(2024年)高中物理課件光的折射

高中物理課件光的折射12024/3/26光的折射現(xiàn)象與定義光線在不同介質(zhì)中傳播特性幾何光學(xué)初步：球面鏡成像規(guī)律波動(dòng)光學(xué)基礎(chǔ)：干涉和衍射現(xiàn)象光的折射在日常生活中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)探究：測量玻璃磚折射率contents目錄22024/3/2601光的折射現(xiàn)象與定義32024/3/260102折射現(xiàn)象描述折射現(xiàn)象在日常生活中的應(yīng)用，如透鏡成像、眼鏡矯正視力等。光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。42024/3/26光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為光的折射。折射定義光斜射入不同介質(zhì)且入射角不為零。產(chǎn)生條件折射定義及產(chǎn)生條件52024/3/26折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)。入射角的正弦與折射角的正弦之比等于兩種介質(zhì)的折射率之比，即n1/n2=sinθ2/sinθ1，其中n1和n2分別為兩種介質(zhì)的折射率，θ1和θ2分別為入射角和折射角。折射定律內(nèi)容62024/3/26

折射率概念及計(jì)算折射率定義光在真空中傳播速度與光在該介質(zhì)中傳播速度之比，即n=c/v，其中c為光在真空中的速度，v為光在該介質(zhì)中的速度。折射率與介質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系不同介質(zhì)的折射率不同，且折射率與光的波長有關(guān)。一般來說，波長越短，折射率越大。折射率的計(jì)算通過實(shí)驗(yàn)測量入射角和折射角，利用折射定律計(jì)算折射率。或者通過查找相關(guān)表格或數(shù)據(jù)庫獲取已知介質(zhì)的折射率。72024/3/2602光線在不同介質(zhì)中傳播特性82024/3/26光線在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。光線傳播路徑可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察和記錄，如通過小孔成像實(shí)驗(yàn)。光線在均勻介質(zhì)中的傳播速度與該介質(zhì)的折射率有關(guān)。光線在均勻介質(zhì)中傳播路徑92024/3/26當(dāng)光線從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生偏折，這種現(xiàn)象叫做光的折射。折射角與入射角和兩種介質(zhì)的折射率有關(guān)，滿足折射定律：n1*sinθ1=n2*sinθ2。折射現(xiàn)象在日常生活和自然現(xiàn)象中非常普遍，如彩虹、水中的倒影等。光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)變化102024/3/26當(dāng)光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射角達(dá)到最大值，此時(shí)再增加入射角，光線將不再進(jìn)入光疏介質(zhì)，而是全部反射回光密介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為全反射。發(fā)生全反射時(shí)的入射角稱為臨界角，其大小與兩種介質(zhì)的折射率有關(guān)。全反射現(xiàn)象在光纖通信、內(nèi)窺鏡等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。臨界角和全反射現(xiàn)象112024/3/26光纖通信利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優(yōu)點(diǎn)，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纖通信。光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息（如話音）變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度（頻率）變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。光纖通信具有傳輸容量大、傳輸質(zhì)量好、損耗小、中繼距離長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通信、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。010203光纖通信原理及應(yīng)用122024/3/2603幾何光學(xué)初步：球面鏡成像規(guī)律132024/3/26根據(jù)反射面的形狀，球面鏡可分為凸面鏡和凹面鏡。球面鏡分類凸面鏡特點(diǎn)凹面鏡特點(diǎn)反射面為外凸的球面，具有發(fā)散作用，成像比實(shí)物小，視野范圍大。反射面為內(nèi)凹的球面，具有會(huì)聚作用，成像比實(shí)物大，視野范圍小。030201球面鏡分類及特點(diǎn)142024/3/26成像在凸面鏡的另一側(cè)，即反射光線的反向延長線相交于一點(diǎn)。成像位置成像比實(shí)物小，且隨著物體遠(yuǎn)離凸面鏡，成像逐漸變小。成像大小隨著物體遠(yuǎn)離凸面鏡，像距逐漸增大。像距變化凸面鏡成像規(guī)律152024/3/26成像在凹面鏡的同側(cè)，即反射光線相交于一點(diǎn)。成像位置成像比實(shí)物大，且隨著物體靠近凹面鏡，成像逐漸變大。成像大小隨著物體靠近凹面鏡，像距逐漸減小。像距變化凹面鏡成像規(guī)律162024/3/26汽車后視鏡太陽灶天文望遠(yuǎn)鏡顯微鏡實(shí)際應(yīng)用舉例01020304利用凸面鏡的發(fā)散作用，擴(kuò)大視野范圍，減少盲區(qū)。利用凹面鏡的會(huì)聚作用，將太陽光會(huì)聚于一點(diǎn)，產(chǎn)生高溫用于烹飪。利用凹面鏡作為物鏡和目鏡，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離天體的觀測和研究。利用凹面鏡作為物鏡和目鏡的組合，實(shí)現(xiàn)微小物體的放大和觀察。