光的折射定律折射率

1、光的折射定律、折射率北京四中年 级高三 科 目：物理 期数:0104编稿老师：曹树元审稿老师：曹树元 录入：中容本周教学内容：一.光的折射定律.折射率：（一）在两种介质的分界面上入射光线.反射光线.折射光线的能量分配近法线折射光中可逆-远法线折射（二）经历了 1500年才得到完善的定律.1.历史发展：公元二世纪古希腊天文学家托勒密（100-170）通过实验得到：(1)三线共面(2)法线居中(3)ri德国物理学家开普勒也做了研究.光从空气进入某种玻璃的入射角折射角间的实验结果空气入射角i(o)玻璃折射角r(o)i/rsini/sinr106.71.501.491213.31.501.493019

2、.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.671.517038.61.811.508040.61.971.512.折射定律：最终由荷兰科学家斯涅耳（1580-1626年）发现（1621年）.=常数由介质决定（三）折射率n,描述物质的光学性质，决定于物质本身.物质的性质：密度，比热，电阻率，介电常数，折射率.物体的性质：质量n真空=1,n空气=1,n二（量度式）无单位,i 一在真空气中光线与法线的夹角,r一在介质中光线与法线的夹角.记住：n 水=1.33=, n 玻璃=1.5=.（四）介质的折射率与光速的关系（n的决定式）实验研究表明:n=（c光

3、在真空中的速度,v光在介质中的速度）诱导公式:n1v1=n2v2=n3v3=Cnsini1=n2sini2=nsini3（五）光密媒质和光疏媒质.（相对性）玻璃.水.空气的折射率关系为n玻璃_gt;n 水gtn 空气.水对玻璃而言是光疏媒质，对空气则是光密媒质.（六）测折射率的方法1 .插针法2 .折射直进3 .反射.折射二.全反射（一）全反射现象：光全部反回到原介质中传播的现象叫全反射现象.（二）发生全反射的条件：1 .光密媒质和光疏媒质对于两种媒质来说，光在其中传播速度较小（大）的绝对折射率较大（小）的媒质叫 光密（疏）媒质.2 .临界角C:折射角等于900时的入射角叫做临界角.3 .发生

4、全反射的条件：（1）光从光密媒质进入光疏媒质.（2）入射角大于临界角_入射角等于临界角时也发生了全反射，但也有极弱的光向界面折射,通常不讨论 临界情况,而发生全反射的条件写为（i_gt;C）.三.棱镜1 .光具：通过其作用可以改变光线（的传播方向或速度）的性质.2 .棱镜：用透明的材料制成的多面体，叫棱镜（广义）（一）三棱镜及其分类：主截面：过顶点垂直于底面的截面.1 .定义：用透明材料制成的截面为三角形的棱镜叫三棱镜，简称棱镜（狭义）.2 .分类：等边.等腰.等腰直角.（二）三棱镜对光线的作用：a为顶角；9为偏折（向）角；（不是折射角）AB.AC为侧面,BC为底面1 .光线通过棱镜时，向底面

5、偏折；2 .偏折角 Q=(Z1- Z 2)+( Z4-Z 3)Z2+Z 3= a0 =/ 1+/ 4- a ,若/ 1不变n/ 2/ 3/ 4/ 8 / ,偏折角与入射角,顶角和棱镜材料的折射率 有关.对同一个棱镜，同一束光来说,n越大，偏折角越大.3 .棱镜成像：通过三棱镜观察物体时，其虚像（对实物来说）向顶角偏移.说明：（1）顶角和底面均相对于入射光线而言,如右图,顶角为C. 现在讨论的三棱镜其材料的折射率是大于周围空间材料的折射率.若用有机玻璃制成三棱空气浸入水中形成的三棱镜，上述讨论的规律结论就都反 了.（三）全反射三棱镜倒立的虚像平面镜镀水银吸收10%勺能量，而三棱镜吸收的很少.（四

