光的反射和折射(2)課件

1、共 53 頁1第十三章第十三章 光光第一節(jié)第一節(jié) 光的反射和折射光的反射和折射共 53 頁2 “水中月水中月”的虛幻告訴人們光的反射的虛幻告訴人們光的反射; 有經驗捕魚人有經驗捕魚人,總是把魚叉叉向魚的前總是把魚叉叉向魚的前下方下方,這是什么道理呢這是什么道理呢?共 53 頁3一一 光的反射光的反射1.反射現(xiàn)象反射現(xiàn)象,如下圖所示如下圖所示,當光線當光線AO照射到兩種介質照射到兩種介質(例如空例如空氣和玻璃氣和玻璃)的分界面上時的分界面上時,在一般情況下分為兩條光線在一般情況下分為兩條光線:一一條光線條光線OB返回原介質返回原介質,稱為反射光線稱為反射光線,另一條光線另一條光線OC進進入另一種

2、介質入另一種介質,稱為折射光線稱為折射光線.入射光線入射光線AO與法線與法線ON所所構成的平面稱為入射面構成的平面稱為入射面.入射光線與法線的夾角稱為入入射光線與法線的夾角稱為入射角射角(1),反射光線與法線的夾角稱為反射角反射光線與法線的夾角稱為反射角(1),折射光折射光線與法線的夾角稱為折射角線與法線的夾角稱為折射角(2).共 53 頁42.反射定律反射定律光的反射遵循反射定律光的反射遵循反射定律:反射光線在由入射光線和法線所反射光線在由入射光線和法線所決定的平面內決定的平面內,它與入射光線分居法線的兩側它與入射光線分居法線的兩側,反射角等反射角等于入射角于入射角.3.光路可逆光路可逆實驗

3、表明實驗表明,如果逆著原來反射光線的方向射到反射面上如果逆著原來反射光線的方向射到反射面上,它它就要逆著原來入射光線的方向反射出去就要逆著原來入射光線的方向反射出去,這一規(guī)律稱為這一規(guī)律稱為光路可逆原理光路可逆原理.在上圖中如果在上圖中如果BO作為入射光線作為入射光線,則則OA必為反射光線必為反射光線.共 53 頁5二二 光的折射光的折射1.光的折射現(xiàn)象光的折射現(xiàn)象如上圖所示如上圖所示,當光線入射到兩種介質的分界面上時當光線入射到兩種介質的分界面上時,一部分一部分光被反射到原來介質光被反射到原來介質,即反射光即反射光OB,另一部分光進入第二另一部分光進入第二種介質種介質,并改變原來的傳播方向并

4、改變原來的傳播方向,即光線即光線OC,折射光線與折射光線與法線的夾角稱為折射角法線的夾角稱為折射角(2).注意注意:光從一種介質進入另一種介質時光從一種介質進入另一種介質時,傳播方向一般會發(fā)傳播方向一般會發(fā)生變化生變化,但并非一定要變化但并非一定要變化,當光垂直界面入射時光的傳當光垂直界面入射時光的傳播方向就不變化播方向就不變化.共 53 頁6深深 化化 探探 究究 2.折射定律折射定律內容內容:折射光線跟入射光線和法線在同一平面內折射光線跟入射光線和法線在同一平面內,折射光線折射光線和入射光線分別位于法線的兩側和入射光線分別位于法線的兩側,入射角的正弦與折射入射角的正弦與折射角的正弦成正比角

5、的正弦成正比,即即式中的式中的n12是比例常數(shù)是比例常數(shù)3.在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的.如上圖中如上圖中,當光線沿當光線沿CO射射到介面時到介面時,就會沿就會沿OA射到另一種介質中射到另一種介質中.1122sinnsin共 53 頁74.折射率折射率在折射定律中提到的比例常數(shù)在折射定律中提到的比例常數(shù)n12,是光從第是光從第1種介質到第種介質到第2種介質時種介質時,入射角正弦和折射角正弦之比入射角正弦和折射角正弦之比.n12是常數(shù)是常數(shù),它與它與入射角和折射角的大小無關入射角和折射角的大小無關,只與兩種介質有關只與兩種介質有關,當光從當光從真空入射到某種介質時真空入射