172024/3/2604波動(dòng)光學(xué)基礎(chǔ)：干涉和衍射現(xiàn)象182024/3/2603波動(dòng)光學(xué)與幾何光學(xué)的關(guān)系幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)在特定條件下的近似，當(dāng)光波波長很短或障礙物尺寸很大時(shí)，可用幾何光學(xué)方法處理。01波動(dòng)光學(xué)的定義研究光波在傳播過程中產(chǎn)生的干涉、衍射等現(xiàn)象的光學(xué)分支。02波動(dòng)光學(xué)的歷史發(fā)展從牛頓的微粒說到惠更斯的波動(dòng)說，再到麥克斯韋的電磁理論，波動(dòng)光學(xué)逐漸發(fā)展成熟。波動(dòng)光學(xué)簡介192024/3/26雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理通過雙縫的相干光源發(fā)出的光波在空間疊加，形成明暗相間的干涉條紋。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析干涉條紋的間距與光源波長、雙縫間距及屏幕到雙縫的距離有關(guān)。當(dāng)光源波長越長、雙縫間距越小或屏幕到雙縫的距離越大時(shí)，干涉條紋間距越大。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理及結(jié)果分析202024/3/26單縫衍射實(shí)驗(yàn)原理光波通過單縫后發(fā)生衍射，形成明暗相間的衍射條紋。單縫衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析衍射條紋的間距與光源波長、單縫寬度及屏幕到單縫的距離有關(guān)。當(dāng)光源波長越長、單縫寬度越小或屏幕到單縫的距離越大時(shí)，衍射條紋間距越大。單縫衍射實(shí)驗(yàn)原理及結(jié)果分析212024/3/26分辨率與波長關(guān)系光學(xué)儀器的分辨率受光源波長限制，波長越短，分辨率越高。分辨率定義光學(xué)儀器能夠分辨開兩個(gè)相鄰物點(diǎn)的最小距離。提高分辨率方法采用短波長光源、增大物鏡孔徑、減小像差等方法可提高光學(xué)儀器的分辨率。光學(xué)儀器分辨率問題222024/3/2605光的折射在日常生活中的應(yīng)用232024/3/26近視眼鏡利用凹透鏡對光的發(fā)散作用，使物體的像成在視網(wǎng)膜上，從而矯正視力。遠(yuǎn)視眼鏡利用凸透鏡對光的會(huì)聚作用，使物體的像成在視網(wǎng)膜上，以改善遠(yuǎn)視眼的視力。散光眼鏡針對散光現(xiàn)象，通過柱面透鏡矯正視力，使光線能夠聚焦在視網(wǎng)膜上。眼鏡矯正視力原理242024/3/26光圈通過調(diào)節(jié)光圈大小來控制進(jìn)光量，進(jìn)而影響景深和曝光效果。折射率鏡頭材料的折射率會(huì)影響鏡頭的成像質(zhì)量和光學(xué)性能，因此需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的折射率。焦距根據(jù)拍攝距離和拍攝對象大小選擇合適的焦距，以實(shí)現(xiàn)清晰的成像效果。攝影技術(shù)中鏡頭選擇依據(jù)252024/3/26太陽光經(jīng)過雨滴時(shí)發(fā)生折射、反射和再折射的光學(xué)過程，分散成七種顏色的光譜，形成彩虹。形成原理背對太陽，面向還有殘留雨滴的區(qū)域，適當(dāng)調(diào)整角度和位置，便有機(jī)會(huì)觀測到彩虹。觀測方法避免在陽光強(qiáng)烈或云層過厚的情況下觀測，以免影響觀測效果。注意事項(xiàng)彩虹形成原理及觀測方法262024/3/26其他應(yīng)用舉例望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等光學(xué)儀器利用光的折射原理，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)距離或微小物體的觀測。通過光的折射現(xiàn)象觀察寶石的折射率、色散等光學(xué)性質(zhì)，從而鑒定其真?zhèn)魏推焚|(zhì)。利用光的折射原理，判斷魚群的位置和游動(dòng)方向，提高捕撈效率。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用光的折射原理進(jìn)行眼科檢查、內(nèi)窺鏡檢查等診斷方法。光學(xué)儀器珠寶首飾鑒定漁業(yè)捕撈醫(yī)學(xué)診斷272024/3/2606實(shí)驗(yàn)探究：測量玻璃磚折射率282024/3/26通過測量光在玻璃磚中的入射角和折射角，計(jì)算玻璃的折射率，加深對光的折射定律的理解。實(shí)驗(yàn)?zāi)康墓獾恼凵涠芍赋?，光在兩種不同介質(zhì)交界面處發(fā)生折射時(shí)，入射光線、折射光線和法線位于同一平面內(nèi)，且入射角和折射角的正弦之比等于兩種介質(zhì)的相對折射率。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?92024/3/26實(shí)驗(yàn)器材半圓形玻璃磚平行光源實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備和步驟302024/3/26測角儀紙屏筆和紙實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備和步驟312024/3/26032.使用平行光源發(fā)出一束平行光，照射在玻璃磚的平面上。01實(shí)驗(yàn)步驟021.將半圓形玻璃磚放置在紙屏上，確保玻璃磚的平面與紙屏緊密接觸。實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備和步驟322024/3/26實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備和步驟3.通過測角儀分別測量入射角和折射角，記錄數(shù)據(jù)。4.改變?nèi)肷浣堑拇笮?，重?fù)步驟3，至少測量5組數(shù)據(jù)。332024/3/26數(shù)據(jù)處理方法和誤差分析數(shù)據(jù)處理方法根據(jù)光的折射定律，計(jì)算每組數(shù)據(jù)對應(yīng)的折射率，并求出平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。誤差分析誤差可能來源于測量角度時(shí)的儀器誤差、人為誤差以及環(huán)境因素（如光源不穩(wěn)定）等。為減小誤差，可以采用更精確的測角儀、多次測量取平均值等方法。342024/3/26根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出