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1、选修光的反射和折射第1页，共19页，编辑于2022年，星期三平面镜平面镜入射光线入射光线反射光线反射光线法线法线入射角入射角反射角反射角1.光的反射光的反射：光射到介质：光射到介质1、介质、介质2的界面时，一部分光返回的界面时，一部分光返回到介质到介质1的现象的现象（1 1）反射光线、入射光线、法线共面）反射光线、入射光线、法线共面（3 3）反射光线、入射光线关于法线对称）反射光线、入射光线关于法线对称（2 2）反射角等于入射角（光线与法线的夹角）反射角等于入射角（光线与法线的夹角）OAB（4 4）光路可逆：）光路可逆：沿原来的反射光线入射，将沿原来入射光沿原来的反射光线入射，将沿原来入射光沿
2、原来的反射光线入射，将沿原来入射光沿原来的反射光线入射，将沿原来入射光线射出线射出线射出线射出第3页，共19页，编辑于2022年，星期三 （1 1）折射光线、入射折射光线、入射光线、法线在同一平面内光线、法线在同一平面内.（2 2）折射光线和入射光线折射光线和入射光线分居法线两侧分居法线两侧二、光的折射二、光的折射1.1.定义定义：光从介质：光从介质1 1斜射斜射入介质入介质2 2时，传播方向发生改变的现时，传播方向发生改变的现象象1 12 2空气空气水水折射光线折射光线入射光线入射光线2.2.规律规律（3 3）当入射角增大时，折射角也随着增大）当入射角增大时，折射角也随着增大 （4 4）光路
3、可逆：）光路可逆：沿原来的折射光线入射，将沿原来入射沿原来的折射光线入射，将沿原来入射沿原来的折射光线入射，将沿原来入射沿原来的折射光线入射，将沿原来入射光线射出光线射出光线射出光线射出第4页，共19页，编辑于2022年，星期三当光从空气（光疏介质）斜射入水当光从空气（光疏介质）斜射入水中（光密介质）时，折射角小于入中（光密介质）时，折射角小于入射角射角 当光从水（光密介质）斜射入空气当光从水（光密介质）斜射入空气（光疏介质），折射角大于入射角（光疏介质），折射角大于入射角 空空气气水水思考思考；入射角、折射角大小关系静与介质的关系入射角、折射角大小关系静与介质的关系？第5页，共19页，编辑于
4、2022年，星期三入射角折射角1 1/2 2sin1 1/sin/sin2 2光由空气射入玻璃时入射角光由空气射入玻璃时入射角1和和出射角出射角2的数值表的数值表:1.491.531.591.631.97分析表格数据思考：分析表格数据思考：入射角和折射角有什入射角和折射角有什么定量关系呢？么定量关系呢？1.49 1.491.511.501.5130019.6040025.2050030.7080040.6015013.40 506.7010010.1020016.701.491.491.501.49 1.49 1.49 12567834 入射角入射角正弦正弦和折射和折射角角正弦正弦比值相等比值
5、相等=C斯斯 涅涅 耳耳 定定 律律第6页，共19页，编辑于2022年，星期三思考：入射角的正弦与折射角的正弦的比为常数，它思考：入射角的正弦与折射角的正弦的比为常数，它跟什么因素有关呢？跟什么因素有关呢？光传播所通过的物质（介质）威里布里德斯涅耳简介 威里布里德斯涅耳（1591-1626），荷兰数学家和物理学家，曾在莱顿大学担任数学教授。斯涅尔最早发现了光的折射定律，使几何光学的精确计算成为了可能。折射定律（也称斯涅耳定律）是从实验中得到的，未做任何的理论推导，虽然正确，但却从未正式公布过。只是后来惠更斯和伊萨克沃斯两人在审查他遗留的手稿时，才看到这方面的记载。首次把折射定律表述为今天的这种
6、形式的是笛卡儿，他没做任何的实验，只是从一些假设出发，并从理论上推导出这个定律。笛卡儿在他的屈光学（1637）一书中论述了这个问题。折射定律是几何学的最重要基本定律之一。斯涅耳的发现为几何光学的发展奠定了理论基础，把光学发展往大大的推进了一步。第7页，共19页，编辑于2022年，星期三4.说说明明：(1)n n的的大大小小与与介介质质有有关关，与与i i和和r r无无关关，对对于于确确定介定介质质，n n是定是定值值 (2)(2)折折射射率率无无单单位位，任任何何介介质质的的折折射射率率皆皆大大于于1(n1)（原因呢？）（动摩擦因数值特点呢？）（原因呢？）（动摩擦因数值特点呢？）sinisin
7、rn=2.定义式定义式三、折射率三、折射率1.定义：光定义：光从真空射入某种介质从真空射入某种介质时，入射角时，入射角i与折射角与折射角r的正的正弦比值，叫做该介质的绝对折射率弦比值，叫做该介质的绝对折射率n，简称折射率。，简称折射率。3.3.决定式：某介质的折射率，等于光在决定式：某介质的折射率，等于光在真空中的速真空中的速度度C C与光在与光在介质中的速度介质中的速度v v之比：之比：n=cv第8页，共19页，编辑于2022年，星期三5.几种介质的折射率几种介质的折射率(比较密度）比较密度）介质介质折射率折射率金刚石金刚石2.42二氧化碳二氧化碳1.63真空折射率真空折射率 =1介质介质折
8、射率折射率岩盐岩盐1.55酒精酒精1.36水晶水晶1.55玻璃玻璃1.5-1.8水水1.33空气空气1.000286.意义：意义：反映介质对光的偏折能力的大小反映介质对光的偏折能力的大小7.折射原因：折射原因：光在不同介质中的速度不同光在不同介质中的速度不同第9页，共19页，编辑于2022年，星期三l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，光从空气入射到平行玻璃砖的界面上会发生折射，如射到平行玻璃砖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？四、学生实验：测玻璃砖的折射率四、学生实验：测玻璃砖的折射率第10页，共19页，编辑于2022年，星期三1
