第4章 4.5 光的折射

1、.4.5光的折射學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.理解折射定律確實(shí)切含義，并能用來解釋有關(guān)的光現(xiàn)象和有關(guān)的計算.重點(diǎn)、難點(diǎn)2.理解介質(zhì)的折射率，理解介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系，并能進(jìn)展相關(guān)計算.重點(diǎn)3.知道光路是可逆的，并能用來處理有關(guān)的問題.4.會測定介質(zhì)的折射率.探 究 光 的 折 射 定 律1.折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象.圖4512.折射定律入射光線、折射光線跟法線在同一平面內(nèi)，入射光線、折射光線分別位于法線兩側(cè)，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.即n，n為常數(shù).3.在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的.1.折射光線一定在法線和入射光線所確定的平面內(nèi).2.入射角總大

2、于折射角.3.光線從空氣斜射入玻璃時，折射角小于入射角.1.光的折射現(xiàn)象中，折射角是否與入射角成正比？【提示】不是折射角與入射角成正比，是入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.2.在光發(fā)生折射時，光的傳播方向一定要發(fā)生變化嗎？【提示】不一定變化，當(dāng)光垂直界面入射光陰的傳播方向不發(fā)生變化.1.“同面內(nèi)：“折射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)，這句話大體上說明了三線的空間位置：折射光線在入射光線與法線決定的平面內(nèi)，即三線共面.2.“線兩旁：“折射光線與入射光線分別位于法線兩側(cè)，這句話把折射光線的位置又作了進(jìn)一步確實(shí)定，使得折射光線的“自由度越來越小i0.3.“正比律：“入射角的正弦與折射角的正弦成正比

3、，即n，折射角r隨入射角i的變化而變化，入射角i的正弦與折射角r的正弦之比是定值，當(dāng)入射光線的位置、方向確定下來時，折射光線的位置、方向就唯一確定了.1.關(guān)于光的反射與折射，以下說法正確的選項(xiàng)是A.光發(fā)生反射時，光的傳播方向不一定改變B.光發(fā)生反射時，光的傳播方向可能偏轉(zhuǎn)90C.光發(fā)生反射時，光的傳播方向一定改變D.光發(fā)生折射時，一定伴隨著反射現(xiàn)象E.光發(fā)生反射時，一定伴隨著折射現(xiàn)象【解析】發(fā)生反射時，光的傳播方向一定發(fā)生改變，且可以改變90，A錯，B、C對；發(fā)生折射時，一定伴隨著反射現(xiàn)象，但有反射現(xiàn)象，不一定有折射現(xiàn)象，D對，E錯.【答案】BCD2.如圖452所示，虛線表示兩種介質(zhì)的界面及其

4、法線，實(shí)線表示一條光線射向界面后發(fā)生反射和折射的光線，以下說法正確的選項(xiàng)是圖452A.bO可能是入射光線B.aO可能是入射光線C.cO可能是入射光線D.Ob可能是反射光線E.PQ可能是法線【解析】由于反射角等于入射角，入射光線與反射光線關(guān)于法線對稱，所以aO、Ob應(yīng)是入射光線或反射光線，PQ是法線.又因?yàn)榉瓷涔饩€、折射光線都不與入射光線位于法線同側(cè)，所以aO是入射光線，Ob是反射光線，Oc是折射光線.【答案】BDE3.如圖453所示，落山的太陽看上去正好在地平線上，但實(shí)際上太陽已處于地平線以下，觀察者的視覺誤差大小取決于當(dāng)?shù)卮髿獾臓顩r.造成這種現(xiàn)象的原因是什么？圖453【解析】太陽光線進(jìn)入大氣

