1、第第 1 节节 光的折射光的折射 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.理解光的折射定律。 2.理解折射率的物理意义，知道折 射率与介质中光速的关系。 3.能够应用不同色光折射率不同解 释光的色散现象。 1.科学思维 (1)逆向思维。 (2)临界思维。 2.科学态度与责任 体会生活中折射现象，并有意识地应用所学 知识进行分析。 3.关键能力 (1)建模能力。 (2)分析判断能力。 一、光的折射定律 1光的折射 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会改变，这种现象叫作光的折射。 2光的折射定律 (1)光的折射定律：入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数。即sin i sin rn。 (2)
2、在折射现象中，光路是可逆的。 想一想 如图甲、乙所示是一狭窄光束射到玻璃面上时发生折射和反射的情景，结合情景 讨论下列问题。 (1)反射光线、折射光线、入射光线和法线的位置关系如何？ (2)在光的反射和折射中，如果逆着反射光线或折射光线的方向射入，出射光线会 沿什么方向？ 答案 (1)反射光线、折射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、折射 光线和入射光线分居法线两侧。 (2)出射光线会沿原入射光线的方向射出，因为在光的反射和折射中光路是可逆的。 二、折射率 (1)定义：光从真空斜射入某种介质发生折射时，入射角 i 的正弦与折射角 r 的正 弦的比值 n 称为这种介质的折射率。 (2)定
3、义式：nsin i sin r。 (3)意义：介质的折射率反映了光从真空斜射入介质(或从介质斜射入真空)时偏折 的程度。 (4)折射率与光速的关系：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 nc v。 (5)光的色散 当一束白光射入三棱镜时， 由于白光中不同色光的折射率不同， 偏折程度就不同， 紫光偏折程度最大，红光偏折程度最小，经三棱镜折射后，会出现色散现象。 判一判 (1)光的折射率随入射角的增大而增大。() (2)介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小。() (3)任何介质的折射率都大于 1。() (4)不同颜色的光在同一种介质中
4、的传播速度不同，折射率也不同。() 探究探究 1 光的折射定律光的折射定律 情境导入 (1)看筷子的视深和实深相同吗？ (2)甲、乙两个图中，虚线代表什么？ (3)观察筷子和鱼的现象，其原理是什么？ 答案 (1)不相同。 (2)虚线代表进入人眼的光线沿直线的传播路径，相交处就是人眼看到的水中物体 的像。 (3)光的折射。 归纳拓展 1对折射现象的理解 (1)特殊情况：当光垂直于界面入射时，虽然光的传播方向不变，但光速变了，因 此也属于折射。 (2)光线的偏折方向：光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质，折射光线向法 线偏折，反之将偏离法线。 (3)光路可逆性：光由介质射入空气或真空时，折射角
5、2大于入射角 1。根据光路 可逆，可认为光由空气或真空以入射角 2入射，对应的折射角为 1。 2解决光的反射、折射问题的方法 (1)根据题意准确、规范地画出光路图，确定好界面和法线。 (2)在光路图中找出入射角、反射角和折射角，利用几何关系确定光路图中的边、 角关系，与折射定律 nsin i sin r中的各量准确对应。结合数学的三角函数的知识进 行运算，必要时可利用光路可逆原理辅助解题。 【例 1】 (2021 江苏省如皋中学月考)如图所示， 玻璃棱镜的截面为等腰三角形， 顶角 为 30 。一束光垂直于 ab 面射入棱镜，又从 ac 面射出，出射光线与入射 光线之间的夹角为 30 ，则此棱镜
6、材料的折射率是( ) A. 3 B1.5 C2 D. 3 3 答案 A 解析 画出法线，由几何关系可知入射角为 30 ，折射角为 60 ，根据折射定律 n sin r sin i 3，选 A。 【针对训练 1】 (多选)(2021 江苏淮安期中)一束光从空气射向折射率为 3 的 某种介质，若反射光线与折射光线垂直，已知真空中的光速为 c，则下列说法正 确的是( ) A光的入射角为 30 B光的折射角为 30 C光的入射角为 60 D光的折射角为 60 答案 BC 解析 根据题意， 作出光路图， 如图所示， 根据折射率的公式 nsin i sin r sin i sin （90 i） tan i
7、，所以 i60 ，折射角 r30 ，故 A、D 错误，B、C 正确。 探究探究 2 折射率的理解和计算折射率的理解和计算 情境导入 如表所示是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射时的规律时得到的实验数 据，请在表格基础上思考以下问题： 入射角 i( ) 折射角 r( ) i/r sin i/sin r 10 6.7 1.50 1.49 20 13.3 1.50 1.49 30 19.6 1.53 1.49 40 25.2 1.59 1.51 50 30.7 1.63 1.50 60 35.1 1.71 1.51 70 38.6 1.81 1.50 80 40.6 1.97 1.51 (1)随
