1、4.1 光的折射定律【学习目标】一、 知识与技能(1)了解介质的折射率与光速的关系；(2)掌握光的折射定律；(3)掌握介质的折射率的概念二、 过程与方法通过观察演示实验，了解到光在两种介质界面上发生的现象(反射和折射)，观察反射光线、折射光线随入射角的变化而变化，培养观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养分析、推理能力三、 情感、态度与价值观 渗透物理研究和学习的科学态度的教育实验的客观性与人的观察的主观性的矛盾应如何解决，人的直接观察与用仪器探测是有差别的，我们应用科学的态度看待用仪器探测的结果【学习重点】光的折射定律、折射率折射率是反映介质光学性质的物理量，由介质来决定【知识要
2、点】（1）光的折射现象如图所示，当光线射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光线OB。另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC，这种现象叫做光的折射现象，光线OC称为折射光线。实验证明，折射光线仍在入射面内，与入射光线分居法线两侧，折射光线与法线的夹角称为折射角（r）。（2）折射定律内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。折射率：光从真空斜射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比n，叫做这种介质的折射率：。（3）折射现象中的光路可逆上一节讲到反射现象中光路是可逆的，那么折射现象中光路是否可逆呢
3、？回答是肯定的，光路也可逆。在图中，人所看到的物体的位置比实际位置要“浅”。假若水中有一条鱼，鱼所看到外面物体的位置会怎样？如图所示，物点S发出的光（或反射的光）射向水面并发生折射，我们取其中两条光线研究，两折射光线被鱼眼接收，则鱼看到物点S的位置是在S点。【问题探究】问题1.怎样理解折射率？解答：（1）折射率是用光线从真空射入介质，入射角正弦与折射角正弦之比定义的，由于光路可逆，入射角、折射角随光路可逆而“换位”，因此，在应用时折射率可记忆为n=sin（真空角）/sin（介质角）.（真空角为真空中光线与法线夹角，介质角为介质中的光线与法线夹角）（2）折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也
4、反映了光在介质中的传播速度的大小v=c/n（1） 折射率大小人仅与介质本身有关，还与折射光的频率有关：同一种介质，对频率大的光折射率大，对频率小的光折射率小。（2） 同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变。问题2.为什么说光密介质与光疏介质是相对的？光疏或光密介质与介质密度有关吗？解答：任何介质的折射率都大于1。两种介质相比较，折射率大的介质叫光密介质，折射率小的叫光疏介质。某介质相对于一种介质是光密介质，但相对于另一种介质就不一定是仍光疏密介质。因此说光密介质与光疏介质是相对的。例如酒精（n=1.36）相对于水（n=1.33）来说是光密介质，而相对于水晶（n=1.55）来说是
5、光疏介质。是光疏介质还是光密介质，是通过两种介质的光学特性对比来决定的，与介质的密度无关。问题3.光从一种介质进入到另一种介质中，频率、波长、光速是否变化？解答：光从一种介质进入另一种介质中，由于其频率是由光源决定的，与介质无关，所以光的频率不发生变化，但光速、波长都要发生变化。问题4.光的颜色是由什么决定的？光由一种介质进入另一种介质时，颜色是否改变？解答：光的颜色是由光的频率决定的。由于光的频率由光源决定，在传播过程中不发生变化。所以光由一种介质进入另一种介质时，频率不变、颜色不变。【典型例题】例1、 光在某介质中的传播速度是2.122108m/s，当光线以30入射角，由该介质射入空气时，
6、折射角为多少？解：由介质的折射率与光速的关系得又根据介质折射率的定义式得r为在空气中光线、法线间的夹角即为所求i为在介质中光线与法线间的夹角30由(1)、(2)两式解得：所以r=45例2、 空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼，已知水的折射率为4/3，则鸟看水中的鱼离它 m，鱼看天上的鸟离它 m。解析：首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示，由于是在竖直方向上看，所以入射角很小，即图中的i和r均很小，故有tan i=sin i ，tan r=sin r. 由图可得：h1tan r=htan i，h=h1tan r/tan i=h1sin r/sin i=. 则鸟看水中的鱼
7、离它：h1=3m+3m=6m. 同理可得鱼看鸟时：h（见上图的分析）则H2=4m+4m=8m. 答案：6 8例3、 （2002全国）为了观察门外情况，有人在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直，如图所示，从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称作视场角，已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为，底面半径为r，则视场角是（ ）A. arcsin B. arcsinC. arcsin D. arcsin解析：如图光路所示，依题意可得：sin r = 由n= 得i=arcsin（n sin r） = arcsin 答案：B【当堂反馈】1.如图，一玻璃柱体的横
