中職物理課件：601第一節(jié) 光的折射和全反射

第一節(jié)光的折射和全反射主講人：張明明山東省滕州市中等職業(yè)教育中心學(xué)校這是一種什么生物呢？它是怎么拍攝出來(lái)的呢？主要內(nèi)容光線光的折射12全反射301PART01光線一、光線我們已經(jīng)知道，光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的。為了便于研究光的傳播規(guī)律，物理學(xué)中常用一條帶箭頭的直線來(lái)表示光的傳播方向，這條直線稱為光線。它也是人們?yōu)榱搜芯糠奖憬?gòu)的一種物理模型。

光是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，其本質(zhì)是波長(zhǎng)不同的電磁波?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)約在400～770nm之間。人眼在觀察物體時(shí)，往往根據(jù)射入眼睛的光線的方向和光沿直線傳播的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷物體位置，認(rèn)為光是從射入眼睛的光線的反向延長(zhǎng)線處發(fā)出的，如下圖所示。一、光線02PART02光的折射將一根筷子斜插入水中時(shí)，可觀察到筷子在水面處發(fā)生彎折的現(xiàn)象，如右圖所示。這種光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，光線的方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱為光的折射。二、光的折射生活中可以經(jīng)?？吹焦鈴目諝馍湎蛩虿Ａr(shí)發(fā)生的折射現(xiàn)象，那么，光的折射角與入射角之間存在什么關(guān)系呢？

【活動(dòng)與探究】

用玻璃磚探究光的折射規(guī)律二、光的折射

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：當(dāng)光從空氣射入玻璃時(shí)，入射角和反射角之間有什么規(guī)律呢？

提出假設(shè)：折射角一般隨著入射角的增大而增大，可能與入射角成正比。

【活動(dòng)與探究】

用玻璃磚探究光的折射規(guī)律二、光的折射

設(shè)計(jì)方案：將一塊矩形玻璃磚放在白紙上，用激光燈以一定的入射角從空氣射向玻璃，如右圖所示，測(cè)量激光進(jìn)入玻璃后的折射角，嘗試歸納折射規(guī)律。

【活動(dòng)與探究】

用玻璃磚探究光的折射規(guī)律二、光的折射

收集證據(jù)：使入射角從0°~80°之間，每隔10°測(cè)量一個(gè)折射角，記錄到下表中。入射角0°10°20°30°40°50°60°70°80°折射角

【活動(dòng)與探究】

用玻璃磚探究光的折射規(guī)律二、光的折射

結(jié)果驗(yàn)證：與本學(xué)習(xí)小組的同學(xué)一起分析以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，嘗試歸納折射規(guī)律。最后得出結(jié)論：光的折射角與入射角

。

反思改進(jìn)：與其他組的同學(xué)交流，最終可以得出什么結(jié)論？直到1621年，荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳才發(fā)現(xiàn)了入射角和折射角之間存在的準(zhǔn)確關(guān)系，但是不能解釋其產(chǎn)生的原因。后來(lái)有人猜測(cè)折射角與入射角之間的關(guān)系與它們的密度有關(guān)，又被實(shí)驗(yàn)證偽。古人在公元2世紀(jì)測(cè)定了光從空氣向水中折射時(shí)入射角與折射角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并認(rèn)為折射角與入射角成正比。近千年后被人證實(shí)是錯(cuò)誤的。二、光的折射觀察法是人們有目的、有計(jì)劃地通過(guò)感覺器官或借助科學(xué)儀器對(duì)自然現(xiàn)象在自然發(fā)生的條件下

進(jìn)行資料搜集的一種方法，是最基本、最古老、最直接的科學(xué)方法。【思維與方法】

觀察法

觀察是獲得感性材料的基本途徑，人類探索自然的一切實(shí)踐活動(dòng)都離不開觀察。在所有物理實(shí)驗(yàn)中必然使用觀察法。二、光的折射當(dāng)光從真空射入其他不同的介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生不同程度的偏折，這種現(xiàn)象顯示了介質(zhì)對(duì)光作用的性質(zhì)。原來(lái)，光在真空中的速度最大，約為

3×108m/s，在其他介質(zhì)中的速度都小于這一數(shù)值。后來(lái)在法國(guó)科學(xué)家斐索和傅科通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了空氣和水中的光速后，人們才真正了解折射規(guī)律。二、光的折射

由于光在真空中的速度大于光在任何介質(zhì)中的速度，所以，其他介質(zhì)的折射率都大于1。

為了描述介質(zhì)的這種性質(zhì)，人們把光在真空中的速度

c和在介質(zhì)中的速度

v的比值，稱為介質(zhì)的折射率，用

n表示：二、光的折射幾種介質(zhì)的折射率二、光的折射介質(zhì)折射率介質(zhì)折射率金剛石2.42甘油1.47二硫化碳1.63酒精1.36玻璃1.5～1.9水1.33樹脂1.5～1.8冰1.31水晶1.55空氣1.00028

