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1、第一节 光的折射定律 折射率教学目标: 1、折射定律； 2、绝对折射率和相对折射率； 3、棱镜的概念及其对光线的偏折作用；教学重点和难点: 1、对折射定律的理解； 2、对绝对折射率和相对折射率的理解； 3、棱镜的概念及其对光线的偏折作用；教学用具:平面镜、透明玻璃、蜡烛、三棱镜、光源、光屏等。课时安排：2课时教学过程:一、光的折射 1、定义:光由一种媒质进入另一种媒质或在同一种不均匀媒质中传播时,方向发生偏折的现象叫做光的折射。 2、图示:如图1所示,AO为入射光线,O为入射点,OB为反射光线,OC为折射光线. 1)入射角:入射光线与法线间的夹角i叫做入射角. 2)折射角:折射光线与法线间的夹
2、角r叫做折射角. 3、折射定律: 1)内容:折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内,折射光线和入射光线分别位于法线两侧. 2)数学表达式:入射角的正弦与折射角的正弦成正比,即. 这就是光的折射定律,也称斯涅尔定律（斯涅尔是荷兰数学家）二、折射率 1、折射率:任意一种媒质对真空的相对折射率称为这种媒质的绝对折射率,简称这种媒质的折射率,用表示.通常说某种媒质的折射率即是指它的绝对折射率,也就是它对真空的相对折射率. ,C为真空中的光速。2、折射定律的另一种表达形式: 实验表明:第二种媒质对第一种媒质的相对折射率等于光在第一种媒质中的传播速度V1与光在第二种媒质中的传播速度V2之比,即. 由此可
3、得某种媒质的折射率,C为真空中的光速。进而可得: 光在任何媒质中的速度都小于光在真空中的速度，即VC，所以任何媒质的折射率都大于1。光在空气中的速度与光在真空中的速度相差很小，故空气的折射率。若把真空也看作一种媒质,则真空的折射率为。三、光路的可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。当光由空气进入玻璃，发生折射现象时，如图1中光路反向，有： =n1,故ir。 即当光由真空或空气进入其它媒质时，入射角大于折射率。当一束光沿CO入射时，其中一部分光将沿AO折射。所以光从某种媒质射入真空或空气时，折射角大于入射角。例：如图所示，紧贴矩形玻璃砖右端插一颗大头针，在距左端l1=3厘米的O处观察大
4、头针D的像D。若测出像距右端l2=4厘米，玻璃砖厚度L14厘米。试估算玻璃砖的折射率。 解析：根据视深公式 h=。h0L，h=Ll2， 所以玻璃砖的折射率为 n=1.4 可见视深和视高都与观察点的位置无关（只要垂直观察），观察点到界面的距离l1是多余的无关条件。四、通过棱镜的光线1、棱镜1）定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。通常所作的是横截面为三角形的棱镜叫三棱镜。2）作用：A、改变光的传播方向；B、分光。2、通过棱镜的光线：1）棱镜对光线的偏折规律：如图1所示： A、通过棱镜的光线要向棱镜底面偏折； B、棱镜要改变光的传播方向，但不改变光束的性质。 a、平行光束通过棱镜后仍为平行光束； b、
5、发散光束通过棱镜后仍为发散光束； c、会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。 C、出射光线和入射光线之间的夹角称为偏向角。2）棱镜成像 隔着棱镜看物体的像是正立的虚像，像的位置向棱镜顶角方向偏移。三、小结 这节课我们学习了折射定律、折射率还有三棱镜等概念。四、作业 P6 1、2、4、5、7 第二节 全反射教学要求:1、全反射现象及其发生条件; 2、临界角的计算； 3、全反射的应用。重点和难点:全反射现象及其发生条件。理科综合可考虑全反射的应用。教学用具:水槽、光源等。教学过程:一、光疏媒质与光密媒质 1、定义:1)、光疏媒质:两种媒质中折射率较小的媒质叫做光疏媒质.2)、光密媒质:两种媒质中折射率较
6、大的媒质叫做光密媒质. 因,对光疏媒质,n较小,V较大. 对光密媒质,n较大,V较小.故也可以说,对于两种媒质,光在其中传播速度较大的是光疏媒质,光在其中传播速度较小的是光密媒质.反过来说,同一种光在光疏媒质中传播速度较大,在光密媒质中传播速度较小. 即： 对光疏介质 n较小 同一频率的光在其中传播的V较大； 对光密介质 n较大 同一频率的光在其中传播的V较小。 2、理解:1)、光疏媒质光密媒质是相对而言的.只有对给定的两种媒质才能谈光疏媒质与光密媒质.没有绝对的光密媒质.如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，n水1.33 n玻璃1.51.9 n金刚石2.42。 对水而言，玻璃是光密介质；但对金刚
7、石而言，玻璃则是光疏介质。2)、光疏媒质与光密媒质的界定是以折射率为依据的,与媒质的其它属性(如密度等)无关.例如：水和酒精，n水1.33n酒精1.36，酒精相对于水而言是光密介质，但水酒。二、全反射:1、全反射：当光从光密媒质进入光疏媒质时,折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时,折射角等于900,此时,折射光完全消失入射光全部反回原来的媒质中,这种现象叫做全反射.2、临界角:1)、定义:光从光密媒质射向光疏媒质时,折射角等于900时的入射角,叫做临界角.用字母C表示.临界角是指光由光密媒质射向光疏媒质时,发生全反射形象时的最小入射角,是发生全反射的临界状态.当光由光密媒质射入光疏媒质时