6、）复色光和单色光.色散1 .单色光：一种颜色的光，单一频率（小频带）2 .复色光：由多种单色光组成.演示：光的色散，红光偏折射角小，紫光偏折角大.3 .色散：把复色分解为单色光叫光的色散.4 .光谱：不同的光按规律排列而成的图.分光镜中主要元件是三棱镜.（五）为什么会产生色散？n水=1.33=为平均值，实际n紫gtn红,v紫t;v 红.n=为决定式（不加说明时视为单色光不考虑色散）近处投影未发散开，不能得到光谱.在真空中，任何光的折射率和光速均相同，在其他介质中紫光的折射率大，光速小.例题分析:例1,光在某介质中的传播速度是2.122_108m/s,当光线以300入射角,由该介质射 入空气时，

7、折射角为.利用光路可逆,=n(1), n=(2).答案:450.例2.已知：光线从空气射入甲媒质i=450, r=300,光线从空气射入乙媒质i ' =600,r' =300.求:v甲:v乙=.解：n=,v=,n甲二, n乙二, 例3, 一束宽度为10cm的平行光束,以600的入射角从空气射入折射率为的媒质中, 界面光滑平整，求反射光束和折射光束的宽度.解:O1D=10cm,O1O2=20cm,d=10cmd' =17.3m例4.已知水的折射率是1.33,(),某种玻璃的折射率是1.5,(),则光在水中和在 这种玻璃中传播的速度之比是.答案:9:8例5,光线由空气射入某

8、种介质，折射光线与反射光线恰好垂直.已知入射角是53o, 则这种介质可能是.答案：水例6,如图所示，三棱镜的顶角A为600,入射光线与出射光线如图所示，求玻璃的折 射率.解:=n,=n,贝U a=B , (900 -a)+ (1800 -0)+600=1800n=, a = B =300.答案:.例7,在折射率为n,厚度为d的玻璃平板上方的空气中，有一点光源S,从S发出的 光线SA以角度8入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如图所示，若 沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与玻璃板中的传播时间相等 点光源S到玻璃上表面的垂直距离h应是多少？解:(1), n=(2),=cos

9、 0 (3),=cosr(4),=n(5),解得h=.例7,光线从空气射入门=的介质中，反射光线恰垂于折射光线，则入射角约是解:作图是解几何光学题目的重要方法由图可知，i+r=900,=n,=n,tgi=, i=600.答案:600.例8,如图，光从某角度射入，改变入射光线的方向可使光斑落于角点，水槽装满水, 宽为d,高为h,测得光线的入射角i,n zK=.sinr=.=n.答案:n水=例9,玻璃等边三棱镜n=1.5（对周围来说指空气）有两条光线垂直入射.（如图）画光路图.很少的反射光线.不回.例10,画出与全反射棱镜底边平行的入射光线AO通过棱镜的光路图.n=.出射光线平行于bc.例11,白

10、光平行光束.例11,白光平行光束运用n=时，不考虑光的色散.n玻紫=,n紫gtn红，v紫t;v 红.若玻璃体为等边三棱镜，入射光线应为平行光线.例12,光线通过棱镜时，偏折角度9跟棱镜材料的折射率有关，在下图中光线对棱 镜的侧面AB的入射角以及棱镜的顶角 A的大小保持不变,试定性地讨论：棱镜材料 的折射率越大，偏折角充也越大.解：光线通过棱镜发生偏折的角度为8 ,则8 =(i1 -r2)+(r1+i2)它表示光线通过棱镜向底面偏折的角度等于光线分别在两个侧面发生的向底面偏折的角度之和，在AB侧面,折射率n越大,从空气进入棱镜的光线向法线方向的偏折越大,即偏折角 i1-r2越大；在AC侧面,n越

