人教版高中物理课件第十三章光13.1光的折射.ppt

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1、选修3-4 第十三章 光光的折射光到底是什么？光到底是什么？1717世纪明确形成世纪明确形成了两大对立学说了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说微粒说波动说波动说由于波动说没有由于波动说没有数学基础以及牛数学基础以及牛顿的威望使得微顿的威望使得微粒说一直占上风粒说一直占上风1919世纪初证明了世纪初证明了波动说的正确性波动说的正确性这里的光子完全不同于牛顿所说的这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒微粒”1919世纪末光电效应现象使得世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在爱因斯坦在2020世纪初提出了世纪初提出了光子说：光具有粒子性光子说：光具有粒子性光的微粒说光的微粒说：光是沿直线高速传播的粒子流

2、光是沿直线高速传播的粒子流 。牛顿支持微粒说牛顿支持微粒说。人们都认为牛顿是微粒说。人们都认为牛顿是微粒说的代表。牛顿于的代表。牛顿于16751675年曾提出：年曾提出：“光是一群难以想象光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被，这些粒子被发光体发光体“一个接一个地发射出来一个接一个地发射出来”。易解释易解释：光的直进性、影的形成、光的反射和折：光的直进性、影的形成、光的反射和折射等现象。射等现象。难解释难解释：（：（1 1）一束光入射到两种介质界面时，一束光入射到两种介质界面时，既有反射，又有折射。何种情况发生反射，何种情况既有反射，又有

3、折射。何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢下又发生折射呢?微粒说在解释这一点时遇到了很大的微粒说在解释这一点时遇到了很大的困难。困难。（2 2）两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播）两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了。这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了。光的波动说光的波动说：某种振动，以波的形式向四周围传播。：某种振动，以波的形式向四周围传播。代表人物代表人物：是荷兰的物理学家惠更斯。：是荷兰的物理学家惠更斯。易解释易解释：（：（1 1）光的反射、折射、光的反射和折射）光的反射、折射、光的反射和折射可以同时发生。可以同时发生。（2 2）两束光相遇后，

4、为何仍能沿原方向传播这一）两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一 常见的现象。常见的现象。难解释难解释：光的直进性和影的形成。：光的直进性和影的形成。干涉现象干涉现象：英国医生兼物理学家：英国医生兼物理学家托马斯托马斯杨杨于于18011801年进行了年进行了 著名的杨氏干涉实验。著名的杨氏干涉实验。衍射现象衍射现象：法国工程师菲涅耳于：法国工程师菲涅耳于18181818年演示了小年演示了小孔衍射。孔衍射。干干涉涉和和衍衍射射是是波波动动的的重重要要特特征征，从从而而光光的的波波动动说说得得到到迅迅速速发发展展。人人类类对对光光的的本本性性的的认认识识达达到到一一个个新的阶段。新的阶段。电磁说的

5、提出：随着物理学各方面的发电磁说的提出：随着物理学各方面的发展，麦克斯韦提出了电磁波的理论，进而展，麦克斯韦提出了电磁波的理论，进而了光是电磁波的结论，惠更斯的波动说发了光是电磁波的结论，惠更斯的波动说发展到了麦克斯韦的电磁说。展到了麦克斯韦的电磁说。光电效应：光电效应：1919世纪末，光电效应被发现，光的波世纪末，光电效应被发现，光的波动说在光电效应面前束手无策，人们又认识到了动说在光电效应面前束手无策，人们又认识到了光确实具有粒子性。爱因斯坦提出了光的量子理光确实具有粒子性。爱因斯坦提出了光的量子理论论-光子说光子说.人们终于认识到光既具有波动性又具有粒子性。人们终于认识到光既具有波动性又

6、具有粒子性。光的反射光的反射光的反射定律的内容光的反射定律的内容反射现象中，光路是反射现象中，光路是可逆可逆的。的。反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角。反射角等于入射角。光的反射回顾光的反射回顾 光从一种介光从一种介质射到它和另一质射到它和另一种介质的分界面种介质的分界面时时,一部分光返回一部分光返回到这种介质中的到这种介质中的现象。现象。插入水中的插入水中的铅笔怎么折铅笔怎么折断啦断啦!一一.光的折射光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时，光从一种介质斜射入另

