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新人教版 選擇性必修一
第四章 光
第1節 光的折射
光給世界帶來光明，使我們能看清周圍的景物，進行各種活動；光從太陽、星球射到我們這里，給我們帶來了宇宙空間的信息，使我們能夠認識宇宙；光從原子、分子內部發射出來，使我們認識了微觀世界的奧秘。光學既是物理學中一門古老的學科，又是現代科學領域中最活躍的前沿科學之一，具有強大的生命力和不可估量的發展前景。
按照不同的研究目的，光學可以粗略地分為兩大分支：一支利用幾何學的概念和方法研究光的傳播規律，稱為幾何光學；另一支主要研究光的本性以及光與物質相互作用的規律，通常稱為物理光學。
新課引入
射水魚在水中能準確射中水面上不遠處的小昆蟲。水中的魚看到小昆蟲在什么位置？是在昆蟲的上方還是下方？
問題
光從第 1 種介質射到該介質與第 2 種介質的分界面時，一部分光會返回到第1種介質，這個現象叫作光的反射；另一部分光會進入第2種介質，這個現象叫作光的折射。光在反射時遵從反射定律，光在折射時遵從什么規律呢？
光的反射和折射同時發生
問題思考
二、光的折射
學習任務一：折射定律
1.實驗演示
入射角
10
30
40
50
60
70
80
折射角
6.6
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
1.51
1.54
1.57
1.63
1.70
1.80
1.95
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
=n（n為常數）
實驗結論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比
以光從空氣射入玻璃為例
二、光的折射
思考：如果將玻璃換成其它介質，入射角和折射角的正弦之比是否具有相同的結論？
學習任務一：折射定律
2.折射角和入射角的關系
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
入射角
10
20
30
40
50
60
70
80
折射角
6.6
13.2
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
玻璃
水
折射角
7.5
14.9
22.1
28.9
35.2
40.6
45
47.8
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
金剛石
折射角
4.1
8.1
11.9
15.4
18.5
21
22.9
24
2.42
2.43
2.42
2.42
2.41
2.42
2.41
2.42
總結：光從一種介質進入到另一種介質時，總有入射角的正弦與折射角的正弦之比相等。
二、光的折射
學習任務一：折射定律
斯涅耳
1621 年，荷蘭數學家斯涅耳在分析了大量實驗數據后，找到了兩者之間的關系，并把它總結為光的折射定律（refraction law）：
二、光的折射
入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即:
學習任務一：折射定律
說明：
（1）折射現象中光路是可逆的；
（2）光的傳播方向:光從一種介質進入另一種介質時,傳播方向一般要發生變化。并非一定變化,當光垂直界面入射時,傳播方向就不發生變化。
二、光的折射
學習任務一：折射定律
光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中，折射光線與反射光線恰好垂直.(真空中的光速c＝3.0×108 m/s)
(1)畫出光路圖；
解析：光路圖如圖所示，其中AO為入射光線，OB為折射光線，OC為反射光線.
例題1
(2)當入射角變為45°時，折射角的正弦值為多大？
解析：
說明：（1）n的大小與θ1和θ2無關，與介質和入射光
的頻率有關，對于確定的介質，n是定值，不能說 或
（2）折射率無單位，任何介質的折射率皆大于1。
2.定義式:
1.定義：光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質的絕對折射率，簡稱折射率。用符號 n 表示。
（3）折射率反映介質對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。
三、折射率
學習任務二：折射率
(4)光從一種介質進入另一種介質時,折射角與入射角的大小關系不要一概而論,要視兩種介質的折射率大小而定。
(5)當光從折射率小的介質斜射入折射率大的介質時,入射角大于折射角,當光從折射率大的介質斜射入折射率小的介質時,入射角小于折射角。
三、折射率
空氣對光的傳播影響很小，可以作為真空處理
學習任務二：折射率
例題2
一個儲油桶的底面直徑與高均為d。當桶內沒有油時，從某點A恰能看到桶底邊緣的某點B。當桶內油的深度等于桶高的一半時，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的點C，C、B兩點相距d/4 。求油的折射率和光在油中傳播的速度。
解析：
（1）由幾何關系可知
因此油的折射率
所以光在油中的傳播速度
誤區1:誤認為折射率定義式中θ1一定是入射角
產生誤區的原因是對折射率定義理解不清,θ1是真空(空氣)中的光線與法線的夾角,不一定是入射角;θ2是介質中的光線與法線的夾角,不一定是折射角。
誤區2:誤認為介質的密度越大,折射率越大
這是由于不理解折射率和密度的關系,介質的折射率和密度沒有必然的聯系,密度大,折射率不一定大。
誤區3:誤認為折射率n與sin θ1成正比,與sin θ2成反比
其原因是對n= 只從數學表達式上理解,不理解折射率n的實質,其大小與入射角、折射角的大小無關。
誤區：認識折射率的三大誤區
當堂達標訓練
1.光線以60°的入射角從空氣射入折射率 的玻璃中，折射角多大？
畫出光路圖；
解析：如圖有折射定律可知
解得
2.課本89頁 為了從坦克內部觀察外部的目標，在坦克壁上開了一個孔。假定坦克壁厚20cm，孔的左右兩邊距離12cm，孔內安裝一塊折射率為1.52的玻璃，厚度與坦克的壁厚相同。坦克內的人通過這塊玻璃能看到的外界角度范圍為多大 ？
r
i
當堂達標訓練
空氣
水
A
A
3.課本84頁 將一根筷子插入裝有水的玻璃杯中，看上去浸在的這段筷子產生了側移，而且變 粗了，如何解釋觀察到的現象？
當堂達標訓練
4.如圖所示,一小孩站在寬6 m的河邊,在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3 m的樹,樹的正下方河底有一塊石頭,小孩向河面看去,可同時看到樹頂和石頭兩者的像,并發現兩個像重合,若小孩的眼睛離河面高為1.5 m,河水的折射率為 ,試估算河水深度。
典例分析
【答案】 5.3 m
當堂達標訓練
【解析】樹頂反射和石頭折射成像的光路圖如圖所示

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