光的折射定律

1、第 1 节 光的折射定律光 的 折 射 定 律 和 折 射 率先填空 1光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会改变， 这种现象叫做光的折射图 4-1-12入射角与折射角的定性关系入射角：入射光线与法线间的夹角，一般用i 表示折射角：折射光线与法线间的夹角，一般用r 表示实验表明：当入射角变化时折射角随着改变3斯涅耳定律 (折射定律 )入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数即sin in.sin r4折射率(1)定义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 的正弦之比用 n 表示(2)定义式sin in.sin r(3)意义：介质的折射率反映了光在介质中的偏折度(

2、4)折射率与光速的关系光在不同介质中的传播速度不同，且都小于光在真空中的传播速度；某种介质的折射率，等于光在真空中的速度与光在这种介质中的速度之比，即nc/v.再判断 1入射角变化，折射角也随之变化，但入射角一定大于折射角()2光的折射率随入射角的增大而增大( )3介质的折射率越大， 光在这种介质中的传播速度越小 ( )后思考 第 1页不同介质的折射率一般不同，是不是介质的密度越大，其折射率就越大？【提示】介质的折射率与介质的密度没有必然的联系，密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小核心点击 1入射角与折射角的大小关系(1)光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角

3、的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定(2)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角2折射光路是可逆的在光的折射现象中，光路是可逆的，即让光线逆着原折射光线射到界面上，光线就逆着原来的入射光线发生折射3对折射率的理解(1)关于正弦值：当光由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，但正弦值的比值是一个常数(2)关于常数 n：入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性(3)折射率与光速的关系：光在介质中的传播速度v 跟介

4、质的折射率 n 有关，即 nvc，由于光在真空中的传播速度c 大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n 都大于 1.(4)决定因素：介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小由介质本身及光的性质共同决定， 不随入射角、折射角的变化而变化1.一束光从某种介质射入空气中时，入射角130，折射角 260，折射光路如图 4-1-2 所示，则下列说法正确的是()图 4-1-2【导学号 ： 78510041】3a此介质折射率为3第 2页b此介质折射率为3c光在介质中速度比在空气中小d光在介质中速度比在空气中大e当入射角增大时，折射角也增大，但折射率不变【解析】由折射定律 nsin

5、 2，错误，b正确；又由c 知光在sin 13 anv介质中速度比在空气中小， c 正确， d 错误根据折射率的物理意义，e 正确【答案】bce2.利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散程度在如图4-1-3所示的光路中，a 为激光的出射点， o 为半圆柱形玻璃横截面的圆心， ao 过半圆顶点若某条从 a 点发出的与 ao 成 角的光线，以入射角 i 入射到半圆弧上，出射光线平行于 ao，求此玻璃的折射率图 4-1-3sin i【解析】根据光路图，由折射定律得nsin r ，由几何关系得 r i sin i故 nsin i 【答案】sin isin i折射问题的四点注意1根据题意画出正确的光路图

6、；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、对称性的应用实 验 : 测 量 介 质 的 折 射 率1实验器材玻璃砖、白纸三张、木板、大头针四枚、 图钉四枚、量角器、刻度尺、铅笔第 3页2实验步骤(1)如图 4-1-4 所示，将白纸用图钉钉在平木板上；图 4-1-4(2)在白纸上画出一条直线aa作为界面 (线)，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，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一边 bb；(4)在直线 ao 上竖直插上两枚大头针 p1、p2，透过玻

7、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 的象再在观察者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 及 p1、 p2 的像，记下 p3、p4的位置；(5)移去大头针和玻璃砖，过p3、 p4 所在处作直线 o b 与 bb交于 o，直线 ob 就代表了沿 ao 方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向；(6)连接 oo，入射角i aon，折射角r oon，用量角器量出入射角和折射角， 从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中；(7)用上述方法分别求出入射角分别为30、 45、 60时的折射角，查出

8、它们的正弦值，填入表格中3数据处理方法一：平均值法sin i求出在几次实验中所测 sin r的平均值，即为玻璃砖的折射率图 4-1-5方法二：图象法在几次改变入射角、对应的入射角和折射角正弦值的基础上，以sin i 值为横坐标、以 sin r 值为纵坐标，建立直角坐标系，如图4-1-5 所示描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线sin r11求解图线斜率 k，则 k sin i n，故玻璃砖折射率n k.图 4-1-6第 4页方法三：作图法在找到入射光线和折射光线以后，以入射点 o 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与 ao 交于 c 点，与 oe(或 oe 的延长线 )交于 d 点，过 c、