7、一种介质时，传播方向传播方向一般一般会发生变化，这种现会发生变化，这种现象叫光的折射。象叫光的折射。入射角：入射角：入射光线与法线入射光线与法线 之间的夹角。之间的夹角。折射角：折射角：折射光线与法线之间的夹角。入射角与折射角的关系：入射角与折射角的关系：光从空气中射入水中：光从空气中射入水中：结论：入射角大于折射角。结论：入射角大于折射角。入射角增大，折射角增大。入射角增大，折射角增大。特殊：特殊：当入射角等于当入射角等于0 0时，时，折射角也为折射角也为0 0，传播方向不变。，传播方向不变。B B光从水中射入空气中。光从水中射入空气中。结论：结论：入射角小于折射角。入射角小于折射角。入射角

8、增大，折射角增大。入射角增大，折射角增大。特殊：特殊：当入射角等于当入射角等于0 0时，时，折射角也为折射角也为0 0，传播方向不变。，传播方向不变。光路的可逆性光路的可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。可逆的。二二.折射定律折射定律:内容内容:1.:1.折射光线、入射光线、法线在同一平折射光线、入射光线、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面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧侧2.2.入射角的正弦与折射角的正弦成正比入射角的正弦与折射角的正弦成正比,即即这就是光的折射定律这就是光的折射定律,也称斯涅尔定律（斯涅也称斯涅尔定律（

9、斯涅尔是荷兰数学家）尔是荷兰数学家）练习：练习：下面哪个图正确地表示了光从空气下面哪个图正确地表示了光从空气射入玻璃中的情况？射入玻璃中的情况？ABCD答案：C空气玻璃三三.折射率折射率1.1.折射率折射率n n：当光从：当光从真空真空中射入中射入某种介质某种介质中并发生折射时入射角中并发生折射时入射角ii的正弦与折射角的正弦与折射角r r的正弦的比值，叫做这种介质的折射率的正弦的比值，叫做这种介质的折射率.相比较而言，折射率大的物体叫光密相比较而言，折射率大的物体叫光密介质，折射率小的物体叫光疏介质，因介质，折射率小的物体叫光疏介质，因此光疏介质或光密介质是相对的此光疏介质或光密介质是相对的

10、.练习练习:一束光从某种介质射入空气，入射一束光从某种介质射入空气，入射角为角为i i，折射角为，折射角为r r，则该介质折射率为，则该介质折射率为()A.sini/sinr A.sini/sinr B.sinr/sini B.sinr/sini C.cosi/cosr C.cosi/cosr D.sini/cosr D.sini/cosrB B 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

11、一些地区将延后 D.D.不变不变有大气，看到太阳更早有大气，看到太阳更早没有大气，将迟一些看到太阳没有大气，将迟一些看到太阳返回返回 练习练习:大气中的空气密度是随着高大气中的空气密度是随着高度的增加而减小的度的增加而减小的.从大气层外射来从大气层外射来一束阳光，射到地面上的路径可能一束阳光，射到地面上的路径可能是四个图中的哪个所示：是四个图中的哪个所示：()()C2.2.几种介质的折射率几种介质的折射率 介介 质质 折射率折射率 介质介质 折射率折射率金金 刚石刚石2.42岩盐岩盐1.55二硫化碳二硫化碳1.63酒精酒精1.36玻璃玻璃1.51.9水水1.33水晶水晶1.55空气空气1.00

12、028注意：注意：在今后的计算中，一般认为空气的折射率为在今后的计算中，一般认为空气的折射率为1。3.3.理论和实验证明：理论和实验证明：某种介质的折射率，等于光在真某种介质的折射率，等于光在真 空中的速度跟光在这种介质中的速度之比。空中的速度跟光在这种介质中的速度之比。光从真空射入任何介质时，入射角大于折射角，根据光路可光从真空射入任何介质时，入射角大于折射角，根据光路可逆性，当光从某种介质射入真空中时，折射角大于入射角。逆性，当光从某种介质射入真空中时，折射角大于入射角。公式：公式：n=sini/sinr=c/vn=sini/sinr=c/v，c c为光在真为光在真空中的光速，空中的光速，