8、:若入射角iC,则不发生全反射,既有反射又有折射形象.若入射角iC,则发生全反射形象.2)、临界角的计算:A、任意两种媒质:n密、n疏: :n密对疏=,故临界角C=arcsin().其中, :n密、n疏分别为光密媒质和光疏媒质的绝对折射率.B、当光由某种媒质射入真空或空气时: .3、发生全反射的条件:1)、光从光密媒质射向光疏媒质;2)、入射角大于或等于临界角,即iC.以上两个条件必须同时满足,缺一不可.三、全反射的应用:1、光导纤维光纤通讯：一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝,由内芯和外套组成,直径只有几微米到100微米左右,内芯的折射率大于外套的折射率.当光线射到光导纤维的端面上
9、时,光线就折射进入光导纤维内,经内芯与外套的界面发生多次全反射后从光导纤维的另一端面射出,而不从外套散逸,故光能损耗极小. 图 1如果把光导纤维聚集成束使其两端纤维排列的相对位置相同,这样的纤维束就可以传送图像,如图1所示. 利用光导纤维可以弯曲传光,传像,可制作各种潜望镜,医用内窥镜等.如图2所示，一透明塑料棒的折射率为n,光线由棒的 一端面射入，当入射角i在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出。当入射角为i时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。由图可知，光在左端面折射时的折射角r=.由折射定律得：。故有：， 图 2。所以只要，光将全部从右端面射出。再如图3所示，一个横截面为矩形、折射率为n
10、=1.5的玻璃条被弯成900，一束平行光由A端面射入。若矩形边长为d，则只要曲率半径R2d，光均能从B端射出。由图可知，只要a光线能发生全反射，则所有从A端入射的光均能发生全反射：sini=sinc=. 图 3解得：R2d.可见，光纤通迅中，只要光导纤维弯曲满足R，则光导纤维可以足够细，楞弯成半圆及圆。蜃景的成因和规律：夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小从而形成一具有折射率梯度的空气层。当光线通过此空气层时，将发生偏转。如图4所示，设一束从远处景物A发出的光线a以入射角I由折射率为n处射入空气层。由折射定律有：nsini=n1sinr1(1) n1sin
11、r1=n2sinr2.(2)联立（1）、（2）式可得： nsini=n2sinr2 依此类推：nsini=ncsinc, sinc=sini.可见，当n i一定时，从下层空气进入上层空气的入射角不断增大，当增大到由某两层空气的折射率决定的临界角时，就会全反射。人在C处逆着C光线看，可看到经全反射形成的倒立虚像；在B处逆着b光线看，也可看到经折射形成的正立虚像。总之。若人在较高处，看到的蜃景是由折射形成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虚像。四、作业 P11 1、2、3、4、5第三节 透镜 透镜成像作图教学目的：1、结合棱镜的折规律，认识凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对
12、光的发散作用，了解两类透镜对光束的控制作用；2、知道薄透镜的主轴、光心、焦点和焦距的含义和特点；3、对两类透镜成象规律初步明确的认识，理解实像、虚像的成因、条件及观察方法，为后面定量研究透镜成规律作好认识上的准备。重点难点：1、重点是两类透镜对光的作用，薄透镜的有关概念，透镜成像的实验规律。2、难点是光心概念，透镜对光束作用的深入理解，实像和虚像的成因及观察方法。课时分配：第一课时：透镜分类及透镜对光束的作用； 第二课时：两种透镜成像的实验规律。教学过程：提问：学生作图（两学生在黑板上、其他在纸上作）画出通过各透明块的折射光线小结：（1）、光线通过透明块1、2、1，、2，与棱镜折光情况类似，射
13、出光向底面偏折，其中透明块1和1，的折射棱角（两折切面间的夹角）较2和2，的大，所以对入射光的偏折角也较大；（2）、光线通过透明块3（中心部位）与透明平行板折射情况类似，射出的光线方向不改变，由于入射光线垂直于界面，所以射出光的侧移为零，仍原路进行。新课讲授：从提出的问题引伸：如果透明体的两个折射面为两部分球面（或其一为平面，其一为球面）则此透明体称作“透镜”介绍两类透镜。（图示并出示实物）凸透镜：中心部分比边缘厚的透镜叫做凸透镜凹透镜：中心部分比边缘薄的透镜叫做凹透镜2、结合上述提问过渡，初步了解两类透镜对平行光束的作用。（图示）明确：凸透镜对光束起会聚作用（会聚透镜）；凹透镜对光束起发散作
14、用（发散透镜）3、介绍有关描述透镜的概念薄透镜：指厚度球面曲率半径的透镜光轴：过两球面曲率中心的直线（只一条；光线沿主轴通过透镜，方向不变没有移）光心：是主光轴的一个特定点，即各光轴的共同交点。位置因镜而异要具体分析，对于对称的双凸、双凹透镜，光心正在中央厚度一处半。（光心的重要质是：还是通过光心的光线，光的传播方向不改变。）焦点、焦距：凸透镜的焦点：指平行于主轴的近轴光束折射后都会聚透镜的另一侧主轴上的一点，为这些实际光线所交之点，因此是实焦点（F）显然一个凸透镜有两个实焦点，且对称于光心光心到焦点的距离叫做焦距（f）；凹透镜的焦点：平行于主轴的近轴光束经凹透镜后的折射光束是发散的，反向延长线所交之点才是凹透镜的焦点（F）显然与入射光在透镜的同一侧。如果使折射光束直接入眼，则会认为光似来源于F点，因此是虚焦点，一个凹透镜同样有两个虚焦点且关于心对称光心到焦点的距离叫做焦距（f）4、两类透镜的符号表示法（图示）巩固新课：从透镜的有关概念中能否找出几条比
