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(共52張PPT)
人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊
第四章 光
4.1 光的折射
授課人：揚帆起航
CONTENTS
01
02
光的折射
03
折射率
04
目錄
典型例題
典型例題
光的反射
05
測量玻璃的折射率
玻璃
01
光的反射
光
界面
入射光線
反射光線
法線
入射角
反射角
光的反射：光被兩種介質的界面反射回原來的介質中
1、反射光線與入射光線、法線在同一平面
2、反射光線和入射光線分居法線兩側
3、反射角等于入射角
光路可逆
一、光的反射定律
玻璃
02
光的折射
光
光的折射現象
光的折射：光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生改變的現象
光的折射規律
1、折射光線、入射光線、法線在同一平面內
2、折射光線和入射光線分居法線兩側
3、當光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角
玻璃
4、當光從玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角
5、當入射角增大時，折射角也隨著增大
二、光的折射定律
斯涅耳
入射角與折射角有什么定量關系呢？
1621 年，荷蘭數學家斯涅耳在分析了大量實驗數據后，找到了兩者
之間的關系，并把它總結為光的折射定律（refraction law）：
6、入射角的正弦和折射角的正弦成正比
=
n12
比例常數
斯涅耳定律
光的折射定律
入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與
入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與
折射角的正弦成正比，即:
光的折射定律的說明：
（1）折射現象中光路是可逆的；
（2）光的傳播方向:光從一種介質進入另一種介質時,傳播方向一般要發生變化。并非一定變化,當光垂直界面入射時,傳播方向就不發生變化。
（3）光的傳播速度:光從一種介質進入另一種介質時,傳播速度一定發生變化,當光垂直界面入射時,光的傳播方向雖然不變,但也屬于折射,光傳播的速度發生變化。
玻璃
03
折射率
光
說明：（1）n的大小與θ1和θ2無關，與介質和入射光的頻率有關，對于確定的介質，n是定值，不能說n∝sinθ1或n∝1/sinθ2，
（2）折射率無單位，任何介質的折射率皆大于1。
2.定義式:
三、折射率
1.定義：光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質的絕對折射率，簡稱折射率。用符號 n 表示。
n
c
v
=
（3）折射率反映介質對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。
(4)光從一種介質進入另一種介質時,折射角與入射角的大小關系不要一概而論,要視兩種介質的折射率大小而定。
(5)當光從折射率小的介質斜射入折射率大的介質時,入射角大于折射角,當光從折射率大的介質斜射入折射率小的介質時,入射角小于折射角。
幾種介質的折射率：
介質 折射率
金剛石 2.42
二氧化碳 1.63
介質 折射率
巖鹽 1.55
酒精 1.36
水晶 1.55
玻璃 1.5-1.8
水 1.33
空氣 1.00028
真空的折射率為 1，空氣的折射率近似為 1
正誤判斷
(1)光從一種介質進入另一種介質時傳播方向就會變化。（ ）
(2)介質的密度越大,其折射率一定也越大。（ ）
(3)光從真空斜射入任何介質時,入射角均大于折射角。
(4)折射定律是確定折射光線位置的規律。（ ）
(5)光的折射率隨入射角增大而增大。（ ）
×
×
×
√
√
（ ）
例1.(多選)關于光的反射與折射,下列說法正確的是(　　)
A.光發生反射時,光的傳播方向不一定改變
B.光發生反射時,光的傳播方向可能偏轉90°
C.光發生反射時,光的傳播方向一定改變
D.光發生折射時,一定伴隨著反射現象
解析 光發生反射時,光的傳播方向一定發生改變,且可以改變90°,A項錯,B、C兩項對;發生折射時,一定伴隨著反射現象,但有反射現象,不一定有折射現象,D項對。
答案 BCD
例2、光線以30°的入射角從玻璃射向空氣，它的反射光線與折射光線成90°夾角，則玻璃的折射率為多少？
r
β
⌒
⌒
i
⌒
玻璃
空氣
例3.光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中,折射光線與反射光線恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108 m/s)
(1)畫出折射光路圖;
(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度大小;
(3)當入射角變為45°時,折射角的正弦值是多大
(4)當入射角增大或減小時,玻璃的折射率是否變化
解析 (1)由題意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角
θ2=180°-60°-90°=30°,光路圖如圖所示。
(4)折射率不會變化,折射率由介質和入射光線的頻率決定,跟入射角的大小無關。
比實際物體位置偏上，看起來比實際深度淺。
想一想：水下的魚看起來比實際的深度深還是淺？
高
水
看到的氣球在折射光線的反向延長線上.
空氣
在水下看水面上的物體比實際位置高還是低？
玻璃
04
測定玻璃的折射率
光
玻璃是一種透明介質，光從空氣入射到玻璃的界面上會發生折射，如何把玻璃的折射率測出來？
三、實驗器材
長方形玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆。
一、實驗目的
測定玻璃的折射率。
二、實驗原理
用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應的出射光線，用量角器測入射角θ1和折射角θ2，根據折射定律計算出玻璃的折射率
四、測定玻璃的折射率
四、實驗步驟
（1）鋪紙（將白紙用圖釘固定在木板上）；
（2）在白紙上畫一條線a作為界面，過a上的一點O（作為入射點）畫法線NN′，并畫AO作為入射光線；
（3）把玻璃磚放在白紙上，使它的一邊與a對齊（確保O為實際入射點） ，確定玻璃磚的另一界面a′（確保出射點準確） ；
（4）在直線AO上豎直插大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調整視線讓P2擋住P1的像。再在另一側豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3、P2、P1的像，記下P3、P4位置；
（5）移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線DC與a′交于O′（作為實際出射點），直線O′D代表沿AO方向的入射光通過玻璃磚后的傳播方向；
（6）連接OO′，入射角 1=∠AON ，折射角 2＝ ∠N′OO′，用量角器量出入射角和折射角，求出對應的正弦值，記錄在表格中；
（7）用上述方法求出入射角分別為300、450、600時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中；
（8）算出不同入射角時的入射角與折射角的正弦比值，最后求出幾次實驗的平均值為折射率.
