高中物理 选择性必修1 第四章 1 光的折射课件PPT

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1　光的折射1.通过实验,理解光的折射定律。2.理解折射率的定义及折射率与光速的关系。3.能用光的折射定律解决相关问题。4.会测量材料的折射率。1.光的反射和折射:一般说来,光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时,一部分光会①　返回    到第1种介质,这个现象叫作光的反射;另一部分光会②　进入    第2种介质,这个现象叫作光的折射。2.折射定律:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成③　正比    ,即④         =n12。3.光路的可逆性:在光的反射现象和折射现象中,光路都是⑤　可逆    的。1.定义:光从⑥　真空    射入某种介质发生折射时,入射角的⑦　正弦    与折射角的⑧　正弦    之比,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率,用符号n表示。2.折射率与光速的关系 研究表明,光在不同介质中的传播⑨　速度    不同,且都⑩　小于    光在真空中的传播速度;某种介质的折射率,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,即n= 。1.实验原理用 　插针法    确定光路,找出跟入射光线相对应的出射光线,就能画出 　折射    光线,用量角器测 　入射    角θ1和 　折射    角θ2,根据折射定律计算出玻璃的折射率n= 。2.实验器材 　两面平行的玻璃砖    、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、 　铅笔    。3.实验步骤(1)将白纸用图钉钉在平木板上。(2)如图所示,在白纸上画出一条直线aa'作为界面(线),过aa'上的一点O画出界面的法线NN',并画一条线段AO作为 　入射    光线。(3)把两面平行的玻璃砖放在白纸上,使它的一条边跟aa'对齐,画出玻璃砖的另一边bb'。(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像 　挡住    P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。(5)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在点作直线O'B与bb'交于O'点,直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。(6)连接O、O',入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON',用 　量角器    测出入射角和折射角,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在自己设计的表格中。(7)用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中。(8)算出相应的比值 ,最后求出在几次实验中 的 　平均值    ,即玻璃砖的折射率。1.光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。 (    ✕　)提示:光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时,一部分光会进入第2种介质,这个现象叫作光的折射。2.若光从空气中射入水中,它的传播速度一定减小。 (　√　)3.一束光从空气进入水中时,传播方向一定发生变化。 (     ✕　)提示:光垂直于水面从空气进入水中时,传播方向不发生变化。4.入射光线、反射光线与法线必共面。 (　√　)5.在光的反射现象中,光路是可逆的,在光的折射现象中,光路是不可逆的。 (   ✕　)提示:在光的折射现象中,光路是可逆的。6.光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角。 (　√　)7.在测玻璃的折射率时,入射角越大越好。 (     ✕　) 关于正弦的比值当光由真空射入某种介质时,入射角、折射角是可以改变的,但其正弦的比值是一个常数。 关于折射率n入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常数,一般不同介质具有不同的常数,说明这个常数是一个反映介质的光学性质的物理量。这个常数就是介质的折射率n,折射率描述介质对光线偏折能力的大小。 折射率与光速的关系光在介质中的传播速度v跟该介质的折射率n有关,v= 。