鲁科版选修3-4-4.1-光的折射-学案.docVIP

第1节光的折射学案

学习目标：

1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关的问题．

2．理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系．

3．掌握测定玻璃折射率的实验，会解决与实验相关的问题．

根底知识：

一、折射角与入射角的定量关系

1．折射现象

光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象．

2．折射定律

(1)内容：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的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．

(2)表达式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12.

光路的特点：在光的折射现象中，光路是可逆的．

二、折射率的意义

1．定义

光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示．真空的折射率为1，空气的折射率近似为1.

2．定义式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)

3．物理意义

折射率n是一个与介质有关的常数，是反映介质光学性质的物理量．

4．用光速表示折射率

n＝eq\f(c,v)某种介质的折射率，等于光在真空中传播的速度c与光在这种介质中的传播速度v之比．

特点：任何介质的折射率都大于1．

三、测定介质的折射率

1．实验原理

用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，从而可以测出一组对应的入射角和折射角，根据折射定律便可求出玻璃的折射率．

2．实验器材

玻璃砖、白纸、木板、大头针4枚、图钉(3～4枚)、量角器、直尺、铅笔．

3．操作步骤

(1)把白纸用图钉钉在木板上；

(2)沿玻璃砖的一个面画一条线aa′作为界面，过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些．如下图；

(3)在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合；

(4)沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb′；

(5)在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，用眼睛观察调整视线，同时移动大头针P3的位置，使P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像，此时把大头针P3插好；

(6)在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身，同时也能挡住P1、P2的像；

(7)记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点，连接OO′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2；

(8)用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小；

(9)改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角；

(10)算出入射角不同时eq\f(sinθ1,sinθ2)的值，求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率．

重难点理解：

一、折射定律的理解和应用

1．光的方向

光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化(斜射)，并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化．

2．光的传播速度

光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，光传播的速度发生变化．

3．入射角与折射角的大小关系

光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定．当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角；当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．

二、对折射率的理解和计算

1．关于正弦值

当光由真空中射入某种介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数．

2．关于常数n

入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映着该介质的光学特性．

3．光传播速度

介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n＝eq\f(c,v)，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角．

4．决定因素

介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化．

典例1、(多项选择)一束光从某种介质射入空气中时，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，折射光路如下图，那么以下说法正确的选项是()

A．此介质折射率为eq\f(\r(3),3)

B．此介质折射率为eq\r(3)

C．将入射角改为60°，此介质折射率不变

D．光在介质中的速度比在空气中大

解析：选BC．由入射角、折射角及折射定律的含义知n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝eq\r(3)，A错误，B正确；折射