1. 光的折射定律ppt配用优秀教学设计

第1讲

光的折射定律

[目标定位]

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．

一、光的反射和折射现象

当光射到两种介质的分界面时，一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象，叫做光的反射；另一部分光进入第二种介质继续传播的现象叫做光的折射．

二、光的折射定律

1．折射定律：入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数．

sin i2．公式：＝n

sin r想一想

光在两种介质的界面发生反射和折射现象时，反射光线、折射光线和入射光线的传播速度是否相同？

答案

光在不同介质中的传播速度不同．反射光线和入射光线是在同一介质中，故它们两个的传播速度相同；折射光线和入射光线不在同一介质中，故它们两个的传播速度不同．

三、介质的折射率

1．把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦值与折射角r的正弦值的比值，叫做这种介质的折射率．

sin in＝

sin r2．折射率与光速的关系：介质的折射率n，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比．

cn＝v

3．任何介质的折射率都大于1. 想一想

当光从水射入空气发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率，这种说法正确吗？为什么？

答案

不正确．空气可以作为真空处理，根据折射率的定义可知光从空气射入水发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做水的折射率.

一、对折射率的理解

1．折射率是一个反映介质的光学性质的物理量，其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．

sin i2．应用n＝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sin r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(

) sin iA．根据＝n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比

sin rsin iB．根据＝n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比

sin rcC．根据n＝v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

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，故n与v成反比是正确的，选项C正确；由于v＝λf，当f一定时，v与λ成正比，又n与v成反比，故n与λ也成反比，选项D正确．

答案

CD 借题发挥

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1所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是(

)

图1 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

sin ic解析

由公式n＝，可得折射率navb，sin rnA正确，B错误．

答案

AC 二、光的折射定律的应用

解决光的折射问题的基本思路：

1．根据题意画出正确的光路图．

2．利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角．

sin ic3．利用折射定律n＝、折射率与光速的关系n＝v列方程，结合数学三角函数的关sin r系进行运算．

例3

如图2所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d，当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B，当桶内油的深度等于桶高的一半时，在A点沿AB方向看去，1看到桶底上的C点，C、B相距d.由此可得油的折射率n＝________；光在油中传播的速度4v＝________m/s.(结果可用根式表示)

图2 解析

作出光路图如图所示．由题意知，

sin α＝2，sin β＝2d4dd2＋224＝15＝，

55sin α10故油的折射率n＝＝，

sin β2c光在油中传播的速度v＝＝610×107 m/s. n答案

10

610×107

2借题发挥

在解决光的折射问题中正确画出光路图是前提，利用几何关系确定边、角关系是关键．

例4

Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图如图3所示．一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射．设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t.

图3 解析

设光在鳞片中的折射角为γ，由折射定律知，

sin in＝

sin γ2dcl1在鳞片中传播的路程l1＝，传播速度v＝，传播时间t1＝v

cos γn2n2d解得t1＝，

cn2－sin2i2h同理，在空气中的传播时间t2＝

ccos i2n2d2h则t＝t1＋t2＝＋. cn2－sin2iccos i答案

见解析