5、層發(fā)生折射，使傳播方向改變，使人感覺太陽的位置比實(shí)際位置偏高.【答案】光的折射利用光路圖解決光的折射問題的方法1.根據(jù)題意畫出正確的光路圖.首先要找到入射的界面，同時準(zhǔn)確地作出法線，再根據(jù)折射定律和入射光線畫出折射光線，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光線、折射光線與法線的夾角.2.利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，與折射定律n中的各量準(zhǔn)確對應(yīng).比方一定要確定哪個角在分子上、哪個角在分母上.3.利用折射定律n、折射率與光速的關(guān)系n列方程，結(jié)合數(shù)學(xué)三角函數(shù)的關(guān)系進(jìn)展運(yùn)算.折 射 率1.折射率1意義：反映介質(zhì)使光偏折的性質(zhì).2定義：光從真空射入某種介質(zhì)時發(fā)生折射，入射角的正弦與折

6、射角的正弦之比，叫這種介質(zhì)的折射率.3公式n.4折射率與光速的關(guān)系：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n.5特點(diǎn)：任何介質(zhì)的折射率都大于1.2.當(dāng)一束白光斜射入某種介質(zhì)時，由于各種色光的折射角不同，各種色光將分開，這種現(xiàn)象叫光的色散.各種色光中，紅光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大.3.同一種介質(zhì)，對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大.紅光在介質(zhì)中的傳播速度最大，紫光在介質(zhì)中的傳播速度最小.1.當(dāng)光從空氣垂直進(jìn)入水中時，水的折射率為0.2.光的折射率隨入射角的增大而增大.3.介質(zhì)的折射率越大，光在這種介質(zhì)中的傳播速度越小.1.是否可以由折射率的

7、定義式n得出介質(zhì)的折射率與入射角i的正弦成正比，與折射角r的正弦成反比？【提示】不可以.折射率n由介質(zhì)的性質(zhì)和光的顏色決定，與入射角i和折射角r無關(guān).2.光在折射率大的介質(zhì)中傳播速度越大還是越??？【提示】由v知，n越大，v越小.1.關(guān)于正弦值當(dāng)光由真空射入某種介質(zhì)中，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但正弦值之比是一個常數(shù).2.關(guān)于常數(shù)n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個常數(shù)，但不同介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說明常數(shù)反映著該介質(zhì)的光學(xué)特性.3.光傳播速度介質(zhì)的折射率n跟光在其中的傳播速率v有關(guān)，即n，由于光在真空中的傳播速率c大于光在任何介質(zhì)中的傳播速率v，所以任何介質(zhì)的折射率n都大

8、于1.因此，光從真空斜射入任何介質(zhì)時，入射角均大于折射角；而光由介質(zhì)斜射入真空時，入射角均小于折射角.4.決定因素介質(zhì)的折射率是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，它的大小只能由介質(zhì)本身及光的性質(zhì)共同決定，不隨入射角、折射角的變化而變化.4.一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時，入射角130，折射角260，折射光路如圖454所示，那么以下說法正確的選項(xiàng)是圖454A.此介質(zhì)折射率為B.此介質(zhì)折射率為C.光在介質(zhì)中速度比在空氣中小D.光在介質(zhì)中速度比在空氣中大E.當(dāng)入射角增大時，折射角也增大，但折射率不變【解析】由折射定律n，A錯誤，B正確；又由n知光在介質(zhì)中速度比在空氣中小，C正確，D錯誤.根據(jù)折射率的物理意義

9、，E正確.【答案】BCE5.如圖455所示，從點(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的外表，經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏的ab間形成一條彩色光帶.下面的說法中正確的選項(xiàng)是圖455A.a側(cè)是紅光，b側(cè)是紫光B.在真空中a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長C.三棱鏡對a側(cè)光的折射率大于對b側(cè)光的折射率D.在三棱鏡中a側(cè)光的速率比b側(cè)光小E.在三棱鏡中a、b兩側(cè)光的速率一樣【解析】由題圖可以看出，a側(cè)光偏折得較厲害，三棱鏡對a側(cè)光的折射率較大.所以a側(cè)光是紫光，波長較短，b側(cè)光是紅光，波長較長，因此A錯，B、C正確；又v，所以三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率小于b側(cè)光的傳播速率，D正確，E錯誤.

