第4章 4.5 光的折射

1、.4.5光的折射学 习 目 标知 识 脉 络1.理解折射定律确实切含义，并能用来解释有关的光现象和有关的计算.重点、难点2.理解介质的折射率，理解介质的折射率与光速的关系，并能进展相关计算.重点3.知道光路是可逆的，并能用来处理有关的问题.4.会测定介质的折射率.探 究 光 的 折 射 定 律1.折射现象光从一种介质进入另一种介质，光的传播方向发生改变的现象.图4512.折射定律入射光线、折射光线跟法线在同一平面内，入射光线、折射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.即n，n为常数.3.在折射现象中，光路是可逆的.1.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内.2.入射角总大

2、于折射角.3.光线从空气斜射入玻璃时，折射角小于入射角.1.光的折射现象中，折射角是否与入射角成正比？【提示】不是折射角与入射角成正比，是入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.2.在光发生折射时，光的传播方向一定要发生变化吗？【提示】不一定变化，当光垂直界面入射光阴的传播方向不发生变化.1.“同面内：“折射光线与入射光线、法线在同一平面内，这句话大体上说明了三线的空间位置：折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面.2.“线两旁：“折射光线与入射光线分别位于法线两侧，这句话把折射光线的位置又作了进一步确实定，使得折射光线的“自由度越来越小i0.3.“正比律：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比

3、，即n，折射角r随入射角i的变化而变化，入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是定值，当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就唯一确定了.1.关于光的反射与折射，以下说法正确的选项是A.光发生反射时，光的传播方向不一定改变B.光发生反射时，光的传播方向可能偏转90C.光发生反射时，光的传播方向一定改变D.光发生折射时，一定伴随着反射现象E.光发生反射时，一定伴随着折射现象【解析】发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90，A错，B、C对；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象，D对，E错.【答案】BCD2.如图452所示，虚线表示两种介质的界面及其

4、法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的选项是图452A.bO可能是入射光线B.aO可能是入射光线C.cO可能是入射光线D.Ob可能是反射光线E.PQ可能是法线【解析】由于反射角等于入射角，入射光线与反射光线关于法线对称，所以aO、Ob应是入射光线或反射光线，PQ是法线.又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线.【答案】BDE3.如图453所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况.造成这种现象的原因是什么？图453【解析】太阳光线进入大气

5、层发生折射，使传播方向改变，使人感觉太阳的位置比实际位置偏高.【答案】光的折射利用光路图解决光的折射问题的方法1.根据题意画出正确的光路图.首先要找到入射的界面，同时准确地作出法线，再根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角.2.利用几何关系确定光路图中的边、角关系，与折射定律n中的各量准确对应.比方一定要确定哪个角在分子上、哪个角在分母上.3.利用折射定律n、折射率与光速的关系n列方程，结合数学三角函数的关系进展运算.折 射 率1.折射率1意义：反映介质使光偏折的性质.2定义：光从真空射入某种介质时发生折射，入射角的正弦与折

6、射角的正弦之比，叫这种介质的折射率.3公式n.4折射率与光速的关系：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传播速度v之比，即n.5特点：任何介质的折射率都大于1.2.当一束白光斜射入某种介质时，由于各种色光的折射角不同，各种色光将分开，这种现象叫光的色散.各种色光中，红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大.3.同一种介质，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大.红光在介质中的传播速度最大，紫光在介质中的传播速度最小.1.当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0.2.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.1.是否可以由折射率的

7、定义式n得出介质的折射率与入射角i的正弦成正比，与折射角r的正弦成反比？【提示】不可以.折射率n由介质的性质和光的颜色决定，与入射角i和折射角r无关.2.光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？【提示】由v知，n越大，v越小.1.关于正弦值当光由真空射入某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数.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，说明常数反映着该介质的光学特性.3.光传播速度介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大

8、于1.因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角.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，它的大小只能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.4.一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454所示，那么以下说法正确的选项是图454A.此介质折射率为B.此介质折射率为C.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n，A错误，B正确；又由n知光在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

9、，E正确.【答案】BCE5.如图455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外表，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选项是图455A.a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两侧光的速率一样【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，B、C正确；又v，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.

10、【答案】BCD6.利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散程度.在如图456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.假设某条从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456【解析】根据光路图，由折射定律得n，由几何关系得ri故n【答案】折射问题的四点注意1.根据题意画出正确的光路图；2.利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角确实定；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.测 定 材 料 的 折 射 率1.实验目的测定玻璃的折射率.2.实验原理如图457所示，当光

11、线AO以一定入射角1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线的OB，从而画出折射光线OO，量出折射角2，再根据n算出玻璃的折射率.图4573.实验器材一块长方体的玻璃砖，白纸，木板，大头针4枚，量角器或圆规、三角板，刻度尺，激光笔，铅笔等.1.实验步骤1如图458所示，将白纸用图钉钉在平木板上；图4582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，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向

12、直到P2的像挡住P1的像.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OB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iAON，折射角rOON，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，查出它们的正弦值，填入表格中.2.数据处理方法一：平均值法求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率.方法二：图像法在几次改

13、变入射角、对应的入射角和折射角正弦值的根底上，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459所示.描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线.图459求解图线斜率k，那么k，故玻璃砖折射率n.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、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4510所示.图4510由于sin i，sin r，而CODO，所以折射率n1.7.如图4511所示，关于“测定玻璃的折射率的实验，答复以下问题.图45111请证明图中的入射

14、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如右图所示，证明：n 而r1i2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，可以减小实验误差.【答案】见解析8.在“测定玻璃折射率的实验中：1操作步骤如下：先在白纸上画出一条直线aa代表两种介质的界面，过aa上的O点画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线.把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa对齐.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像.调整视线方向，直到P1的像被P2挡住.再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3、P4的位置.移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角1与折射角2，填入表格中.上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是_.2实验中测出了多组入射角1与折射角2，并作出了sin 1sin 2图像，如图4512所示.图4512那么实验时，光线是由_射入_.玻璃的折射率为_.【解析】1步骤中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb，步骤中应通过P3、P4的连线与bb的交点