6、到某種介質時,此時常數(shù)此時常數(shù)n12可簡單記為可簡單記為n.折射率折射率:光從真空射入某種介質發(fā)生折射時光從真空射入某種介質發(fā)生折射時,入射角正弦與入射角正弦與折射角正弦之比折射角正弦之比,叫做這種介質的絕對折射率叫做這種介質的絕對折射率,簡稱折射簡稱折射率率,用符號用符號n表示表示.共 53 頁8折射率折射率n與介質有關與介質有關,是一個反映介質光學性質的物理量是一個反映介質光學性質的物理量.經研究表明經研究表明,介質的折射率不同介質的折射率不同,光在其中傳播時速度不同光在其中傳播時速度不同,某種介質的折射率某種介質的折射率,等于光在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度c與光在該種與光在

7、該種介質中的傳播速度介質中的傳播速度v之比之比,即即cnv共 53 頁9由于光在真空中的傳播速度大于在任何介質中的傳播速由于光在真空中的傳播速度大于在任何介質中的傳播速度度,所以所以,折射率折射率n是一個大于是一個大于1的量的量,所以光從真空射入任所以光從真空射入任何介質時何介質時,sin1都大于都大于sin2,即入射角總大于折射角即入射角總大于折射角,由以由以上分析可知上分析可知,當光從折射率較小的介質進入折射率較大當光從折射率較小的介質進入折射率較大的介質的介質,發(fā)生折射現(xiàn)象時發(fā)生折射現(xiàn)象時,入射角大于折射角入射角大于折射角;當光線從折當光線從折射率較大的介質進入折射率較小的介質發(fā)生折射現(xiàn)

8、象時射率較大的介質進入折射率較小的介質發(fā)生折射現(xiàn)象時,入射角小于折射角入射角小于折射角.如光線從空氣入射到玻璃時如光線從空氣入射到玻璃時,入射角入射角大于折射角大于折射角;當光線從金剛石入射到水中發(fā)生折射時當光線從金剛石入射到水中發(fā)生折射時,入入射角小于折射角射角小于折射角(金剛石的折射率金剛石的折射率2.42 水的折射率水的折射率1.33).共 53 頁10三三 實驗實驗:測定玻璃的折射率測定玻璃的折射率1.實驗目的實驗目的(1)明確光通過玻璃時的入射角和折射角明確光通過玻璃時的入射角和折射角.(2)掌握測定玻璃折射率的方法掌握測定玻璃折射率的方法.共 53 頁112.實驗原理實驗原理如下圖

9、所示如下圖所示,用兩面平行的玻璃磚對光路的側移用兩面平行的玻璃磚對光路的側移.用插針法用插針法找出入射光線找出入射光線AO對應的出射光線對應的出射光線OB,確定出射點確定出射點O,畫畫出折射光線出折射光線OO,量出入射角量出入射角1和折射角和折射角2,根據(jù)根據(jù) 計算出玻璃的折射率計算出玻璃的折射率.12sinnsin共 53 頁123.實驗器材實驗器材白紙白紙 圖釘圖釘 大頭針大頭針 直尺直尺 鉛筆鉛筆 量角器量角器 平木板平木板 長方形玻璃磚長方形玻璃磚.4.實驗步驟實驗步驟(1)將白紙用圖釘固定在平木板上將白紙用圖釘固定在平木板上.(2)在白紙上畫一條直線在白紙上畫一條直線aa作為界面作為

