第二節(jié)  光的折射教學要求:1、折射定律；2、絕對折射率和相對折射率；3、反射與折射的能量分配重點和難點:1、對折射定律的理解；           2、對絕對折射率和相對折射率的理解；           3、用折射定律和能量關(guān)系分析相關(guān)光學現(xiàn)象。教學用具:平面鏡、透明玻璃、蠟燭等。教學過程:一、光的折射  1、定義:光由一種媒質(zhì)進入另一種媒質(zhì)或在同一種不均勻媒質(zhì)中傳播時,方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象叫做光的折射。                         2、圖示:如圖1所示,AO為入射光線,O為入射點,OB為反射光線,OC為折射光線.1)、入射角:入射光線與法線間的夾角i叫做入射角.2)、折射角:折射光線與法線間的夾角r叫做折射角.  3、折射定律:   1)、內(nèi)容:折射光線位于入射光線與法線所決定的平面內(nèi),折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè).   2)、數(shù)學表達式:入射角的正弦與折射角的正弦成正比,即.       圖      1      這就是光的折射定律,也稱斯涅爾定律.1621年,斯涅爾用余割函數(shù)的形式精確地表示出了折射定律。1630年,笛卡爾將它改為現(xiàn)在的正弦函數(shù)形式。二、相對折射率與絕對折射率    1、相對折射率:光從一種媒質(zhì)斜射入第二種媒質(zhì)發(fā)生折射時,入射角i的正弦與折射角r的正弦之比,對于給定的兩種媒質(zhì)來說是一個常數(shù),用表示,。常數(shù)稱為第二種媒質(zhì)對第一種媒質(zhì)的相對折射率。2、絕對折射率:任意一種媒質(zhì)對真空的相對折射率稱為這種媒質(zhì)的絕對折射率,簡稱這種媒質(zhì)的折射率,用表示.通常說某種媒質(zhì)的折射率即是指它的絕對折射率,也就是它對真空的相對折射率.3、相對折射率與絕對折射率的關(guān)系:    實驗表明:第二種媒質(zhì)對第一種媒質(zhì)的相對折射率等于光在第一種媒質(zhì)中的傳播速度V1與光在第二種媒質(zhì)中的傳播速度V2之比,即.   由此可得某種媒質(zhì)的折射率,C為真空中的光速。進而可得:????????????? ,即第二種媒質(zhì)對第一種媒質(zhì)的相對折射率等于第二種媒質(zhì)的絕對折率與第一種媒質(zhì)的絕對折射率之比。光在任何媒質(zhì)中的速度都小于光在真空中的速度，即V＜C，所以任何媒質(zhì)的折射率n=都大于1。光在空氣中的速度與光在真空中的速度相差很小，故空氣的折射率n=。若把真空也看作一種媒質(zhì),則真空的折射率為。三、反射和折射中的能量    一般來說，光傳播到兩種媒質(zhì)分界時，既要發(fā)生反射，同時又要發(fā)生折射。若忽略被物質(zhì)吸收能量，則反射光與折射光的能量之和等于入射光的總能量，即：  E反＋E折＝E入。光線的入射角不同，反射光與折射光的能量分配也不同。在入射很小時，折射光能量較大，反射光能量較小。折射光的能量隨入射角的增大而減??；反射光的能量隨入射角的增大而增大。以光由空氣入射到玻璃界面為例，說明反射光與折射光能量分配關(guān)系與入射角的關(guān)系：入射角00100200300400500600700800890900反射光能量(‰)4.74.74.74.95.36.69.8183991100折射光能量(‰)95.295.395.395.194.793.490.2826190從上可以看出：當入射角i＜850時，折射光能量E折＞反射光能量E反；當入射角i＞850時，折射光能量E折＜反射光能量E反。 四、光路的可逆性    在光的反射和折射現(xiàn)象中，光路都是可逆的。當光由空氣進入玻璃，發(fā)生折射現(xiàn)象時，如圖1中光路反向，有： =n>1,故i＞r。即當光由真空或空氣進入其它媒質(zhì)時，入射角大于折射率。當一束光沿CO入射時，其中一部分光將沿AO折射。所以光從某種媒質(zhì)射入真空或空氣時，折射角大于入射角。五、視深和視高1、視深公式:如圖2所示，一個物點位于折射率為n的媒質(zhì)中h0深處，當在媒質(zhì)界面正上方觀察時，物體的視深為：h=。            略證：根據(jù)光路可逆和折射定律：n=一般瞳孔的線度d=2~3毫米，因此i和r都非常小，則  sinitgi=,sinrtgr=。故有n==可見：視深比實深小。2、視高公式:如果從折射率為n的媒質(zhì)中，觀察正上方距液面      圖     2高為h0的物點，則視高為h=nh0。略證：如圖3所示，根據(jù)折射定律有n=     i、r很小，故近似有:  sinitgi=                                  h=h0sinrtgr=可見：視高比實高大。  3、視深與視高公式的應(yīng)用：利用視深與視高公式，不僅可以極為簡捷地測定媒質(zhì)的折射率，而且還可以很方便地分析和解決與視深           圖      3和視高有關(guān)的各種問題。    例：如圖4所示，緊貼矩形玻璃磚右端插一顆大頭針，在距左端l1=3厘米的O處觀察大頭針D的像D’。若測出像距右端l2=4厘米，玻璃磚厚度L＝14厘米。試估算玻璃磚的折射率。    解析：根據(jù)視深公式  h=。h0＝L，h=L－l2，    所以玻璃磚的折射率為  n=＝＝1.4    可見視深和視高都與觀察點的位置無關(guān)（只要垂直觀察），觀察點到界面的距離l1是多余的無關(guān)條件。  同步練習:    

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1 光的反射和折射

版本： 人教版 (新課標)

年級： 選修3

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