11、大从棱镜射入空气的光线远离法线方向的偏折越大，即r2-i2越大，因此当入射角i1以及棱镜的顶角A保持不变时，折射率n越大，偏折角 度也越大.上图中 A=r1+i2, 9 =i1+r2 -A,X=n,=n,sini1=nsinr1, sinr2=nsini2,sinr2=nsini2=nsin(A -r1)=n(sinAcosr1-cosAsinr1)=sinA-ncosAsinr1=sinA-cosAsini1由此式可以明显看出，当入射角i1和棱镜顶角A保持不变时，折射率n越大,r2就 越大，偏折角0 =i1+r2 -A也越大.例13,一束光线从空气射入某媒质，入射光线与反射光线夹角为900,

12、折射光线与入射光线延长线间夹角为150，求：(1)该媒质的折射率n(2)先在该媒质中传播的速度.(3)当光从媒质射入空气时的临界角.解:i= B =450,r=450-150=i- 9 =300,(1)n =,(2)n=, v=2.12_108m/s,(3)sinC=, C=450.例4,水面游泳者看见正下方水中物，再前进3m,突然看不见了 ,n水=,求水深h=?.解:sinC=,C=48.7o,tgC=, h=?, h=2.6m.本周巩固练习:1 .如下左图所示，为光由玻璃射入空气中的光路图.入射光线与直线CD勺夹角为民、 折射光线与直线CD勺夹角为B , a _gt; B ( a + B

13、*900, / DOB=900)该玻璃的折射 率n等于A.sin a /sin 0B.sin B /sin aC.cos B /cos a D.co s a /cos 02 .在空气和某种介质的界面上，反射和折射现象同时存在，入射光线.反射光线和 折射光线汇聚于O点，如上右图所示，则这种介质的折射率可能是(A)sin600/sin300(B)sin600/sin450(C)sin750/sin450(D)sin450/sin3003 .已知水的折射率是1.33，水晶的折射率是1.55,玻璃的折射是1.90，下面说法正 确的是()A.光以相同入射角自空气射入上述三种媒质时，在水中的折射角最小，在

14、玻璃中折射角最大B.光以相同入射角从这三种媒质射入空气时，从水中射出的光线折射角最小C.光在水.水晶.玻璃中的传播速度比为1.33:1.55:1.90D.光从玻璃射入水晶时，其折射角一定大于入射角4 . 一束平行光线在三种媒质界面上的反射与折射情况如图所示，若光线在甲.乙.丙种媒质中传播速度分别是v甲.V乙.V丙，那么,（）A.v甲gtv 乙gtv丙 B.v甲t;v 乙t;v 丙C.v 甲gt; v lJ_gt;v 乙 D.v lJ_gt;v 甲gtv 乙5 .一束光入射平行厚玻璃板，如图所示，其中光路图正确的是（）A B C D6 .如下左图所示，有一光投射到放在空气中的平行玻璃砖的第I表面

15、，下面说法中可能的是() (A)如果在第I界面上入射角大于临界角,光将不会进入玻璃砖(B)无论入射角多大,光都能从第I界面进入玻璃砖(C)先进入第I界面后可能不从第II界面射出(D)不论光从什么角度入射，都能从第II界面射出7 .如图表示的是光线经过半圆形的玻璃砖的路径示意图，指出哪些是可能的()ABCD8 .甲.乙两种单色光从玻璃进入空气的临界角分别是A甲和A乙，若已知A甲gtA乙，则两种单色光在玻璃中传播速度 v甲与v乙的大小关系下列答案中正确的是 ()A.v甲t;v 乙B.v甲=丫乙C.v甲gtN乙 D.条件不足不能确定9 .用折射率为1.5的玻璃制成的三棱镜，截面为正三角形.一条光线从棱镜的一个 侧面垂直入射，则从棱镜中射出的光线应是图中的（）A.光线a B.光线bC.光线c D.光线d10 .井口面积为S,井中有水和无水时如图井度的青蛙观天的面积分别为S1和S2,则三者关系正确的应是（）A.S1_gt;S2=S B.S1_gt;S2_gt;SC.S1=S2=S D.S1_lt;S2=S11 .一束光线从空气中以入射角i射向玻璃（折射率n1=）如图所示，其折射角为r, 接着又由玻璃射向水（折射率n2=）,现加大入射角I,则光束将（）A