10、界面,過過aa上的上的O點畫出界面的法線點畫出界面的法線NN,并用一條線段并用一條線段AO作為入射光線作為入射光線.(3)把長方形玻璃磚放在白紙上把長方形玻璃磚放在白紙上,使它的長邊跟使它的長邊跟aa對齊對齊,畫出玻璃磚的另畫出玻璃磚的另一邊一邊bb.共 53 頁13 (4)在直線在直線AO上上,豎直插上兩枚大頭針豎直插上兩枚大頭針P1 P2,透過玻璃磚觀察大頭針透過玻璃磚觀察大頭針P1 P2的像的像,調整視線方向直到調整視線方向直到P2的像擋住的像擋住P1的像的像,再在觀察者一側再在觀察者一側豎直插上兩枚大頭針豎直插上兩枚大頭針,P3 P4,使使P3擋住擋住P1 P2的像的像;P4擋住擋住P

11、3及及P1 P2的像的像,記下記下P3 P4的位置的位置.(5)移去玻璃磚和大頭針移去玻璃磚和大頭針,過過P3 P4作直線作直線OB交交bb于于O點點,直線直線OB就就代表了沿代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向.共 53 頁14 (6)連接連接OO,OO即為入射光線即為入射光線AO經玻璃折射后在玻璃中經玻璃折射后在玻璃中的折射光線的折射光線,入射角入射角1,折射角折射角2.用量角器量出入射角和用量角器量出入射角和折射角折射角.從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值,求出求出(7)用上述方法分別量出入射角分別為用上述方法分別

12、量出入射角分別為30、45、60時時的折射角的折射角,查出相應折射角的正弦值查出相應折射角的正弦值,求出折射率求出折射率.(8)將算出不同入射角時的折射率將算出不同入射角時的折射率,求出求出 的平均值的平均值,即即為所測玻璃的折射率為所測玻璃的折射率.12.sinnsin12sinsin共 53 頁155.注意事項注意事項(1)實驗時實驗時,盡可能將大頭針豎直插在紙上盡可能將大頭針豎直插在紙上,且且P1和和P2之間之間,P2與與O之間之間,P3與與P4之間之間,P3與與O之間的距離要稍大一些之間的距離要稍大一些.(2)入射角入射角1應適當大一些應適當大一些,以減小測量角度的誤差以減小測量角度的

13、誤差,但入射角不宜太大但入射角不宜太大,也不宜太小也不宜太小.(3)操作時操作時,手不能觸摸玻璃磚的光學面手不能觸摸玻璃磚的光學面,更不能用玻璃磚當尺子畫線更不能用玻璃磚當尺子畫線.(4)在實驗過程中在實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變玻璃磚與白紙的相對位置不能改變.(5)玻璃磚應選用寬度較大的玻璃磚應選用寬度較大的,宜在宜在5 cm以上以上.共 53 頁166.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理此實驗是通過測量入射角和折射角此實驗是通過測量入射角和折射角,然后查數(shù)學用然后查數(shù)學用表表,代入代入 中求得玻璃的折射率中求得玻璃的折射率12sinnsin共 53 頁17典典 例例 分分 析析 一一 關于折射

14、率的概念關于折射率的概念例例1:一束光從某種介質射入空氣中時一束光從某種介質射入空氣中時,入射角入射角1=30,折射角折射角2=60,折射折射光路如下圖所示光路如下圖所示,則下列說法正確的是則下列說法正確的是( )A.此介質折射率為此介質折射率為B.此介質折射率為此介質折射率為C.此介質的折射率大于空氣的折射率此介質的折射率大于空氣的折射率D.光在介質中的速度比空氣中大光在介質中的速度比空氣中大333BC共 53 頁18解析解析:折射率等于當光線從真空或空氣射入某種介質發(fā)折射率等于當光線從真空或空氣射入某種介質發(fā)生折射時入射角的正弦跟折射角正弦之比生折射時入射角的正弦跟折射角正弦之比,此時為從

15、某此時為從某種介質入射到空氣種介質入射到空氣,所以所以 故故B選項正確選項正確,空氣的折射率接近空氣的折射率接近1,或者說或者說21,所以該介質的折射率所以該介質的折射率大于空氣的折射率大于空氣的折射率,C選項正確選項正確.603,30sinnsin答案答案:BC共 53 頁19鞏固練習鞏固練習1 如果光以同一入射角從真空射入不同介質如果光以同一入射角從真空射入不同介質,則則( )A.折射角越大折射角越大,表示這種介質對光線的偏折作用越大表示這種介質對光線的偏折作用越大B.折射角越大折射角越大,表示這種介質對光線的偏折作用越小表示這種介質對光線的偏折作用越小C.折射角越小折射角越小,表示這種介