8、截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为，入射解为45（相应的折射角为24），现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15，如图中虚线所示，则A光束1转过15 B光束1转过30C光束2转过的角度小于15 D光束2转过的角度大于152一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45。下面四个光路图中，正确的是 A B C D3、如图2所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是A红光的偏折最大，紫光的偏折最小B红光的偏折最小，紫光的偏折最大C玻璃对红光的折射率比紫光大D玻璃对紫光的
9、传播速度比红光大4、一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为na和nb，a、b在玻璃中的传播速度分别为va和vb，则（ ）AnanbBnavbDva，用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度，则（ ）ABCD7、一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的？ 8如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被分成两光束OA和OB沿如图所示方向射出则 AOA为黄光，OB为紫光 B
10、OA为紫光，OB为黄光 COA为黄光，OB为复色光 DOa为紫光，OB为复色光9A与B是两束平行的单色光，它们从空气射人水中的折射角分别为rA、rB，若rArB，则A在空气中A的波长大于B的波长B在水中A的传播速度大于B的传播速度CA的频率大于B的频率D在水中A的波长小于B的波长10如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为，入射解为45（相应的折射角为24），现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15，如图中虚线所示，则A 光束1转过15 B 光束1转过30C 光束2转过的角度小于15
11、 D 光束2转过的角度大于1511如图，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为，一细光束以入射角从P点射入，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后，A 传播方向相对于入射光方向向左偏转角B 传播方向相对于入射光方向向右偏转角C 红光在蓝光的左边D 红光在蓝光的右边12. A与B是两束平行的单色光，它们从空气射入水中的折射角分别为、，若，则A在空气中A的波长大于B的波长B在水中A的传播速度大于B的传播速度CA的频率大于B的频率D在水中A的波长小于B的波长13为了观察门外情况，有人在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直。从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外
12、入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角。已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为l，底面半径为r，则现场角是Aarcsin BarcsinCarcsin Darcsin14下列说法中正确的是 A在真空中红光的波长比紫光的小 B玻璃对红光的折射率比对紫光的大C在玻璃中红光的传播速度比紫光的大D红光光子的能量比紫光光子的能量大15对于某单色光，玻璃的折射率比水的大，则此单色光在玻璃中传播时， A其速度比在水中的大，其波长比在水中的长 B其速度比在水中的大，其波长比在水中的短 C其速度比在水中的小，其波长比在水中的短 D其速度比在水中的小，其波长比在水中的长16一束单色光从空气射入玻璃中，则其A频率不变，波长
13、变长 C频率变大，波长不变C频率不变，波长变短 D频率变小，波长不变17如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中A1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能B4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能C7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能D只能是4、6中的某一条18一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45。下面四个光路图中，正确的是 A B C D19已知一束单色光在水中的传播速度是真空中的，则 A这束光在水中传播时的波长为真空中的 B这束光在水中传播时的频率为
14、真空中的 C对于这束光，水的折射率为 D从水中射向水面的光线，一定可以进入空气中20已知一束单色光在水中的传播速度是真空中的，则A这束光在水中传播时的波长为真空中的B这束光在水中传播时的频率为真空中的C对于这束光，水的折射率为D从水中射向水面的光线，一定可以进入空气中21.雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R的球，球心到入射光线的垂直距离为水的折射率为 （1）在图上画出该束光线射入水珠内经一次反射后又从水珠中射出的光路图（2）求这束光线从射向水珠到射出水珠每一次偏转的角度【参考答案】1.BC 2. A 3.B 4.AD 5.BD 6.B 7.B 8.C 9.AB 10.BC 11.D 12.AB 13.B 14.C 15.C 16.C 17.B 18.A 19.A 20.A 21. 答案： （1）光路如图（）所示 （2）以、表示入射光线的入射角、折射角，由折射定律有，以、表示每一次偏转的角度，如图（）所示，由反射定律、折射定律和几何关系可知，2，由以上各式解得（）（1）21（1）（1）【反思】收获疑问