9、 1、原理：、原理：折射定律折射定律 2 2、方法：、方法：用用插针法插针法研究某一条光线经过平行玻璃砖，测出折研究某一条光线经过平行玻璃砖，测出折射角和入射角。射角和入射角。空气空气玻璃玻璃 i=?r=?界面界面法线法线3 3、实验器材、实验器材：玻璃砖、白纸玻璃砖、白纸 、大头针若干、铅笔、直、大头针若干、铅笔、直尺、量角器尺、量角器第11页，共19页，编辑于2022年，星期三（1 1）铺纸（将白纸用图钉）铺纸（将白纸用图钉固定在木板上）固定在木板上）（2 2）在白纸上画一条线）在白纸上画一条线aaaa作为界面，过作为界面，过aaaa上的一点上的一点O O（作为（作为入射点）画法线入射点）
10、画法线N NN,N,并画并画AOAO作为入射光线作为入射光线（3 3）把玻璃砖放在白纸上，使它的一边与）把玻璃砖放在白纸上，使它的一边与aaaa对齐对齐（确保（确保O为实际入射点）为实际入射点），确定，确定（如何确定，联想验证平行四边形（如何确定，联想验证平行四边形定则实验中记录力的方向）定则实验中记录力的方向）玻璃砖的另一界面玻璃砖的另一界面bbbb （确保（确保出射点准确）出射点准确）步骤（边听边模仿）步骤（边听边模仿）第12页，共19页，编辑于2022年，星期三（6 6）连接）连接OOOO，入射角，入射角i=AONi=AON,折射角折射角r r NOONOO，用量角器量出入射角和折射角，
11、求出对应的正弦值，记录在表用量角器量出入射角和折射角，求出对应的正弦值，记录在表格中格中（5 5）移去在大头针和玻璃砖，过）移去在大头针和玻璃砖，过P P3 3、P P4 4所在处作直线所在处作直线DCDC与与bbbb交于交于o o（作为实际出射点），直线（作为实际出射点），直线O OD D代表沿代表沿AOAO方向入射光通过玻璃砖后的传播方向方向入射光通过玻璃砖后的传播方向（4 4）在直线）在直线AOAO上竖直插大头针上竖直插大头针P P1 1、P P2 2，透过玻璃砖观察大头针透过玻璃砖观察大头针P P1 1、P P2 2的像，调整视线让的像，调整视线让P P2 2挡住挡住P P1 1的像。
12、再在另一侧竖直插上的像。再在另一侧竖直插上两枚大头针两枚大头针P P3 3、P P4 4，使，使P P3 3挡住挡住P P1 1、P P2 2的像，的像，P P4 4挡住挡住P P3 3、P P2 2、P P1 1的的像，记下像，记下P P3 3、P P4 4位置位置第13页，共19页，编辑于2022年，星期三（7 7）用上述方法求出入射角分别为）用上述方法求出入射角分别为30300 0、45450 0、60600 0时的折时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中射角，查出它们的正弦值，填入表格中（8 8）算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值，）算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值
13、，最后求出几次实验的平均值为折射率最后求出几次实验的平均值为折射率5、注意事项：、注意事项：（1）入射角一般取）入射角一般取15o75o为宜为宜（太小，相对误差大；太（太小，相对误差大；太大大,使折射光线使折射光线弱，不易观察弱，不易观察）（2）插针要）插针要竖直竖直，且间距适当大些（精确确定光路），且间距适当大些（精确确定光路）（3）插针法实验，）插针法实验，玻璃砖不能动玻璃砖不能动（移动会改变光路图（移动会改变光路图）（4）确定边界线时）确定边界线时严禁把玻璃砖当尺子用严禁把玻璃砖当尺子用（损坏玻璃砖），（损坏玻璃砖），画边界线时画边界线时描两点描两点确定边界线确定边界线（5）玻璃砖宽度在
14、）玻璃砖宽度在5cm以上（让折射光线长点以减小误差）以上（让折射光线长点以减小误差）第14页，共19页，编辑于2022年，星期三 4、数据处理：、数据处理：（1）计算法计算法：量角度量角度计算计算（2）作图法作图法：画一个圆与折：画一个圆与折射、入射光线相交于射、入射光线相交于A、E两点，两点，从交点作两条与法线垂直的线段，从交点作两条与法线垂直的线段，量量出两条线段出两条线段长度长度第15页，共19页，编辑于2022年，星期三应用应用1 1：人在水上看到物体的像，人在水上看到物体的像，比实际物体位置偏上，感比实际物体位置偏上，感觉水比较浅。觉水比较浅。第16页，共19页，编辑于2022年，星期三假设地球表面不存在大气层假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比存在大气层的情况相比,A.A.将提前将提前 B.B.将延后将延后 C.不变不变 D.D.在某些地区将提前在某些地区将提前,在在另一些地区将延后另一些地区将延后 没有大气没有大气有大气有大气第17页，共19页，编辑于2022年，星期三海市蜃楼现象第18页，共19页，编辑于2022年，星期三练习：空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距水面4m深处有一条鱼。已知水的折射率为4/3，则鸟看水中的鱼离它 m，鱼看天上的鸟离它 m68第19页，共19页，编辑于2022年，星期三