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1、第四章,1 光的折射定律,学习目标 1.掌握光的反射及反射定律. 2.掌握光的折射及折射定律. 3.掌握介质的折射率的概念，了解介质的折射率与光速的关系. 4.会依据光的反射定律和折射定律作出光路图.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、光的反射定律和折射定律,如图1所示，一块半圆形的玻璃砖放在带有角度刻度 的圆盘上，使玻璃砖的圆心正好与圆盘刻度的圆心重 合，将激光笔对准圆心照射，会观察到激光笔发出的 一束光照射到玻璃砖表面后被分成了两束光请在图 上标出法线、入射角、反射角和折射角改变入射光 线与法线的夹角，观察到三条光线与法线的夹角有什么关系？,图1,答案,答案 如图所示，
2、入射光线和反射光线与法线的夹角相等，折射光线与法线的夹角小于入射光线与法线的夹角.,1.光的反射 (1)反射现象：当光射到两种介质的 时，一部分光仍回到 的介质里继续传播的现象. (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在 内，反射光线与入射光线分别位于 ；反射角 入射角. (3)在光的反射现象中，光路是 .,分界面,原来,法线的两侧,同一平面,等于,可逆的,2.光的折射 (1)光的折射现象 当光射到两种介质的分界面时，另一部分光进入第二种介质继续传播的现象. (2)折射定律(如图2) 所示入射光线、折射光线和法线在 内，入射光 线与折射光线分居 ； 与 之比为一常数，即 . (3)在光的折
3、射现象中，光路 .,同一平面,法线两侧,入射角的正弦值,折射角的正弦值,图2,可逆,判断下列说法的正误. (1)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化. ( ) (2)在光的反射和折射现象中光路是可逆的. ( ) (3)光从空气射入水中时，入射角发生变化，折射角和反射角都发生变化. ( ) (4)光由一种介质进入另一种介质时，增大入射角，折射角一定增大，入射角与折射角成正比. ( ),二、介质的折射率,如表所示是在探究光由真空 射入某种透明介质发生折射 的规律时得到的实验数据.请 在表格基础上思考以下问题： (1)随着入射角的增大，折射 角怎样变化？,答案 折射角增大.,答案,答案
4、 入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变.,(2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量？,答案,1.折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时， 与 之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率. 即 . (2)折射率与光速的关系：某种介质的折射率n，等于光在 中 的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即 .,入射角i的正弦值,折射角r的正弦值,真空,2.对折射率n的理解 (1)由于cv，故任何介质的折射率n都 (填“大于”“小于”或“等于”)1. (2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由_ 共同决定，与入射角、折射角的大小 . (3)i为真空中的光线与
5、法线的夹角，不一定为入射角；而r为介质中的光线与法线的夹角，不一定为折射角. (4)介质的折射率与介质的密度没有必然联系.,大于,无关,光的频率,介质本身和入射,判断下列说法的正误. (1)光由空气射入某介质时折射角大于入射角. ( ) (2)光在水中的传播速度比在真空中的传播速度小. ( ) (3)介质的折射率越大，光在这种介质中传播速度越快. ( ) (4)由折射率的定义式 得出，介质的折射率与入射角i的正弦值成正比，与折射角r的正弦值成反比. ( ) (5)任何介质的折射率都大于1. ( ),题型探究,一、对折射率的理解,1.折射率是一个反映介质光学性质的物理量，其大小由介质本身及入射光
6、的频率决定，与入射角、折射角的大小无关. 2.应用 计算介质折射率时，注意i为真空中的光线与法线夹角，不一定为入射角；r为介质中光线与法线的夹角，也不一定为折射角.,例1 (多选)关于折射率，下列说法正确的是 A.根据 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B.根据 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C.根据 可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比 D.同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成 反比,解析,答案,解析 介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和入射光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错； 由于真空中的光速是个定值
7、，故n与v成反比是正确的，选项C正确； 由于vf，当f一定时，v与成正比，又n与v成反比，故n与也成反比，选项D正确.,折射率n反映了介质的光学性质，它的大小只由介质本身和入射光的频率决定，与入射角和折射角的大小无关，切不可认为n与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比.,例2 (多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图3所示的折射现象().下列结论中正确的是 A.在水中的传播速度，光束a比光束b大 B.在水中的传播速度，光束a比光束b小 C.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小 D.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大,图3,解析,答案,解析 由公式 ，可得折
8、射率navb，A正确，B错误.,例3 如图4所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生了反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是 A.AO是入射光线，OB为反射光线，OC为折射光线 B.BO是入射光线，OC为反射光线，OA为折射光线 C.CO是入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线 D.条件不足，无法确定,二、反射定律和折射定律的应用 利用反射定律和折射定律解题时，首先以光线为工具画出光路图，然后由折射定律、反射定律及几何规律列方程求解相关问题.,解析,答案,图4,解析 法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，反射光线、折射光线和入射光线都位于法线两侧.可知CO为入射光线，OB为反射光线，OA
9、为折射光线.,例4 如图5所示，ABC为直角三角形三棱镜的横 截面，ABC30.有一细光束MN射到AC面上， 且MN与AC的夹角也为30，该光束从N点进入棱 镜后再经BC面反射，最终从AB面上的O点射出， 其出射光线OP与BC面平行. (1)作出棱镜内部的光路图(不必写出作图过程)；,图5,答案 见解析图,解析,答案,解析 光路图如图所示：,(2)求出此棱镜的折射率.,答案,解析,答案,解析 根据折射定律 ， . 因为1460，所以32. 又由几何关系知2360， 所以330. .,达标检测,1.(多选)一束光从介质1进入介质2，方向如图6所示， 下列对于1、2两种介质的光学属性的判断正确的是
10、 A.介质1的折射率小 B.介质1的折射率大 C.光在介质1中的传播速度大 D.光在介质2中的传播速度大,答案,1,2,3,4,图6,2.一束光线从空气射入折射率为 的介质中，入射角为45，在界面上入射光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线和折射光线的夹角是 A.75 B.90 C.105 D.120,答案,1,2,3,4,解析 如图所示，根据折射定律 ， 则 ，r30， 反射光线与折射光线的夹角 1804530105， C选项正确.,解析,答案,解析,1,2,3,4,3.两束平行的细激光束垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图7所示.已知其中一束光沿直线穿过玻璃，它的入射点是O，
11、另一束光的入射点为A，穿过玻璃后两条光线交于P点.已知玻璃半圆截面的半径为R， ， .求玻璃材料的折射率.,图7,答案,1,2,3,4,解析 画出光路图如图所示. 其中一束光沿直线穿过玻璃，可知O点为圆心. 另一束光从A点沿直线进入玻璃，在半圆面上 的入射点为B，设入射角为1，折射角为2， 由几何关系可得： ，解得：130. 由题意知： ，由余弦定理知：BPR，折射角为：260. 由折射定律得玻璃的折射率为： .,4.光线以60的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直. (真空中的光速c3.0108 m/s) (1)画出折射光路图；,1,2,3,4,答案,解析,答案 见解析图,解析 光路图如图所示，其中AO为入射光线，OB为折射光线.,1,2,3,4,答案,解析,(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度；,答案,解析 由题意， 又i60，ir90，得 . 设玻璃中光速为v，由 得 .,(3)当入射角变为45时，折射角的正弦值为多大？,1,2,3,4,答案,解析,答案,解析 当入射角为45时，介质折射率不变,(4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？,答案 不变,解析 不变，因为折射率是由介质和入射光频率共同决定的物理量，与入射角的大小无关.,