13、v v为光在介质中光速，由为光在介质中光速，由于光在真空中的光速大于光在任何介质于光在真空中的光速大于光在任何介质中的光速，所以任何介质的折射率都一中的光速，所以任何介质的折射率都一定大于定大于1.1.介质的折射率表明了介质的折光能力，介质的折射率表明了介质的折光能力，是由介质的属性决定的，对于不同的介是由介质的属性决定的，对于不同的介质有不同的折射率，所以光在不同的介质有不同的折射率，所以光在不同的介质中的速度不同质中的速度不同.折射率折射率对于折射率应从下面几个层次来理解对于折射率应从下面几个层次来理解 1 1、在在光光的的折折射射现现象象中中，折折射射角角随随着着入入射射角角的的变变化而

14、变化，而两角的正弦值之比是个常数化而变化，而两角的正弦值之比是个常数 2 2、对于不同的介质，此常数的值是不同的、对于不同的介质，此常数的值是不同的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的它、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取决于光在介质中传播的速度 例例1：光线从某种物质射入空气，测得入射角为：光线从某种物质射入空气，测得入射角为，折射角为折射角为，求这种物质的折射率和光在其中的传播的速度。求这种物质的折射率和光在其中的传播的速度。练习：光从某种介质射入空气，入射角为练习：光从某种介质射入空气，入

15、射角为 ，反射光线与折射反射光线与折射光线恰好垂直，求这种介质的折射率。光线恰好垂直，求这种介质的折射率。解析解析解析解析解析：解析：光路图如右图所示光路图如右图所示前面我们给出了，折射率的定义示前面我们给出了，折射率的定义示但要提新大家注意的是但要提新大家注意的是在此题中光是从介质射入空气。所在此题中光是从介质射入空气。所以我们需要根据光路可逆原理进行以我们需要根据光路可逆原理进行转换。转换。根据公式：根据公式：可推出可推出（米（米/秒）秒）解析：OABCD四四.眼睛受骗眼睛受骗AB池底的一点池底的一点A A射向空气的射向空气的光线，在水面处发生折射，光线，在水面处发生折射，折射角大于入射角

16、，眼睛折射角大于入射角，眼睛接收的光线看起来好像是接收的光线看起来好像是从从B B点射来的，所以眼睛点射来的，所以眼睛看到是看到是A A点的虚像。点的虚像。练习练习:斜插入水中的筷子与竖直方向成斜插入水中的筷子与竖直方向成4545角，由空气中向下观察，看到筷子在水中角，由空气中向下观察，看到筷子在水中的部分与竖直方向成的角度为的部分与竖直方向成的角度为，则，则()()A.A.4545 B.B.4545 C.=45 C.=45 D.D.条件不足，无法判断条件不足，无法判断B B 【例【例2 2】如图所示，实际深度为】如图所示，实际深度为h h，垂，垂直水面往下看，其视深为多少直水面往下看，其视深

17、为多少?【解析】如图所示画两条从水底【解析】如图所示画两条从水底S S发出的发出的折射光线，一条垂直射出水面，一条入射角折射光线，一条垂直射出水面，一条入射角小于小于55，这两条入射光线的折射光线延长，这两条入射光线的折射光线延长线的交点就是看到的线的交点就是看到的S S的像，由图可知，像的像，由图可知，像的深度变浅了的深度变浅了.主要是运用几何知识求解：主要是运用几何知识求解：ASOASO中，中，tan=AO/htan=AO/h；ASOASO中，中，tantan=AO/h AO/h；所以所以tan/tantan/tan =h/h=h/h，由于，由于、均较均较小，可近似有小，可近似有tansi

