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1、14.5 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：sinisinrn.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播速度v之比，即ncv.3同一种介质
2、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
3、度为v1、v2且v1v2，用惠更斯作图法作出当波面AB到2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，ADv2t，由几何关系知siniBCAC，sinrADAC，所以sinisinrBCADv1v2.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sinisinrn.2在折射现象中光路是可逆的，即如果让光线逆着原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：nsinisinr.(2)决定式：ncv，由此可知，任何介质的折
4、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3B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nsinisinr，可得折射率nanb，C正确，D错误 由vcn，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
5、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nsinisinr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
6、(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42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
7、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sinisinr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sinisinr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
8、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
9、，在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图5 所示5图 5(1)在本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)nsinisinr(或因为 siniEFOE，sinrGHOG，则nEF/OEGH/OGEFOGO
10、EGH)光的折射折射定律折射率：ncvsinisinr1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()6A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
11、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vcn，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
12、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7一、选择题1关于光的折射现象，下列说法中正确的是()A折射角一定小于入射角B折射率跟折射角的正弦值成反比C折射角增大为原来的2 倍，入射角也增大为原来的2 倍D折射率大的介质，光在其中的传播速度小答案D 2若某一介质的折射率较大，那么()A光由空气射入该介质时折射角较大B光由空气射入该介质时
13、折射角较小C光在该介质中的速度较大D光在该介质中的速度较小答案D 解析由nsinisinr可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率n和入射角i共同决定的，所以 A、B均错由ncv可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小，故C 错，D正确3如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质()A折射角越大，表示这种介质对光线的偏折程度越大B折射角越大，表示这种介质对光线的偏折程度越小C折射角越小，表示这种介质对光线的偏折程度越大D折射角越小，表示这种介质对光线的偏折程度越小答案C 解析由折射定律可知，在入射角相同的情况下，折射角越小，表示这种介质的折射率越大，介质对光线的偏折程度越
14、大4如图1 所示，有一玻璃三棱镜ABC，顶角A为 30，一束光线垂直于AB射入棱镜，从AC射出进入空气，测得出射光线与AC夹角为 30，则棱镜的折射率为()8图 1 A.12B.22C.3D.33答案C 解析顶角A为 30，则光从AC面射出时，在玻璃中的入射角i30.由于出射光线和AC的夹角为 30，所以折射角r60.由光路可逆和折射率的定义可知nsin rsin i3，C项正确5如图 2 所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体某单色光沿与P的上表面成 角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面已知材料的折射率nPnQ，则下列说法正确的是()图
15、2 A一定没有光线从Q的下表面射出B从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行C如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于D如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于答案D 解析作出光路图，如图所示 由题意可知，光线垂直射入Q，根据折射定律有：nPsin sin，nQsinisinr；因为nPnQ，r，所以 i，所以 D对6如图 3所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是()图 3 A红光的偏折最大，紫光的偏折最小B红光的偏折最小，紫光的偏折最大9C玻璃对红光的折射率比紫光大D玻璃中紫光的传播速度比红光大答案B 解析由光的色散知识
16、可知，红光的偏折最小，紫光的偏折最大，玻璃对红光的折射率比紫光小，玻璃中紫光的传播速度比红光小7 井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(如图 4 所示，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则()图 4 A水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星B枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星C水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星D两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星答案B 解析由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界光线如图所示由图可看出，所以水井中的青蛙觉得
17、井口小些；，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项B正确，A、C、D错误二、非选择题8在用插针法测定玻璃折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系分别如图5中、和所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖他们的其他操作均正确，且均以aa、bb为界面画光路图，则：图 5 甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”、“偏小”或“不变”)乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”、“偏小”或“不变”)丙同学测得的折射率与真实值相比_ 10答案偏小不变可能偏大、可能偏小、也可能不变解析用题图测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以折射角偏
18、大，折射率偏小；用题图测定折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用题图测定折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、也可能不变9.某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10cm 为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO的延长线于C点，过A点作法线NN的垂线AB交NN于B点，过C点作法线NN的垂线CD交NN于D点，如图 6 所示用刻度尺量得OB8cm，CD4cm，由此可得出玻璃的折射率n_.图 6 答案1.5 解析由题图可知sin AOBABOA，sin DOCCDOC，OAOCR，根据nsinisinr知，nsin AOBsin DOC
19、ABCD1028241.5.10.如图 7 所示，半圆玻璃砖的半径R10cm，折射率为n3，直径AB与屏幕MN垂直并接触于A点激光a以入射角i30射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑求两个光斑之间的距离L.图 7 答案23.1cm 解析画出如图所示的光路图，设折射角为r，根据折射定律nsinrsini解得r60由几何知识得，OPQ为直角三角形，所以两个光斑P、Q之间的距离LPAAQRtan3011Rtan60解得L4033cm23.1cm 11.一半径为R的 1/4 球体放置在水平桌面上，球体由折射率为3的透明材料制成现有一束垂直于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图8 所示已知入射光线与桌面的距离为3R2.求出射角.图 8 答案60解析设入射光线与14球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线因此，图中的角为入射角过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B.依题意，COB.又由OBC知 sin BCOC32RR32，60.设光线在C点的折射角为，由折射定律得sin sin 3，联立以上两式得30.由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角(如图)为 30.由折射定律得sin sin 13，因此 sin 32，60.