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1、第四章第四章光光学习目标学习目标1.认识光的反射及折射现象认识光的反射及折射现象,通过对生活实例的探究通过对生活实例的探究,理解光的折射定律理解光的折射定律,会会依据光的折射定律作出光路图并解释生活现象依据光的折射定律作出光路图并解释生活现象,培养知识建构能力和应用培养知识建构能力和应用物理知识解决实际问题能力物理知识解决实际问题能力.2.通过对生活实例的探究通过对生活实例的探究,理解折射率的物理意义理解折射率的物理意义,知道折射率与光速的关知道折射率与光速的关系系,会分析、计算与折射率相关的问题会分析、计算与折射率相关的问题,培养知识应用能力培养知识应用能力.3.会测量玻璃的折射率会测量玻璃
2、的折射率,掌握实验过程及实验数据的处理方法掌握实验过程及实验数据的处理方法,体会光线模体会光线模型的建构过程型的建构过程.1光的折射光的折射知识点一知识点一折射定律折射定律1.将筷子分别斜插入水杯和碗里将筷子分别斜插入水杯和碗里,如图甲、乙所示如图甲、乙所示,看到的看到的筷子有什么变化筷子有什么变化?引起这种现象的原因是什么引起这种现象的原因是什么?答案答案:斜插入水杯中的筷子斜插入水杯中的筷子,从侧面看筷子从侧面看筷子“断断”了了,斜插入斜插入碗中的筷子碗中的筷子,从水面处斜着看从水面处斜着看,向上弯折向上弯折.这都是由光的折射这都是由光的折射引起的引起的.甲甲乙乙同一平面内同一平面内两侧两
3、侧正比正比知识点二知识点二折射率折射率1.折射折射率率.(1)概念概念:光从真空射入某种介质发生折射时光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与入射角的正弦与折射角的正弦折射角的正弦,叫作这种介质的绝对折射率叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率简称折射率,用符号用符号n表示表示.(2)公式公式:.之比之比2.当光从空气垂直射入水中时当光从空气垂直射入水中时,根据折射定律判断水的折射率根据折射定律判断水的折射率为为0,正确吗正确吗?为什么为什么?答案答案:不正确不正确.折射率的大小由介质本身及入射光的频率决定折射率的大小由介质本身及入射光的频率决定,与入射角、折射角的大小无关与入射角、折射角
4、的大小无关.真空真空大大于于4.物理意义:折射率是反映介质的物理量.光学性能小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的在括号内打正确的在括号内打“”“”,错误的打错误的打“”).”).1.光的反射现象中光的反射现象中,光路是可逆的光路是可逆的,光的折射现象中光的折射现象中,光路不是可光路不是可逆的逆的.()2.一束光从空气进入水中时传播方向一定改变一束光从空气进入水中时传播方向一定改变.()3.光发生反射时光发生反射时,一定伴随着折射现象一定伴随着折射现象.()4.光发生折射时光发生折射时,一定伴随着反射现象一定伴随着反射现象.()5.介质的折射率越大
5、介质的折射率越大,光在这种介质中的传播速度越小光在这种介质中的传播速度越小.()6.折射率大的介质折射率大的介质,密度一定大密度一定大.()探究一探究一折射定律折射定律问题情境问题情境1.一一束光照到水面的情束光照到水面的情况况如图所示如图所示,你能分清楚哪束是反射光你能分清楚哪束是反射光?哪束是折射光吗哪束是折射光吗?答案答案:最亮的是入射光最亮的是入射光,其右侧的是反射光其右侧的是反射光,界面下的是折射光界面下的是折射光.2.采采用用如如图图所示装置探究折射角和入射角的关系所示装置探究折射角和入射角的关系.将一束光照将一束光照射到一半圆形玻璃砖的圆心处射到一半圆形玻璃砖的圆心处,折射光沿半
6、径射出玻璃砖折射光沿半径射出玻璃砖,由底由底座上的量角器可读出入射角和折射角座上的量角器可读出入射角和折射角,逐渐增大入射角逐渐增大入射角.(1)在实验中你发现随着入射角的增大在实验中你发现随着入射角的增大,折射角如何变化折射角如何变化?答案答案:随着入射角的增大随着入射角的增大,折射角也增大折射角也增大.(2)将入射角、折射角、入射角与折射角的比值和入射角与折将入射角、折射角、入射角与折射角的比值和入射角与折射角的正弦值的比值分别记录在表格中射角的正弦值的比值分别记录在表格中,如下表所示如下表所示.入射角入射角1折射角折射角253.41.471.47106.71.491.491510.11.