8、着入射角的增大，折射角怎样变化？ (2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量？ 答案 (1)折射角增大。 (2)入射角的正弦值与折射角的正弦值之比保持不变。 归纳拓展 1对折射率的理解 (1)物理意义： 折射率是描述介质对光线偏折能力大小的物理量， 由 nsin i sin r可知， 当 i 一定时，n 越大，r 越小。此时光线的偏折角(ir)就越大，即 n 越大，光线的 偏折角度就越大。 (2)决定因素：折射率的大小与介质本身有关，与入射角、折射角的大小无关。 (3)大小特点： 介质的折射率跟光在其中的传播速度的关系是 nc v， 由于光在真空 中的传播速度 c 大于光在任何其他介
9、质中的传播速度 v，所以任何介质的折射率 都大于 1。光从真空斜射向任何其他介质时，入射角都大于折射角。 2利用光路图计算折射率的方法 (1)根据题意画出正确的光路图。首先要找到入射的界面，同时准确地作出法线， 再根据折射定律和入射光线画出折射光线， 找到入射角和折射角， 要注意入射角、 折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。 (2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，与折射定律 nsin i sin r中的各量准确 对应。 (3)利用折射定律 nsin i sin r、折射率与光速的关系 n c v列方程，结合三角函数关系 进行运算。 【例 2】 如图所示，两束单色光 a、b 射向一块半
10、圆柱形玻璃砖圆心 O，经折射 后沿 OC 射出玻璃砖。下列说法正确的是( ) A玻璃砖对 a 光的折射率小于对 b 光的折射率 B玻璃砖对 a 光的折射率大于对 b 光的折射率 C在真空中，a 光的传播速度小于 b 光的传播速度 D在玻璃中，a 光的传播速度大于 b 光的传播速度 答案 B 解析 由 n sin i sin 知，nanb，选项 A 错误，B 正确；由 v c n知，vavb，选项 D 错误；光在真空中的传播速度均相同，选项 C 错误。 【针对训练 2】 (2021 河北新乐一中月考)如图甲所示为某同学利用半圆形玻璃 砖测定玻璃折射率 n 的装置示意图。他让光从空气射向玻璃砖，在
11、正确操作后， 他利用测出的数据作出了如图乙所示的折射角正弦 sin r 与入射角正弦 sin i 的关 系图像。则下列说法正确的是( ) A该玻璃的折射率约为2 3 B该玻璃的折射率约为 1.5 C在由空气进入该玻璃砖中传播时，光波频率变为原来的2 3 D在由空气进入该玻璃砖中传播时，光波波长变为原来的 1.5 倍 答案 B 解析 由图乙可知斜率的倒数表示折射率， 故该玻璃的折射率为 nsin i sin r 0.75 0.5 1.5，故 A 错误，B 正确；频率由光源决定，光由空气进入该玻璃砖中传播时，光 波频率不变；据 nc v、vf 得，光由空气进入该玻璃砖中传播时，光波的波长 变为原来
12、的2 3，C、D 错误。 1 (折射定律)(2021 北京人大附中月考)如图所示， 一束可见光穿过平行玻璃砖后， 变为 a、b 两束单色光。如果光束 b 是蓝光，则光束 a 可能是( ) A红光 B黄光 C绿光 D紫光 答案 D 解析 根据题意作出完整光路图， 如图所示， a 光进入玻璃砖后光线偏折角较大， 根据光的折射定律可知玻璃砖对a光的折射率较大， 因此a光的频率应高于b光， 选 D。 2(折射定律)(多选)根据图中的漫画，判断下列说法中正确的是( ) A人看到的是鱼的实像，位置变浅了些 B人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些 C鱼看到的是人的实像，位置偏低了些 D鱼看到的是人的虚像，位置偏
13、高了些 答案 BD 解析 人看到的是鱼发出的光线经过水面折射后进入人眼，射入人眼的光线反向 延长线相交后形成的虚像，光线从水射向空气中时，折射角大于入射角，作出从 鱼 S1发出的两条光路，将折射光线反向延长，得到的交点为人所看到的鱼的虚像 S1，如图所示可以看出虚像的位置变浅了，所以 B 项正确，A 项错误；鱼看到的 是人发出的光线经过水面折射形成的虚像，根据光路可逆原理，鱼看到人的虚像 人的位置偏高了，所以 D 项正确，C 项错误。 3(折射率的理解与计算)(2021 江苏镇江一中高二月考)对于红、黄、绿、蓝四种 单色光，下列表述正确的是( ) A在相同介质中，绿光的折射率最大 B红光的频率
14、最高 C在相同介质中，蓝光的波长最短 D黄光光子的能量最小 答案 C 解析 在同一种介质中，红，黄，绿，蓝四种光波长从大到小依次是红，黄，绿， 蓝，C 正确；在同一个介质中，波长越长， 折射率越小，所以四种光中，蓝光的折射率最大，A 错误，波长越长，频率越小， 所以红光的频率最小，B 错误，单色光的频率越大，含有的光子的能量越大，所 以红光的波长最长，频率最小，光子的能量最小，D 错误。 4(折射率的理解与计算)(2021 湖北十堰期末)光线以 30 入射角从玻璃中射到玻 璃与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为 90 ，则这块玻璃的折射 率应为( ) A0.866 B1.732 C1.414 D1.500 答案 B 解析 由于反射光线与折射光线夹角为 90 ，由图可知，折射角为 r60 ， 因此折射率 nsin 60 sin 30 31.732，故 B 正确。