16、質對光線的偏折作用越大表示這種介質對光線的偏折作用越大D.折射角越小折射角越小,表示這種介質對光線的偏折作用越小表示這種介質對光線的偏折作用越小BC共 53 頁20解析解析:根據(jù)折射率的定義根據(jù)折射率的定義 在入射角相同的情況在入射角相同的情況下下,折射角越小的介質折射角越小的介質,其折射率越大其折射率越大,該介質對光線的偏該介質對光線的偏折作用越大折作用越大;反之反之,折射角越大折射角越大,其折射率越小其折射率越小,該介質對光該介質對光線的偏折作用越小線的偏折作用越小.所以所以B C選項正確選項正確.答案答案:BC12,sinnsin共 53 頁21二二 有關折射率的計算問題有關折射率的計算

17、問題例例2:一細桿一細桿AB的一部分貼著柱形容器的內壁插入裝滿某種透明液體的一部分貼著柱形容器的內壁插入裝滿某種透明液體的容器內的容器內,眼睛從容器的邊緣眼睛從容器的邊緣D斜往下看去斜往下看去,發(fā)現(xiàn)細桿的發(fā)現(xiàn)細桿的A端經液面端經液面反射的像恰好與反射的像恰好與B端經液面折射形成的像重合端經液面折射形成的像重合,如下圖所示如下圖所示,已知容已知容器直徑器直徑CD=4 cm,AB=7 cm,AC=3 cm,則該液體的折射率為多少則該液體的折射率為多少?共 53 頁22解析解析:A關于液面成像于關于液面成像于A,細桿的細桿的B點折射后也成像于點折射后也成像于A,光路圖如下光路圖如下圖所示圖所示222

18、2222221()()4442.5()(). 33141CDBCsinCDBDnsinDACDCDAC折射率答案答案:1.13共 53 頁23三三 實驗實驗:測定玻璃磚的折射率測定玻璃磚的折射率例例3:某同學用某同學用“插針法插針法”做測定玻璃折射率實驗時做測定玻璃折射率實驗時,他的方他的方法和操作步驟都正確無誤法和操作步驟都正確無誤,但他處理實驗記錄時但他處理實驗記錄時,發(fā)現(xiàn)玻發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個光學面璃磚的兩個光學面aa和和bb不平行不平行,如下圖所示如下圖所示,則則( )A.P1P2與與P3P4兩條直線平行兩條直線平行B.P1P2和和P3P4兩條直線不平行兩條直線不平行C.他測出的折射率偏大

19、他測出的折射率偏大D.他測出的折射率不受影響他測出的折射率不受影響B(tài)D共 53 頁24解析解析:光線由光線由aa進入玻璃磚時進入玻璃磚時,由折射定律得由折射定律得 光線光線bb射射出玻璃磚時出玻璃磚時,由折射定律由折射定律 若若aabb,則有則有=r,進而進而=i,出射光線出射光線OB與入射光線與入射光線OA平行平行,若若aa與與bb不平行不平行,則則r,進而進而i,出射光線出射光線OB與入射光線與入射光線AO不平行不平行,故故B選項正確選項正確,A錯誤錯誤.在插針法在插針法測玻璃折射率時測玻璃折射率時,只要實驗方法正確只要實驗方法正確,光路準確無誤光路準確無誤,結論必定正確結論必定正確,它不

