《光的折射定律》..ppt

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1、一、光的折射定律一、光的折射定律实验表明：折射角随着入射实验表明：折射角随着入射角而改变，但是入射角跟折角而改变，但是入射角跟折射角之间究竟有什么定量的射角之间究竟有什么定量的关系呢？关系呢？空气空气玻璃玻璃OABNN 1 2 人类从积累入射角与折射角的数据到找出两者之间的定人类从积累入射角与折射角的数据到找出两者之间的定量关系，经历了一千多年的时间。量关系，经历了一千多年的时间。 认认清清折折射射角！角！ 公元公元140年，希腊天文学家托勒密认为，入射角年，希腊天文学家托勒密认为，入射角1与折与折射角射角2之间存在简单的正比关系。即之间存在简单的正比关系。即1/ 2=常数。常数。 直到直到1

2、621年荷兰数学家斯涅耳才终于找到了入射角与折年荷兰数学家斯涅耳才终于找到了入射角与折射角之间的规律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。射角之间的规律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。 即即sin1/sin 2=常数常数光由空气射入玻璃光由空气射入玻璃 入射角入射角1 折射角折射角2 1 /2 sin1 /sin2 100 6.70 1.50 1.49 200 13.30 1.50 1.49 300 19.60 1.53 1.49 400 25.20 1.59 1.51 500 30.70 1.63 1.50 600 35.10 1.71 1.51 700 38.60 1.81 1.50 8

3、00 40.60 1.97 1.51光由空气射入玻璃时入射角与折射角的一组数据：光由空气射入玻璃时入射角与折射角的一组数据：1.光的折射定律：光的折射定律： 折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线跟入射光线和法线在同一平面内， 折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧， 入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。2.公式：公式：sin1sin2= nn为比例常数为比例常数玻璃玻璃OABNN 1 2空气空气玻璃玻璃OABNNir空气空气N玻璃玻璃OABN空气空气 i r3.在折射现象中光路可逆。在折射现象中光路可逆。sin is

4、in r=nsin rsin i= n1n= 入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，上两种情况中比例常数互为倒数。上两种情况中比例常数互为倒数。 4. 特例：当入射角为特例：当入射角为0时，时，折射角也为折射角也为0（即光线垂直（即光线垂直入射时，不改变方向）与折入射时，不改变方向）与折射定律并不矛盾。射定律并不矛盾。玻璃玻璃AB空气空气NON sin0sin0= n二、折射率二、折射率对不同的介质，对不同的介质，常数常数n是不同的，是不同的，例如：光从空例如：光从空气射入水中，气射入水中，n=1.33；光从空；光从空气射入玻璃，气射入玻璃，n=1.50。可见。可

5、见n是一个反映介是一个反映介质的光学性质质的光学性质的物理量。的物理量。 定义：物理学中把光从真空射入某定义：物理学中把光从真空射入某 种介质发生折射时，入射角种介质发生折射时，入射角1的正的正 弦与折射角弦与折射角2的正弦之比的正弦之比n，叫做这，叫做这 种介质的折射率。种介质的折射率。2. 某种介质的折射率，等于光在真空某种介质的折射率，等于光在真空 中的传播速度中的传播速度c跟光在这种介质中的跟光在这种介质中的 传播速度传播速度v之比之比n=cv研究表明：光发研究表明：光发生折射的原因，生折射的原因，是光在不同的介是光在不同的介质中传播速度不质中传播速度不同同sin isin r=n 光

6、在真空中的速度光在真空中的速度c大于光在任何介质中的速度大于光在任何介质中的速度v，所以，所以任何介质的折射率任何介质的折射率n都大于都大于1，光从真空射入任何介质时，入，光从真空射入任何介质时，入射角都大于折射角。而光从任何介质射入真空，入射角都小射角都大于折射角。而光从任何介质射入真空，入射角都小于折射角。于折射角。玻玻璃璃OABNNir真空真空N玻玻璃璃OABN真空真空 i rsin isin r=nsin rsin i= n1n=n玻璃对真空的折射率（即折射率）、玻璃对真空的折射率（即折射率）、n真空对玻璃的折真空对玻璃的折射率。参见射率。参见P71.金刚石金刚石 2.42岩盐岩盐 1

