1、4.5 光的折射光的折射 学习目标 1.理解光的折射定律， 会用折射定律解释相关现象和计算有关问题.2.理解折射率 的定义及其与光速的关系.3.了解折射中的色散，认识对同一介质、不同颜色的光折射率不 同.4.会测定玻璃的折射率 1光的折射定律 (1)内容：当光从一种介质进入另一种介质时，在界面上光的传播方向发生了明显的改变， 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两侧，入射 角的正弦跟折射角的正弦成正比，这就是光的折射定律 (2)公式：sin i sin rn. 2折射率反映介质使光偏折的性质某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度 c 跟 光在这种介质中的传
2、播速度 v 之比，即 nc v. 3同一种介质对不同频率的光发生折射时，折射率是不同的，折射率是随着光的频率的增 大而增大的 4色散：当一束白光以某个角度入射介质时，由于各种色光的折射角不同，各种色光就分 开了，这种现象叫光的色散 5测定材料的折射率的原理是折射定律，用插针法描绘光路. 一、探究光的折射定律 导学探究 1皎洁的月光下，在清澈的湖面上我们能通过水面看到月亮的倒影同时，月光能够照亮 水中的鱼和草， 这说明光从空气射到水面时， 一部分光射进水中， 另一部分光返回到空气中， 那么这两部分光的去向遵从什么规律呢？ 答案 折射定律和反射定律 2光的折射是因为光波在界面两侧不同介质中有不同的
3、传播速度，你能用惠更斯原理得到 折射定律吗？ 答案 设光波在两种介质中的传播速度为 v1、v2且 v1v2，用惠更斯作图法作出当波面 AB 到达介面 C 时，介质中从 A 点发出的子波所在的包络面 CD，由作图可知 BCv1t，AD v2t，由几何关系知 sin iBC AC，sin r AD AC，所以 sin i sin r BC AD v1 v2. 知识深化 1折射定律(如图 1 所示) 图 1 折射光线与入射光线和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正比，即sin i sin rn. 2在折射现象中光路是可逆的，即如果让光线逆着原
4、来的折射光线射到界面上，光线就会 逆着原来的入射光线发生折射 3折射率 (1)定义式：nsin i sin r. (2)决定式：nc v，由此可知，任何介质的折射率 n 都大于 1. (3)理解：折射率 n 是反映介质光学性质的物理量，它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 各种介质的折射率是不同的 例 1 (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 2 所示的折射 现象()下列结论中正确的是( ) 图 2 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
5、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 答案 AC 解析 由公式 nsin i sin r，可得折射率 nanb，C 正确，D 错误由 v c n，navb，A 正 确，B 错误 二、折射中的色散 导学探究 拿一块破碎的玻璃，迎着阳光看去，会发现玻璃的边缘出现彩色条纹，这又是 什么原因？ 答案 光在折射时发生了色散 知识深化 图 3 表示白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，这 说明： 图 3 (1)透明物质对于波长 不同的光的折射率 n 不同， 越小，n 越大 (2)在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢 三、测
6、定玻璃的折射率 实验原理 如图 4 所示，当光线 AO 以一定入射角 i 穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射 光线 AO 对应的出射光线 OB， 从而画出折射光线 OO， 量出折射角 r， 再根据 nsin i sin r算 出玻璃的折射率 图 4 实验器材 一块长方形的玻璃砖、白纸、木板、大头针(4 枚)、量角器(或圆规、三角板)、刻度尺、激 光笔、铅笔等 实验步骤 1把白纸铺在木板上 2在白纸上画一直线 aa作为界面，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 把长方形玻璃砖放在白纸上， 并使其长边与 aa重合， 再用直尺画出玻璃的另一边
7、bb. 4在直线 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P2. 5从玻璃砖 bb一侧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 bb一侧插上大头针 P3、P4，使 P3能挡住 P1、P2的像，P4能挡住 P1、P2的 像及 P3本身(若有激光笔，可用激光笔沿 P1、P2方向入射一束激光，从另一边射出来的激 光束上插上两枚大头针 P3、P4) 6移去玻璃砖，在拔掉 P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过 P3、P4作直线 OB 交 bb于 O.连接 O、O，OO就是入射光线 AO 在玻璃砖内的折射光线AON 为入 射角，OON为折射角 7用量角器
