高二物理4.1光的折射定律鲁教版知识精讲.doc

高二物理4.1光的折射定律鲁教版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： §4.1光的折射定律 1. 通过实验，理解光的折射定律 2. 会设计实验测定物质（如玻璃）的折射率 3. 理解折射率的意义 4. 能解释常见的折射现象 ［教学过程］ 一. 光的折射 1. 光的折射： 光由一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。 2. 光的折射定律： （1）折射光线跟入射光线在同一平面内。 （2）折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。 （3）入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。 注：（1）光在介质界面上，折射与反射是同时发生的，光的能量分为两部分。 （2）与反射光路相同，折射现象中光路也是可逆的。 （3）光在同种均匀介质中才能沿直线传播。 3. 公式 注：（1）i为真空（或空气）中的角度，（位于分子处）γ为介质中的角度。（位于分母处） （2）n为物质的折射率（无单位），与介质的种类及光的频率有关。 （3）同种介质中频率越大的光折射率越大，这也是色散产生的原因。 （4）常见物质的折射率 金刚石：2.42 玻璃：1.5~1.9 水：1.33 空气：近似为1 （5）若光线与介面垂直，即，则，光线不发生偏折，如图2所示，入、反、法三线合一。 （6）若光线由介质进入真空（或空气）则公式写为： 即：i、r是相对而言的，视情况而变。 二. 折射率 1. 定义：光从真空射入某介质时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值叫该介质的折射率。 2. 光疏介质与光密介质是相较而言的。 三. 折射的成因 1. 成因：光在不同介质中的传播速度不同（注：频率与周期不变，改变）。 2. 具体过程： 当光束斜射入介质时，光束的一侧先到达并进入介质，波速先慢下来，使得光束弯曲，等到光束全部进入介质中以后，它就沿直线前进了。 注： （1）光线弯曲只发生在经过介面的一瞬间。 （2）若光垂直射入介质，光束的各部分同时进入介质，速度变化是一致的，就不会发生偏折，即光沿直线传播。 四. 光速 1. 真空中： 2. 介质中： 由 得： 即在介质中v、变小，红光到紫光光速变小。 五. 光的色散 1. 白光是复色光 2. 红→紫在同种介质中n增大 3. 光路： 六. 测量介质的折射率 1. 光路 2. 公式： （1），用量角器测i、 （2） 以入射点为圆心画圆，用几何法求n。 七. 视深和视高 1. 视深公式： 如图所示，一个物点位于折射率为n的媒质中h0深处，当在媒质界面正上方观察时，物体的视深为：h＝。 略证：根据光路可逆和折射定律：n＝ 一般瞳孔的线度d＝2～3毫米，因此i和r都非常小，则 sinitgi＝，sinrtgr＝。故有n＝＝ 可见：视深比实深小。 2. 视高公式： 如果从折射率为n的媒质中，观察正上方距液面高为h0的物点，则视高为h＝nh0。 略证：如图所示，根据折射定律有i、r很小，故近似有： 可见：视高比实高大。 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媒质的折射率，而且还可以很方便地分析和解决与视深和视高有关的各种问题。 【典型例题】 例1、如图所示，紧贴矩形玻璃砖右端插一枚大头针，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L＝14厘米。试估算玻璃砖的折射率。 解析：根据视深公式 h＝。h0＝L，h＝L－l2， 所以玻璃砖的折射率为 n＝＝＝1.4 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l1是多余的无关条件。 例2、光线从空气射入 的介质中，反射光线恰垂直于折射光线，则入射角约为多少？ 解：根据光的反射定律有入射角 跟反射角相等 ，根据题意折射光线与反射光线垂直，即两光线的夹角为90°，则反射角 与折射角 互余，即 ，则 ． 又根据折射率的定义式： 所以：． 例3、如图所示，一储油桶底面直径与桶高均为d．当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B．当桶内油的深度等于桶高的一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距．由此可得油的折射率 ． 分析与解：依题所述的情境，可知A、B与桶的右上边缘位于同一直线上，储半桶油后，则C点发出的光经折射后的折射光线的反向延长线过B点，如图所示． 由题中给出的几何关系，可得 ． 说明：光线发生偏折，是因为两