7、.55二硫化碳二硫化碳 1.63酒精酒精 1.38玻璃玻璃 1.51.9 水水 1.33水晶水晶 1.55空气空气 1.00028 注意：注意： 1.空气的折射率是空气的折射率是1.00028，通常情况下认为光从空气射，通常情况下认为光从空气射入某种介质时入射角正弦与折射角正弦之比就是那种介入某种介质时入射角正弦与折射角正弦之比就是那种介质的折射率。质的折射率。几种介质的折射率几种介质的折射率2.密度大的介质，其折射率不一定大，因为密度和折密度大的介质，其折射率不一定大，因为密度和折射率反映的物理性质是不同的。射率反映的物理性质是不同的。折射率的理解折射率的理解对于折射率应从下面几个层次来理解

8、对于折射率应从下面几个层次来理解 1 1、在光的折射现象中，折射角随着入射角、在光的折射现象中，折射角随着入射角的变化而变化，而两角的正弦值之比是个常的变化而变化，而两角的正弦值之比是个常数数 2 2、对于不同的介质，此常数的值是不同、对于不同的介质，此常数的值是不同的的n是一个反应介质光学性质的物理量是一个反应介质光学性质的物理量 3 3、介质的折射率是由介质本身性质决定、介质的折射率是由介质本身性质决定的它取决于光在介质中传播的速度的它取决于光在介质中传播的速度 4 4、介质的折射率反映了介质对光的偏折程、介质的折射率反映了介质对光的偏折程度。折射率越大，介质使光偏离原来传播方向度。折射率

9、越大，介质使光偏离原来传播方向的程度就越大。的程度就越大。应用应用1 1： 人在水上看到人在水上看到物体的像，比实际物体的像，比实际物体位置偏上，感物体位置偏上，感觉水比较浅。觉水比较浅。从上向下看从上向下看, ,nHh折射率实际深度视深 例题例题1、如图所示，一储油桶，底面直径与、如图所示，一储油桶，底面直径与高均为高均为d。当桶内无油时，从某点。当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的恰能看到桶底边缘上的某点某点B。当桶内油的深度等于桶高一半时，由点。当桶内油的深度等于桶高一半时，由点A沿沿AB方方向看去，看到桶底上的点向看去，看到桶底上的点C，两点，两点C、B相距相距d/4。 求油的折

10、射率和光在油中传播的速度。求油的折射率和光在油中传播的速度。ACBACBGEFDO求出入射角和折射角的正弦！求出入射角和折射角的正弦！FDOACBACBGE解：折射角解：折射角 AOF= ABG=450OD=2CD 可知入射角可知入射角COD的正弦的正弦sin COD = CD 1CD2+OD2=5油的折射率油的折射率n=sin CODsin AOF=51/ 21/=102光在油中的传播速度光在油中的传播速度v=cn= 1.9108 m/s应用应用 光的色散光的色散1. 复色光在介质中由于折射率不同复色光在介质中由于折射率不同 而分解成单色光的现象，叫做光的而分解成单色光的现象，叫做光的 色散

11、。色散。2. 光的色散现象说明：光的色散现象说明： *白光实际上是由各种单色光组成的复色光。白光实际上是由各种单色光组成的复色光。 *介质材料对不同色光的折射率不同。介质材料对不同色光的折射率不同。色光色光紫紫 靛靛蓝蓝绿绿黄黄橙橙红红折射率折射率1.5321.5281.5191.5171.5141.513*各种色光在同一种介质中传播的速度不同。各种色光在同一种介质中传播的速度不同。红光在介质中的速度比其他色光大，紫光在介质中红光在介质中的速度比其他色光大，紫光在介质中的速度最小，的速度最小，在粗略的讨论中可以忽略色散在粗略的讨论中可以忽略色散效应。效应。 请思考：用屏接收和用眼直接对着出射光

12、看，看到的请思考：用屏接收和用眼直接对着出射光看，看到的光谱有没有区别？光谱有没有区别？红光在上面，紫光在下面。红光在上面，紫光在下面。红光在下面，紫光在上红光在下面，紫光在上面。面。看到的是虚像看到的是虚像自然界中的色散现象自然界中的色散现象-虹、霓虹、霓 假设地球表面不存在大气层假设地球表面不存在大气层, ,那么人那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比况相比, ,A.A.将提前将提前 B.B.将延后将延后C.C.在某些地区将提前在某些地区将提前, ,在另一些地区将延后在另一些地区将延后 D.D.不变不变应用应用3 3：有大气，看到太阳更早有大气，看