8、量出AON 和OON的度数查出它们的正弦值，并把这些数据填入记录 表格里 8用上述方法分别求出入射角是 15 、30 、45 、60 和 75 时的折射角，查出入射角 i 和折 射角 r 的正弦值，记录在表格里 9算出不同入射角的sin i sin r的值，比较一下，看它们是否接近一个常数求出几次实验测得 的sin i sin r的平均值，这就是这块玻璃砖的折射率 注意事项 1轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面严禁把玻璃 砖当直尺用 2实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动 3插针 P1与 P2、P3与 P4的间距要适当地大些，以减小确定光线方向时出现的误差 4
9、实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近 90 )，否 则会不易观察到 P1、P2的像 5本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是采用三棱镜、半圆形玻璃砖等，一样 能测出折射率，只是出射光和入射光不再平行 例 2 用三棱镜做测定玻璃的折射率的实验， 先在白纸上放好三棱镜， 在棱镜的一侧插入两 枚大头针 P1和 P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使 P1的像被 P2的像挡住，接着在 眼睛所在的一侧插两枚大头针 P3、P4，使 P3挡住 P1、P2的像，P4挡住 P3和 P1、P2的像， 在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图 5 所示 图 5 (1)在本
10、题的图上画出所需的光路图 (2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_、_，在图上标出它们 (3)计算折射率的公式是 n_. 答案 见解析 解析 (1)光路图如图所示，画出通过 P1、P2的入射光线，交 AC 面于 O，画出通过 P3、P4 的出射光线交 AB 面于 O，连接 OO，则光线 OO就是入射光线 P1P2在三棱镜中的折 射光线 (2)在所画的图上注明入射角 i 和折射角 r，并画出虚线部分，用量角器量出 i 和 r(或用直尺 测出线段 EF、OE、GH、OG 的长度) (3)nsin i sin r(或因为 sin i EF OE，sin r GH OG，则 n EF/OE G
11、H/OG EF OG OE GH) 光的折射 折射定律 折射率：nc v sin i sin r1 折射中的色散 测定玻璃的折射率：插针法 1(多选)关于光的折射现象，下列说法中正确的是( ) A光的传播方向发生改变的现象 B人在岸上观察水中的鱼比实际位置浅 C若光从空气射入某种液体中，它的速率一定减小 D观察者看见太阳刚从地平线升起时，其实太阳位于地平线以下 答案 BCD 2表面有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在玻璃片表面和边缘分别看到彩色图样， 这两种现象( ) A都是色散现象 B前者是干涉现象，后者是色散现象 C都是干涉现象 D前者是色散现象，后者是干涉现象 答案 B 解析 光在玻
12、璃片表面的油膜上发生了薄膜干涉， 光在玻璃片边缘发生了折射， 不同颜色的 光在玻璃中的折射率不同，发生了色散故选项 B 正确 3(多选)如图 6 所示，两束单色光 a、b 分别照射到玻璃三棱镜 AC 面上，穿过三棱镜后互 相平行，则( ) 图 6 Aa 光的折射率大 Bb 光的折射率大 Ca 光在三棱镜中的速度大 Db 光在三棱镜中的速度大 答案 BC 解析 根据题意可知 b 光通过三棱镜后，传播方向偏离原来方向大，所以 b 光折射率大，故 A 错，B 对；根据 vc n，折射率大的，在介质中的速度小，故 C 对，D 错 4(多选)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，其实验光路如图 7 所示，对 实验中的一些具体问题，下列说法正确的是( ) 图 7 A为了减少作图误差，C 和 D 的距离应适当取大一些 B为了减少测量误差，A、B 连线与法线 NN的夹角应适当大一些 C若 A、B 的距离较大时，通过玻璃砖会看不到 A、B 的像 D若 A、B 连线与法线 NN间夹角过大时，有可能在 bb一侧看不清 A、B 的像 答案 ABD 解析 实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且 A 与 B 之间、B 与 O 之间、C 与 D 之间、 C 与 O之间距离要稍大一些，入射角应适当大一些，以减小测量角度的误差，但也不宜太 大