7、491.482013.41.491.483019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.508040.61.971.51通过表格数据你发现入射角和折射角之间有什么定量关系通过表格数据你发现入射角和折射角之间有什么定量关系?3.折射现象中光路可逆吗折射现象中光路可逆吗?发生折射时发生折射时,折射角一定小于入射折射角一定小于入射角吗角吗?答案答案:折射现象中光路可逆折射现象中光路可逆.发生折射时发生折射时,折射角不一定小于入折射角不一定小于入射角射角.光从真空斜射入介质时光从真空斜射入介质时,入射角大于折射角入射角大于折射角;光从某介质光从某介质斜射入真空时斜射入真
8、空时,折射角大于入射角折射角大于入射角.过程建构过程建构【典例【典例1】光以】光以60的入射角从空气射入玻璃中的入射角从空气射入玻璃中,折射光与反射折射光与反射光恰好垂直光恰好垂直.(1)画出折射光路图画出折射光路图.(2)当入射角变为当入射角变为45时时,折射角等于多少折射角等于多少?解决光的折射问题的基本思路解决光的折射问题的基本思路(1)画光路图画光路图:根据题意画出正确的光路图根据题意画出正确的光路图.(2)定角度定角度:利用几何关系确定光路中的边、角关系利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入要注意入射角、折射角的确定射角、折射角的确定.(3)求解未知量求解未知量:利用反射定律、
9、折射定律求解利用反射定律、折射定律求解.注意光路的可注意光路的可逆性、对称性的应用逆性、对称性的应用.探究探究二二折射率折射率问题情境问题情境光从真空射入水中时光从真空射入水中时,n=1.33;从真空射入某种玻璃时从真空射入某种玻璃时,n=1.50.1.n的大小与什么因素有关的大小与什么因素有关?n的大小反映的是什么的大小反映的是什么?答案答案:n的大小与介质有关系的大小与介质有关系,n是一个反映介质的光学性质的是一个反映介质的光学性质的物理量物理量.常数常数n越大越大,光以相同入射角从真空斜射入这种介质时光以相同入射角从真空斜射入这种介质时偏折的角度越大偏折的角度越大.答案答案:不可以不可以
10、.n的大小与入射角的大小与入射角1、折射角、折射角2的大小无关的大小无关.3.阅读教阅读教材材,思考光在折射率大的介质中的传播速度大还是小思考光在折射率大的介质中的传播速度大还是小?过程建构过程建构1.折射折射率率.(1)物理意义物理意义:折射率是反映介质的光学性质的物理量折射率是反映介质的光学性质的物理量.折射率的折射率的大小由介质本身及入射光的频率决定大小由介质本身及入射光的频率决定,与入射角、折射角的大小与入射角、折射角的大小无关无关.(2)特点特点:任何介质的折射率都大于任何介质的折射率都大于1.(3)折射率的公式中的折射率的公式中的1为真空为真空(空气空气)中的光线与法线的夹角中的光
11、线与法线的夹角,不不一定是入射角一定是入射角;2为介质中的光线与法线的夹角为介质中的光线与法线的夹角,也不一定是折射也不一定是折射角角.【典例【典例2】如图所示】如图所示,一束光从空气射入某介质一束光从空气射入某介质,入射光与反射光入射光与反射光的夹角为的夹角为90,折射光与入射光延长线间的夹角折射光与入射光延长线间的夹角为为15,光在真空光在真空中的速度中的速度c=3.0108m/s,求求:(1)该介质的折射率该介质的折射率;(2)光在该介质中传播的速度光在该介质中传播的速度(结果保留三位有效数字结果保留三位有效数字).【变式】一束光从某种介质射入空气中时【变式】一束光从某种介质射入空气中时
12、,入射角入射角1=30,折射折射角角2=60,折射光路如图所示折射光路如图所示.(1)此介质折射率为多少此介质折射率为多少?(2)光在介质中的速度比在空气中的是大还是小光在介质中的速度比在空气中的是大还是小?探究三探究三实验实验:测量玻璃的折射率测量玻璃的折射率问题情境问题情境测量玻璃的折射率测量玻璃的折射率.1.实验思实验思路路.要测量玻璃的折射率要测量玻璃的折射率,你认为如何设计此实验你认为如何设计此实验?需要测量哪些需要测量哪些物理量物理量?选用什么器材选用什么器材?实验器材实验器材:两面平行的玻璃砖一块、大头针四枚、白纸一张、两面平行的玻璃砖一块、大头针四枚、白纸一张、直尺一把或三角板