13、到太阳更早没有大气，将迟一些看到太阳没有大气，将迟一些看到太阳问题：问题：玻璃是一种透明介质，光从空气入玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？何把玻璃的折射率测出来？实验：测玻璃砖的折射率实验：测玻璃砖的折射率实验器材：实验器材：玻璃砖玻璃砖 白白 纸、大头针若干、铅笔、纸、大头针若干、铅笔、直尺、量角器直尺、量角器实验原理：实验原理：1、根据折射率的定义：、根据折射率的定义： 要测折射率，要测折射率，必须知道与一个折必须知道与一个折射现象对应的折射射现象对应的折射角和入射角。角和入射角。空气空气玻璃玻璃 i=? r=

14、?界面界面法线法线rinsinsin实验过程：实验过程：课堂练习课堂练习2：用折射率为：用折射率为n的透明物的透明物质做成内、外半径分别为质做成内、外半径分别为a、b 空心空心球，如图所示，球的内表面涂有完球，如图所示，球的内表面涂有完全吸收光的物质，则当一平行光束全吸收光的物质，则当一平行光束射向此球时，球吸收的光束的横截射向此球时，球吸收的光束的横截面积多大（指光束进入空心球前的面积多大（指光束进入空心球前的横截面积）？横截面积）？被吸收！被吸收！不被吸收不被吸收画出临界光线！画出临界光线！入射角变入射角变大，折射大，折射角也变大角也变大iRriab解：临界情况对应的光路如图所示。解：临界

15、情况对应的光路如图所示。被球吸收的光束被球吸收的光束的横截面是什么的横截面是什么形状？形状？是一个以是一个以R为为半径的圆。半径的圆。由几何关系，由几何关系，sinr=abb由折射定律由折射定律 sini=nsinr 即即sini=na故故R=bsini=na则球吸收的光束横截面积为：则球吸收的光束横截面积为：S=n2a2解题小结：要解题小结：要正确分析题意、正确分析题意、画出光路图、画出光路图、找出几何关系。找出几何关系。随堂练习：随堂练习： 在折射现象中，下列说法中正确的是：在折射现象中，下列说法中正确的是： （ ） A. 折射角一定比入射角小折射角一定比入射角小 B. 光从真空中射入不同

16、介质，入射角一定时，折射角大，光从真空中射入不同介质，入射角一定时，折射角大，表示该介质表示该介质 的折射率小的折射率小 C. 介质的折射率大，光在其中的传播速度小介质的折射率大，光在其中的传播速度小 D. 折射角和入射角的关系是：入射角增大多少倍，折射折射角和入射角的关系是：入射角增大多少倍，折射角也同样增大多少倍角也同样增大多少倍BC2. 如图所示是光由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃如图所示是光由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃 砖射入空气中的光路图。砖射入空气中的光路图。O点是半圆形玻璃砖的圆点是半圆形玻璃砖的圆 心。指出哪些情况是可能发生的，哪些情况是不可心。指出哪些情况是可能发生的，哪

17、些情况是不可 能发生的。能发生的。 OOOOADCBB C 是可能发生的是可能发生的A D 是不可能发生的是不可能发生的3. 红色细光束射到折射率红色细光束射到折射率n= 2 的透明球表面，光束在通过的透明球表面，光束在通过球心的平面内，入射角球心的平面内，入射角i=450。研究经折射进入球内又经过。研究经折射进入球内又经过内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线。如图所示内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线。如图所示（图中已画出入射光线和出射光线）（图中已画出入射光线和出射光线） （1）在图中大致画出光线在球内的路径和方向。）在图中大致画出光线在球内的路径和方向。 （2）求入射光线和出射光线之间的夹角）求入射光线和出射光线之间的夹角。450O450O解：（解：（1）光路如图所示。）光路如图所示。A由于对称性，由于对称性，O点、球内反射点、及点、球内反射点、及A点三点共线。点三点共线。ir（2）据折射定律）据折射定律= 2sin450sin r所以所以 r=300则则 i=300 又又 =450r=150所以所以/2=i=150=300