20、受玻璃的形狀影響它不受玻璃的形狀影響,故故D選項正確選項正確,C選項錯誤選項錯誤.sinnsin,sininsinr答案答案:BD共 53 頁25四四 綜合綜合 創(chuàng)新與拓展創(chuàng)新與拓展例例4:假設地球表面不存在大氣層假設地球表面不存在大氣層,那么人們觀察到的日出時刻與實際那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比存在大氣層的情況相比( )A.將提前將提前B.將延后將延后C.某些區(qū)域將提前某些區(qū)域將提前,在另一些區(qū)域將延后在另一些區(qū)域將延后D.不變不變B共 53 頁26解析解析:由于地球表面存在大氣由于地球表面存在大氣,而大氣并不是均勻介質而大氣并不是均勻介質,高高空空氣稀薄空空氣稀薄,折

21、射率小折射率小,而接近地面大氣密度大而接近地面大氣密度大,折射率較折射率較大大,可認為大氣折射率由高空到地面的折射率是逐漸增可認為大氣折射率由高空到地面的折射率是逐漸增大的大的.陽光經過大氣層時就要發(fā)生折射陽光經過大氣層時就要發(fā)生折射,使光線逐漸偏折使光線逐漸偏折沿曲線傳播沿曲線傳播.如果假設沒有大氣層如果假設沒有大氣層,光將沿直線傳播光將沿直線傳播.如下如下圖所示圖所示.在地球上在地球上B點的人將在太陽到達點的人將在太陽到達A點時看到日出點時看到日出;而地球表面有大氣層時而地球表面有大氣層時,由于空氣的折射率大于由于空氣的折射率大于1,太陽光太陽光將沿如圖所示將沿如圖所示AB曲線進入在曲線進

22、入在B處的人眼中處的人眼中,使在使在B處的人處的人看到了日出看到了日出,但但B處的人認為光是沿直線傳播的處的人認為光是沿直線傳播的, 共 53 頁27則認為太陽位于地平線上的則認為太陽位于地平線上的A點點,而此時太陽的實際位而此時太陽的實際位置還在地平線以下置還在地平線以下,相當于日出時刻提前了相當于日出時刻提前了,所以無大氣所以無大氣層時日出的時間將延后層時日出的時間將延后,故選故選B.答案答案:B共 53 頁28基礎強化基礎強化12121.,( )A.,B.,C.D.,nsinnsinsinnsincv關于折射率 下列說法正確的是根據(jù)可知 介質的折射率與入射角的正弦值成正比根據(jù)可知 介質的

23、折射率與入射角的正弦值成反比根據(jù)介質的折射率與介質中的光速成反比以上說法都不正確n解析解析:介質的折射率是由介質材料本身和入射介質的折射率是由介質材料本身和入射光的頻率決定光的頻率決定,與其他因素無關與其他因素無關.故故D選項正確選項正確.n答案答案:D共 53 頁292.一束光由空氣射入某介質一束光由空氣射入某介質,當入射光線和界面的夾角為當入射光線和界面的夾角為30時時,折射折射光線恰好與反射光線垂直光線恰好與反射光線垂直,則光在該介質中的傳播速度是則光在該介質中的傳播速度是( ).2333.23ccABCcDc:.6033.303sincnvcsinn解析 光路如圖所示答案答案:D共 5

24、3 頁303.在某地的觀察者看見太陽剛從地平線升起時在某地的觀察者看見太陽剛從地平線升起時,關于太陽的實際位置下關于太陽的實際位置下列敘述正確的是列敘述正確的是( )A.太陽位于地平線上方太陽位于地平線上方B.太陽位于地平線下方太陽位于地平線下方C.太陽位于地平線上太陽位于地平線上D.大氣密度未知大氣密度未知,無法判斷無法判斷答案答案:B共 53 頁315.下列說法正確的是下列說法正確的是( )A.光從一種介質進入另一種介質時光從一種介質進入另一種介質時,一定會發(fā)生偏折一定會發(fā)生偏折B.光從空氣進入介質光從空氣進入介質,折射角大于入射角折射角大于入射角C.光從空氣進入介質光從空氣進入介質,速度要減小速度要減小D.折射即指光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象折射即指光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象解析解析:當光線沿法線方向入射到另一種介質中時當光線沿法線方向入射到另一種介質中時,光線方向不發(fā)生改變光線方向不發(fā)生改變,而速度發(fā)