。另一种是光的波动说，是惠更斯首先提出的，认为光是在空间传播的某种波。两者都能解释一些现象，但又不能解释当时观察到的全部现象。,到了19世纪初，人们在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这是波动的特征，不能用微粒说解释，证明波动说的正确性。19世纪60年代，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光是一种电磁波。此后赫兹在实验中证实了这种假设，这样光的电磁说使光的波动说发展到了几乎完美的地步，取得了巨大的成功。,但是在19世纪末又发现了新的现象光电效应，这种现象用波动说无法解释。爱因斯坦于20世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应并因此获得诺贝尔奖,现在人们认识到，光即具的波动性，以具有粒子性,13.1光的反射和折射,光射到界面时，能进入另一种介质，同时又回到原来的介质。这样的现象分别叫光的折射和反射,1,2,折射光线,入射光线,反射光线,光的反射和折射,判断入射、折射、反射光线、法线、界面？,1.光的反射：光射到介质1、介质2的界面时，一部分光返回到介质1的现象,（1）反射光线、入射光线、法线共面,（3）反射光线、入射光线关于法线对称,（2）反射角等于入射角（光线与法线的夹角）,O,A,B,（4）光路可逆：沿原来的反射光线入射，将沿原来入射光线射出,（1） 折射光线、入射光线、法线在同一平面内.,（2） 折射光线和入射光线分居法线两侧,二、光的折射,1.定义：光从介质1斜射入介质2时，传播方向发生改变的现象,1,2,折射光线,入射光线,2. 规律,（3）当入射角增大时，折射角也随着增大,（4）光路可逆：沿原来的折射光线入射，将沿原来入射光线射出,当光从空气（光疏介质）斜射入水中（光密介质）时，折射角小于入射角,当光从水（光密介质）斜射入空气（光疏介质），折射角大于入射角,思考；入射角、折射角大小关系静与介质的关系 ？,光由空气射入玻璃时入射角1和出射角2的数值表:,1,2,5,6,7,8,3,4,入射角正弦和折射 角正弦比值相等,斯涅耳定律,思考：入射角的正弦与折射角的正弦的比为常数，它跟什么因素有关呢？,光传播所通过的物质（介质）,威里布里德斯涅耳简介 威里布里德斯涅耳（1591-1626），荷兰数学家和物理学家，曾在莱顿大学担任数学教授。斯涅尔最早发现了光的折射定律，使几何光学的精确计算成为了可能。折射定律（也称斯涅耳定律）是从实验中得到的，未做任何的理论推导，虽然正确，但却从未正式公布过。只是后来惠更斯和伊萨克沃斯两人在审查他遗留的手稿时，才看到这方面的记载。 首次把折射定律表述为今天的这种形式的是笛卡儿，他没做任何的实验，只是从一些假设出发，并从理论上推导出这个定律。笛卡儿在他的屈光学（1637）一书中论述了这个问题。 折射定律是几何学的最重要基本定律之一。斯涅耳的发现为几何光学的发展奠定了理论基础，把光学发展往大大的推进了一步。,4.说明：(1)n的大小与介质有关，与i和r无关，对于确定介质，n是定值 (2)折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1(n1)（原因呢？）（动摩擦因数值特点呢？）,三、折射率,1. 定义：光从真空射入某种介质时，入射角i与折射角r的正弦比值，叫做该介质的绝对折射率n，简称折射率。,3.决定式：某介质的折射率，等于光在真空中的速度C与光在介质中的速度v之比：,5.几种介质的折射率(比较密度）,真空折射率 = 1,6. 意义：反映介质对光的偏折能力的大小,7.折射原因：光在不同介质中的速度不同,问题：玻璃是一种透明介质，光从空气入射到平行玻璃砖的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？,四、学生实验：测玻璃砖的折射率,1、原理：折射定律,2、方法：用插针法研究某一条光线经过平行玻璃砖，测出折射角和入射角。,空气,玻璃,i=?,r=?,界面,法线,3、实验器材：玻璃砖、白纸 、大头针若干、铅笔、直尺、量角器,（1）铺纸（将白纸用图钉固定在木板上）,（2）在白纸上画一条线aa作为界面，过aa上的一点O（作为入射点）画法线NN,并画AO作为入射光线,（3）把玻璃砖放在白纸上，使它的一边与aa对齐（确保O为实际入射点） ，确定（如何确定，联想验证平行四边形定则实验中记录力的方向）玻璃砖的另一界面bb （确保出射点准确）,步骤（边听边模仿）,（6）连接OO，入射角i=AON,折射角r NOO， 用量角器量出入射角和折射角，求出对应的正弦值，记录在表格中,（5）移去在大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线 DC与bb交于o（作为实际出射点），直线OD代表沿AO方向入射光通过玻璃砖后的传播方向,（4）在直线AO上竖直插大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线让P2挡住P1的像。再在另一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3、P2、P1的像，记下P3、P4位置,（7）用上述方法求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中,（8）算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值，最后求出几次实验的平均值为折射率,5、注意事项： （1）入射角一般取15o75o为宜 （太小，相对误差大；太大,使折射光线弱，不易观察） （2）插针要竖直，且间距适当大些（精确确定光路） （3）插针法实验，玻璃砖不能动（移动会改变光路图 ） （4）确定边界线时严禁把玻璃砖当尺子用（损坏玻璃砖），画边界线时描两点确定边界线 （5）玻璃砖宽度在5cm以上（让折射光线长点以减小误差）,4、数据处理： （1）计算法：量角度计算 （2）作图法：画一个圆与折射、入射光线相交于A、E两点，从交点作两条与法线垂直的线段，量出两条线段长度,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。,假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时