18、ntansin，tantan sin sin ；综合以上公式可得：综合以上公式可得：h=h=（sinsin /sinsin）=h/n.=h/n.视深和视高视深和视高1 1、视深公式、视深公式:一个物点位于折射率为一个物点位于折射率为n n的介质中的介质中深处，当在介质界面正上方观察时，物体的视深处，当在介质界面正上方观察时，物体的视深为：深为：2 2、视高公式、视高公式:如果从折射率为如果从折射率为n n的介质中，观察正上方距液面的介质中，观察正上方距液面 高为高为的物点，则视高为的物点，则视高为3、视深与视高公式的应用：利用视深与视高公式，不仅可以极为简捷地测定介质的折射率，而且还可以很方便

19、地分析和解决与视深和视高有关的各种问题。例3：如图4所示，紧贴矩形玻璃砖右端插一颗大头针，在距左端l1=3厘米的O处观察大头针D的像D。若测出像距右端l2=4厘米，玻璃砖厚度L14厘米。试估算玻璃砖的折射率。解析：根据视深公式 h h0 0L L，h=Lh=Ll l2 2，所以玻璃砖的折射率为所以玻璃砖的折射率为 可见视深和视高都与观察点的位置无关（只要垂可见视深和视高都与观察点的位置无关（只要垂直观察），观察点到界面的距离直观察），观察点到界面的距离l l1 1是多余的无关条件。是多余的无关条件。1.4 【例【例4 4】在折射率为】在折射率为n n，厚度为，厚度为d d的玻璃平的玻璃平板上方

20、的空气中有一点光源板上方的空气中有一点光源S S，从，从S S发出的光发出的光线线SASA以角度以角度入射到玻璃板上表面，经过玻入射到玻璃板上表面，经过玻璃后从下表面射出，如图所示，若此光线传璃后从下表面射出，如图所示，若此光线传播的光从光源到玻璃板上表面所用播的光从光源到玻璃板上表面所用时间与在玻璃中传播所用时时间与在玻璃中传播所用时间相等，点光源间相等，点光源S S到玻璃板上到玻璃板上表面的垂直距离应是多少表面的垂直距离应是多少?【解析】设光线在玻璃中的折射角为【解析】设光线在玻璃中的折射角为r r，则，则光线从光线从S S到玻璃板上表面的传播距离为到玻璃板上表面的传播距离为L/cosL/

21、cos；光线从；光线从S S到玻璃板上表面的传播时到玻璃板上表面的传播时间为间为L/ccosL/ccos；光线在玻璃中的传播距离；光线在玻璃中的传播距离为为d/cosrd/cosr；光线在玻璃中的传播时间为；光线在玻璃中的传播时间为nd/ccosrnd/ccosr；因为玻璃中光传播速度；因为玻璃中光传播速度v=c/nv=c/n，可以得到可以得到Nd/cosr=LcosNd/cosr=Lcos，L=L=（nd nd coscos）/cosr/cosr，由折射定律，由折射定律sin=nsinrsin=nsinr代入代入上式中，得：上式中，得：L=ncos/L=ncos/例例如图一个储油桶的底面直径

22、与高均为如图一个储油桶的底面直径与高均为d.当当桶内没有油时，从某点恰能看到桶底边桶内没有油时，从某点恰能看到桶底边缘的某点。当桶内油的深度等于桶高的缘的某点。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿方向看去，恰好看到桶一半时，仍沿方向看去，恰好看到桶低上的点低上的点C，两点距离，两点距离d/4求求油的折射率和光在油中传播的速度。dCAFDOBCGOACBGDF因底面直径和桶高相等因底面直径和桶高相等,由此可知由此可知 AOF=ABG=450又又OD=2CD油的折射率油的折射率光在油中的传播速度光在油中的传播速度解解:课堂小结：课堂小结：光光的的折折射射光的折射光的折射折折射射率率n1.反映介质对光的偏折作用，反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害越大光线偏折越厉害2.定义式定义式 n光从真空中进入介质光从真空中进入介质（1/n 光从介质进入真空）光从介质进入真空）3.决定式决定式:n=c/v (n1)相对折射率、绝对折射率相对折射率、绝对折射率光的折射定律光的折射定律三线共面三线共面常数常数sin1/sin2sin1/sin2sin1/sin2