眼鏡片的材料一般有玻璃和樹脂兩種。玻璃鏡片表面耐磨，但是重量較大，并且容易破碎，不安全。樹脂鏡片較輕，重量只有玻璃鏡片的一半，抗沖擊性是玻璃鏡片的數(shù)十倍，所以很安全。樹脂鏡片還可以染色，進(jìn)行多種框架的特殊加工，但樹脂鏡片表面較玻璃鏡片易磨損，須細(xì)心護(hù)理。

【應(yīng)用與拓展】

眼鏡片與折射率二、光的折射

假設(shè)光從折射率為

n1的介質(zhì)射入折射率為

n2的介質(zhì)（例如從空氣射入玻璃）時(shí)，入射角為

θ1，折射角為

θ2，如右圖所示。二、光的折射

即n1sinθ1＝n2sinθ2人們把這個(gè)規(guī)律稱為光的折射定律，也稱斯涅耳定律。由折射定律可看出，發(fā)生折射時(shí)，光線在折射率大的介質(zhì)中與法線的夾角小，在折射率小的介質(zhì)中與法線的夾角大。二、光的折射如果讓光線逆著原來(lái)的折射光線射到界面上，光線就會(huì)逆著原來(lái)的入射光線發(fā)生折射，即光路是可逆的。03PART03全反射當(dāng)折射角等于90°時(shí)，就出現(xiàn)了一種奇特現(xiàn)象。光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)（例如從玻璃射向空氣）時(shí)，折射角總是大于入射角。兩種介質(zhì)相比較，折射率大的稱為光密介質(zhì)，折射率小的稱為光疏介質(zhì)。三、全反射

【活動(dòng)與探究】

探究光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)的規(guī)律

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，折射角總是大于入射角。當(dāng)折射角等于90°以后，再增大入射角，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？

提出假設(shè)：如果當(dāng)折射角等于90°以后，再增大入射角，折射光線可能會(huì)消失。三、全反射

設(shè)計(jì)方案：將將半圓柱形玻璃磚如右圖所示放置在的標(biāo)有圓心角度數(shù)的白紙上，讓玻璃磚的圓心正對(duì)白紙上的圓心。讓激光燈發(fā)出的光沿圓柱形玻璃磚的半徑射向圓心，讓入射角從0°開始，逐漸增大。觀察以不同入射角入射的光線產(chǎn)生的折射現(xiàn)象，探究當(dāng)折射角等于90°以后，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象。三、全反射

【活動(dòng)與探究】

探究光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)的規(guī)律

收集證據(jù)：使入射角從

0°開始逐漸增大，每隔

5°記錄一次數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到下表中。三、全反射入射角折射角反射角入射角折射角反射角0°

30°

5°

35°

10°

40°

15°

45°

20°

50°

25°

60°

結(jié)果驗(yàn)證：通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)：在光從玻璃射向空氣時(shí)，隨著入射角的增大，折射光線的亮度越來(lái)越

，反射光線的亮度越來(lái)越

。當(dāng)折射角等于90°時(shí)，入射角約為

，發(fā)生了什么現(xiàn)象？再繼續(xù)增大入射角，發(fā)生了什么現(xiàn)象？

反思改進(jìn)：與其他同學(xué)交流，本實(shí)驗(yàn)若要測(cè)量得更加精確，需要采取什么措施？三、全反射

【活動(dòng)與探究】

探究光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)的規(guī)律當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，并且當(dāng)入射角大于某一角度時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象。在全反射現(xiàn)象中，剛好發(fā)生全反射，即折射角等于

90°時(shí)的入射角稱為臨界角，用

C表示，如右圖所示。三、全反射當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，如果入射角大于臨界角，就發(fā)生全反射現(xiàn)象。不同的介質(zhì)，由于折射率不同，在空氣中發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不一樣。根據(jù)折射定律可得三、全反射n

sinC＝1×sin90°

知道介質(zhì)的折射率，就可以用上式求出光從這種介質(zhì)射到空氣（或真空）界面時(shí)的臨界角。水的臨界角為

48.8°，各種玻璃的臨界角為

32°～42°，金剛石的臨界角最小，為

24.5°。金剛石經(jīng)過(guò)一定方式的切割，往往使進(jìn)入其中的白光經(jīng)過(guò)多次全反射后才從某個(gè)表面射出。由于光的色散現(xiàn)象，因此金剛石總會(huì)呈現(xiàn)出五彩斑瀾的色彩，如右圖所示。三、全反射

【觀察與體驗(yàn)】

觀察水中的小球用攝子將一個(gè)鋼球夾住，放在火柴、蠟燭等火焰上薰烤，使其表面全部被薰黑。等鋼球冷卻后，將它放入一個(gè)盛水的玻璃杯中，觀察其表面的顏色。三、全反射【思考與討論】與同學(xué)討論，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是什么？在右圖所示的照片中，那個(gè)不明生物其實(shí)是一只漂浮在平靜水面上的水