由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v,因此任何介质的折射率n都大于1。 折射率的决定因素介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量,它的大小由介质本身及光的性质共同决定,不随入射角、折射角的变化而变化。归纳总结    (1)折射率的定义式中θ1为真空(空气)中的光线与法线的夹角,不一定是入射角;θ2为介质中的光线与法线的夹角,也不一定是折射角。(2)介质的折射率与介质的密度没有必然的联系。密度大,折射率未必大,如水和酒精,水的密度较大,但水的折射率较小。情境    在南美原始森林的河流里有一种射水鱼,它在水中看到水面上方的树枝上停留的昆虫等猎物后,便向猎物射水,猎物落在水面上后进行捕杀,如图是射水鱼在水中射水准确击中树枝上小昆虫的照片。问题1.射水鱼看到小昆虫的光的传播路线是怎样的?提示:射水鱼在水中看到水面上方的树枝上停留的昆虫,是昆虫“发出”的光射向水面,发生折射,再进入射水鱼的眼睛中,因此光的传播路线是由空气→水中。2.水中的鱼看到的小昆虫是在实际昆虫的上方还是下方?提示:水面上方的小昆虫“发出”的光线斜射入水中发生折射,折射光线靠近法线,进入鱼眼,鱼“认为”光沿直线传播,看到的是折射光线的反向延长线上的小昆虫的虚像,所以鱼看到的小昆虫在实际昆虫的上方。3.当搜索到停歇在水面附近树枝、草叶上的昆虫后,射水鱼会选择合适的角度,瞄准目标,从口中喷射出一股水柱,将小虫击落水中吃掉。根据你学过的光学知识判断,它在水下向水面上的小虫喷水时,喷射的方向应该怎样?提示:在水面附近,不考虑水柱的重力,鱼看到的是变高的小虫的像,故它在水下向水面上的小虫喷水时,喷射方向应该在看到的小虫的下方。 视深问题人正对界面观察介质中的物体,看到的深度(视深)h跟实际深度H有何关系呢?(1)如图所示,一可视为质点的物体S位于折射率为n的介质中H深处,由于一般都是沿着界面的法线方向去观察,且瞳孔线度很小,因此i和r角都很小,则sin i≈tan i= ,sin r≈tan r= ,由折射定律知n= = ,所以视深h= 。(2)如果从折射率为n的介质中,观察正上方空气中距界面距离为H的物体,同理,可得h=nH(h为视高)。利用视深、视高公式,不仅可以简捷地测定介质的折射率,也可以方便地分析和解决与视深、视高有关的问题。 处理光的折射问题的一般思路(1)根据题意画出光路图。(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系,要注意入射角、折射角均是光线与法线的夹角。(3)利用折射定律、折射率公式列式求解。画光路图时应特别注意的问题:①光路是可逆的;②垂直分界面入射的光线,沿直线传播;③方向指向截面为半圆形的玻璃砖圆心的光线,进入玻璃砖时不偏折。 数据处理处理方法一:利用量角器测出入射角和折射角,然后查三角函数表,找出入射角和折射角的正弦值,再代入n= 中求玻璃的折射率。处理方法二:在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,与AO交于C点,与OO'(或OO'的延长线)交于D点,过C、D两点分别作NN'的垂线,交NN'于C'、D'两点,用直尺量出CC'和DD'的长,如图甲所示。由于sin θ1= ,sin θ2= 而CO=DO,所以折射率n= = 。多次改变入射角,重复以上步骤,然后求各次所得折射率的平均值,即玻璃折射率的测量值。处理方法三:根据折射定律可得n= 因此有 sin θ2= sin θ1在多次改变入射角,测量入射角和相对应的折射角,查得正弦值基础上,以sin θ1的值为横坐标、以sin θ2的值为纵坐标建立直角坐标系,如图乙所示,描数据点,过数据点连线得到一条过原点的直线。求解图线斜率,设斜率为k,则k= ,故玻璃的折射率n= 。 注意事项(1)玻璃砖要厚,用手拿玻璃砖时,只能接触玻璃毛面或棱,严禁用玻璃砖当尺子画界面;(2)入射角在30°到60°之间较好;(3)大头针要竖直插在白纸上,且玻璃砖每一侧的两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应尽量大一些,以减小确定光路方向时造成的误差;(4)玻璃砖的折射面要画准;(5)由于要多次改变入射角重复实验,因此入射光线与出射光线要一一对应编号,以免混乱。 误差分析(1)确定入射光线、出射光线时造成误差。减小误差方法:入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点。(2)测量入射角与折射角时造成误差。减小误差方法:入射角在30°~60°范围内。入射角不宜过小,也不宜过大,过大时反射光较强,出射光较弱。(3)界面画不准确造成误差。如果界面距离小于玻璃砖厚度,则测量结果偏大;如果界面距离大于玻璃砖厚度,则测量结果偏小。