9、d 两点分别向 nn 作垂线，交 nn于 c、 d，用直尺量出 cc和 dd 的长，如图 4-1-6 所示ccdd 由于 sin ico ， sin r do，而 co do，sin icc所以折射率 n1sin rdd .3如图 4-1-7 所示，关于“测定玻璃的折射率”的实验，回答以下问题图 4-1-7(1)请证明图中的入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的(2)为减小实验误差，入射角大一些好还是小一些好？【解析】 (1)如图所示，证明：n sin i1 sin r 2 而 r 1 i2sin r1 sin i 2所以 i1r2，所以入射光线平行于出射光线(2)大一些好这样测量的误差会小些，

10、可以减小实验误差【答案】 见解析4在“测定玻璃折射率”的实验中， 某同学经正确操作插好了4 枚大头针，如图 4-1-8 甲所示(1)在图 4-1-8 乙中画出完整的光路图；(2) 对你画出的 光路 图进行测 量和计算 ，求得该玻 璃砖的折 射率 n _(保留 3 位有效数字 )；【解析】(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标出传播方向， 然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向光路如图所示(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i ，折射角为 r，则 sin i第 5页5.32.25.3242 0.798，sin r2.223.620.5

11、21sin i0.798所以玻璃的折射率 n sin r0.521 1.53.【答案】(1)见解析 (2)1.53(说明： 0.03 范围内都可 )实验时应注意的三点1实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且 p 和 p 之间， p 与 o 点之122间， p 与 p 之间， p 与 e 之间距离要稍大一些3432入射角 i 应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小3玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm 以上若宽度太小，则测量误差较大对 折 射 现 象 的 解 释先填空 1水中的物体看起来比实际的要浅，这是因为水的折射率大于空气的折射率，光从水中射入空气时，折射角大于入射

12、角2一束白光射入三棱镜时会发生色散现象，这是因为不同颜色的光在同一介质中的传播速度不同，折射率不同，其中红光的传播速度最大，折射率最小，经三棱镜后偏折程度最小， 紫光的传播速度最小， 折射率最大， 经三棱镜后偏折程度最大平常我们所说的某介质的折射率是指七种色光的平均折射率再判断 1当光从水中射入空气中时，折射角大于入射角()2不同颜色的光在同一种介质中的折射率不同()3当一束白光射入三棱镜时， 红光偏折程度最大， 紫光偏折程度最小 ()后思考 棱镜对不同单色光的折射率相同吗？对哪种单色光的折射率最大？【提示】不相同，对紫光的折射率最大第 6页核心点击 1同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的

13、折射率最小，对紫光的折射率最大c2由 nv可知，各种色光在同一介质中的光速不同，红光速度最大，紫光速度最小c3同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速改变(vnf)，波长亦随之改变5如图 4-1-9 所示，从点光源s 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab 间形成一条彩色光带下面的说法中正确的是()【导学号 ： 78510042】图 4-1-9aa 侧是红光， b 侧是紫光b在真空中 a 侧光的波长小于b 侧光的波长c三棱镜对 a 侧光的折射率大于对b 侧光的折射率d在三棱镜中 a 侧光的速率比 b 侧光小e在三棱镜中 a、b 两侧

14、光的速率相同【解析】由题图可以看出， a 侧光偏折得较厉害，三棱镜对a 侧光的折射率较大所以 a 侧光是紫光，波长较短，b 侧光是红光，波长较长，因此a 错，cb、c 正确；又 vn，所以三棱镜中 a 侧光的传播速率小于b 侧光的传播速率，d 正确， e 错误【答案】bcd6如图 4-1-10 所示，有一截面是直角三角形的棱镜abc， a30，它对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2，在距 ac 边 d 处有一与 ac 平行的光屏，现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直ab 边射入棱镜红光和紫光在棱镜中的传播速度之比为多少？第 7页若两种色光都能从ac 面射出，求在光屏 mn 上两光点的距离图 4-1-10【解析】v 红cc，v 紫n2n1所以 v红n2v紫n1画出两种色