五、數據處理
1．平均值法
算出不同入射角時的比值 ，最后求出在幾次實驗中所測的 平均值，即為玻璃磚的折射率。
2．圖象法
以sin θ1值為橫坐標、以sinθ2值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖所示。描數據點，過數據點連線得一條過原點的直線。求解圖線斜
率k，則 ，故玻璃磚折射率 。
3．作圖法
在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點、OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長，如圖 所示。由于 ，且CO＝DO，所以折射率 。
六、注意事項
(1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O′點之間距離要稍大一些。
(2)入射角θ1應適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。
(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面。更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。
(4)在實驗過程中，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，宜在5 cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。
七、誤差分析
(1)入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時，兩大頭針間距應適當大一些。
(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應適當大些，以減小測量的相對誤差。
例4.某同學用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率,實驗后留下的痕跡如圖所示,設AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,只需用刻度尺測量________和________(均選填“l1”“l2” “l3”或“l4”),則玻璃磚的折射率可表示為________。
答案：
例5.學校開展研究性學習，某研究小組的同學根據所學的光學知識，設計了一個測量液體折射率的儀器，如圖所示。在一圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2，并保持P1、P2位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像，同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值，則：
(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應的折射率的值為________。
(2)圖中P3、P4兩位置________處所對應的折射率大。
(3)作AO的延長線交圓周于點K，點K處所對應的折射率的值應為________。
答案：(1)　(2)P4　(3)1
玻璃
05
典型例題
光
1．關于介質的折射率，下列說法正確的是（　?。?br/>A．由折射率的公式 可知，介質的折射率與入射角θ1的正弦成正比
B．由折射率公式 可知，介質折射率與光在介質中的傳播速度v成反比
C．折射率反映的是介質本身的光學性質由介質本身及光的性質共同決定
D．玻璃的折射率大于1，水的折射率小于1
B
2．如圖所示是光線以相同的入射角從空氣射入三種不同介質時的折射情況，則在三種介質中光的傳播速度最小的是（　　）
A．介質甲 B．介質乙 C．介質丙 D．三種介質均一樣
C
3．一條光線以40°的入射角從真空中射到平板透明材料上，光的一部分被反射，一部分被折射，折射光線與反射光線的夾角可能（　　）
A．小于40°
B．在50°~100°之間
C．在100°~140°之間
D．大于140°
C
4．如圖所示，用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，下列說法中正確的是（　　）
A．若P1、P2的距離較大時，通過玻璃磚會看不到P1、P2的像
B．為減少測量誤差，P1、P2的連線與法線NN'的夾角應盡量小些
C．為了減小作圖誤差，P3和P4的距離應適當取大些
D．若P1、P2的連線與法線NN'夾角較大時，有可能在bb′面發生全反射
C
5．某同學做測定玻璃折射率實驗時，用他測得的多組入射角θ1與折射角θ2作出sinθ1-sinθ2圖像，如圖所示，則下列判斷正確的是（ ）
A．他做實驗時，研究的是光從空氣射入玻璃的折射現象
B．玻璃的折射率為0.67
C．玻璃的折射率為1.5
D．他做實驗時，研究的是光從玻璃射入空氣的折射現象
AC
6．如圖所示，單色光沿AO從空氣射入水中，以O點為圓心，作兩半徑分別為R和r（R>r）的同心圓，大圓與入射光線相交于A，與折射光線相交于B，小圓與AO延長線相交于M，BM連線恰好和水平界面垂直，垂足為N，則下列說法正確的是（　　）
A．水的折射率
B．光線從空氣中進入水中，頻率變大了
C．光線在AO段的傳播時間tAO的大于在OB段的傳播時間tOB
D．由于數據不足，無法確定入射角和折射角的大小，故無法計算折射率
D
7.如圖所示,一束激光垂直于AC面照射到等邊玻璃三棱鏡的AB面上。已知AB面的反射光線與折射光線的夾角為90°。光在真空中的傳播速度為c。求:
(1)玻璃的折射率;
(2)激光在玻璃中傳播的速度。
8.如圖所示,扇形透明介質AOB的半徑為R,圓心角為45°,單色光沿平行OB的方向從C點入射介質,C點到OB的距離H= ,該介質的折射率n= 。光在AB面的入射角的正弦值為(　　)
解析
答案 B
9.如圖所示,一小孩站在寬6 m的河邊,在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3 m的樹,樹的正下方河底有一塊石頭,小孩向河面看去,可同時看到樹頂和石頭兩者的像,并發現兩個像重合,若小孩的眼睛離河面高為1.5 m,河水的折射率為 ,試估算河水深度。
解析 樹頂反射和石頭折射成像的光路圖如圖所示
答案 5.3 m
思維導圖

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