13、一个、量角器一个、铅笔一支等直尺一把或三角板一个、量角器一个、铅笔一支等.2.进行实进行实验验.(1)先在白纸上画一条直线先在白纸上画一条直线EE,代表两种介质的分界面代表两种介质的分界面;再画出再画出一直线一直线AB与直线与直线EE交于交于B点点,AB代表入射光线代表入射光线;然后画出分界然后画出分界面上面上B点处的法线点处的法线NN,如图所示如图所示.(2)把长方形玻璃砖放在白纸上把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与使它的一个长边与EE对齐对齐.用用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不按住直尺或三角板不动动,将玻璃砖拿开将玻璃砖拿开
14、,画出直线画出直线FF,代表玻璃砖的另一边代表玻璃砖的另一边.(3)在直线在直线AB上竖直地插上两枚大头针上竖直地插上两枚大头针G1、G2,放回玻璃砖放回玻璃砖,然然后眼睛在另一侧透过玻璃砖观察大头针后眼睛在另一侧透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像的像,调整视线调整视线方向方向,直到直到G1的像被的像被G2的像挡住的像挡住.(4)再在观察的这一侧沿视线方向竖直地插上两枚大头针再在观察的这一侧沿视线方向竖直地插上两枚大头针G3、G4,使使G3挡住挡住G1和和G2的像的像,G4挡住挡住G3以及以及G1、G2的像的像.(5)移去大头针和玻璃砖移去大头针和玻璃砖,过过G3、G4的插点画直线的插点画直线
15、CD,与与FF相相交于交于C点点,直线直线CD就表示沿直线就表示沿直线AB入射的光透过玻璃砖后的入射的光透过玻璃砖后的出射光线出射光线.连接连接B、C,BC就是玻璃砖内折射光的路径就是玻璃砖内折射光的路径.(6)用量角器测出入射角用量角器测出入射角1和折射角和折射角2,记录在设计的表格中记录在设计的表格中.(7)改变入射角重复上述步骤改变入射角重复上述步骤.3.数据记数据记录录.通过上面的步骤分别测出入射角为通过上面的步骤分别测出入射角为15、30、45、60、75时的折射角时的折射角,并查出它们相应的正弦值并查出它们相应的正弦值,记录到表格中记录到表格中.入射角入射角11530456075折
16、射角折射角2sin1sin2折射率折射率n(3)单位圆法单位圆法.在找到入射光和折射光以后在找到入射光和折射光以后,以入射点以入射点B为圆心为圆心,以任意长为半径画圆以任意长为半径画圆,与与AB交于交于M点点,与与BC(或或BC的延长线的延长线)交于交于M点点,过过M、M两点分别向两点分别向NN作作垂线垂线,交交NN于于H、H,如图所示如图所示,用刻度尺量出用刻度尺量出MH和和MH的长的长.5.实验注意事实验注意事项项.(1)实验时实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上尽可能将大头针竖直插在纸上,同侧两针之间的距离要同侧两针之间的距离要稍大些稍大些.(2)入射角应适当大些入射角应适当大些,以减小测量角度的误差以减小测量角度的误差,但也不宜太大但也不宜太大,入射入射角太大角太大,在玻璃砖的另一侧会看不到大头针的像在玻璃砖的另一侧会看不到大头针的像.(3)操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面,更不能把玻璃砖界更不能把玻璃砖界面当尺子画界线面当尺子画界线.(4)在实验过程中在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变玻璃砖与白纸的相对位置不能改变.(5)玻璃砖