10、【答案】BCD6.利用半圓柱形玻璃，可減小激光光束的發(fā)散程度.在如圖456所示的光路中，A為激光的出射點(diǎn)，O為半圓柱形玻璃橫截面的圓心，AO過半圓頂點(diǎn).假設(shè)某條從A點(diǎn)發(fā)出的與AO成角的光線，以入射角i入射到半圓弧上，出射光線平行于AO，求此玻璃的折射率.圖456【解析】根據(jù)光路圖，由折射定律得n，由幾何關(guān)系得ri故n【答案】折射問題的四點(diǎn)注意1.根據(jù)題意畫出正確的光路圖；2.利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角確實(shí)定；3.利用反射定律、折射定律求解；4.注意光路可逆性、對稱性的應(yīng)用.測 定 材 料 的 折 射 率1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定玻璃的折射率.2.實(shí)驗(yàn)原理如圖457所示，當(dāng)光

11、線AO以一定入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO對應(yīng)的出射光線的OB，從而畫出折射光線OO，量出折射角2，再根據(jù)n算出玻璃的折射率.圖4573.實(shí)驗(yàn)器材一塊長方體的玻璃磚，白紙，木板，大頭針4枚，量角器或圓規(guī)、三角板，刻度尺，激光筆，鉛筆等.1.實(shí)驗(yàn)步驟1如圖458所示，將白紙用圖釘釘在平木板上；圖4582在白紙上畫出一條直線aa作為界面線，過aa上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN，并畫一條線段AO作為入射光線；3把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa對齊，畫出玻璃磚的另一邊bb；4在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向

12、直到P2的像擋住P1的像.再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置；5移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線OB與bb交于O，直線OB就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向；6連接OO，入射角iAON，折射角rOON，用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計的表格中；7用上述方法分別求出入射角分別為30、45、60時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中.2.數(shù)據(jù)處理方法一：平均值法求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測的平均值，即為玻璃磚的折射率.方法二：圖像法在幾次改

13、變?nèi)肷浣恰?yīng)的入射角和折射角正弦值的根底上，以sin i值為橫坐標(biāo)、以sin r值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖459所示.描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線.圖459求解圖線斜率k，那么k，故玻璃磚折射率n.方法三：作圖法在找到入射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點(diǎn)，與OE或OE的延長線交于D點(diǎn)，過C、D兩點(diǎn)分別向NN作垂線，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的長，如圖4510所示.圖4510由于sin i，sin r，而CODO，所以折射率n1.7.如圖4511所示，關(guān)于“測定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)，答復(fù)以下問題.圖45111請證明圖中的入射

14、光線和射出玻璃磚的光線是平行的.2為減小實(shí)驗(yàn)誤差，入射角大一些好還是小一些好？【解析】1如右圖所示，證明：n 而r1i2所以i1r2，所以入射光線平行于出射光線.2大一些好.這樣測量的誤差會小些，可以減小實(shí)驗(yàn)誤差.【答案】見解析8.在“測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中：1操作步驟如下：先在白紙上畫出一條直線aa代表兩種介質(zhì)的界面，過aa上的O點(diǎn)畫出界面的法線NN，并畫一條線段AO作為入射光線.把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa對齊.在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像.調(diào)整視線方向，直到P1的像被P2擋住.再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，記下P3、P4的位置.移去大頭針和玻璃磚，連接P3、P4作為折射光線，測量出入射角1與折射角2，填入表格中.上述操作步驟中存在嚴(yán)重的缺漏，應(yīng)做的補(bǔ)充是_.2實(shí)驗(yàn)中測出了多組入射角1與折射角2，并作出了sin 1sin 2圖像，如圖4512所示.圖4512那么實(shí)驗(yàn)時，光線是由_射入_.玻璃的折射率為_.【解析】1步驟中應(yīng)在白紙上畫出玻璃磚的另一個界面bb，步驟中應(yīng)通過P3、P4的連線與bb的交點(diǎn)