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第四章 光的折射和全反射
第1節(jié) 光的折射
思考：把一塊厚玻璃磚放在一支筆的前方，筆桿看起來(lái)好像錯(cuò)位了，你認(rèn)為這是什么原因造成的呢？如何解釋觀察到的現(xiàn)象？
1.知道光的折射定律，了解并能解釋生活中的折射現(xiàn)象。
2.理解折射率的概念，知道折射率越大，介質(zhì)對(duì)光的偏折能力越強(qiáng)，偏折角越大。
3.理解折射率的定義及其與光速的關(guān)系，并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。
01 探究折射角和入射角的關(guān)系
觀察折射現(xiàn)象視頻，總結(jié)折射規(guī)律
N
N′
空氣
水
O
A
B
界面
法線
入射光線
折射光線
入射角
折射角
(
(
反射光線
①折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)
②折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)
③當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大
④當(dāng)光從空氣斜射入水中時(shí)，折射角小于入射角
⑤垂直入射時(shí)，傳播方向不發(fā)生改變
折射角與入射角有什么定量關(guān)系呢？
以光從空氣射入玻璃為例
入射角i
10
30
40
50
60
70
80
折射角r
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
結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比
n（n為常數(shù)）
02 光的折射定律
A
空氣
B
N
N'
O
水
1.折射定律：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即＝n(式中n是比例常數(shù)).
3.折射角與入射角的大小關(guān)系
當(dāng)光從真空斜射入介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角；當(dāng)光從介質(zhì)斜射入真空時(shí)，入射角小于折射角；當(dāng)光垂直射入介質(zhì)時(shí)，光不發(fā)生偏折。
2.光路可逆性：在光的反射和折射現(xiàn)象中，光路都是可逆的。
N
N'
介質(zhì)1
介質(zhì)2
O
4.光的折射定律是由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅爾總結(jié)得出的,也叫斯涅耳定律。
如圖 所示，透過(guò)玻璃磚看字母，字母會(huì)顯得高一些。假設(shè)玻璃磚的厚度為H，玻璃的折射率 n = 1.5 。如果垂直于玻璃磚向下看，字母的視深是多少
解 ：光由玻璃進(jìn)入空氣，由光的折射定律
及幾何關(guān)系
得
因?yàn)?OB 很靠近 OA，所以 OB ≈ OA，BD ≈ AD
因此
故垂直于玻璃磚向下看，字母的視深是
如圖所示，當(dāng)同一束單色光從空氣斜射入某種介質(zhì)時(shí)，無(wú)論入射角如何改變，入射角的正弦值和折射角的正弦值的比值總保持不變.但是，當(dāng)該束光由空氣以同一入射角斜射入不同的介質(zhì)時(shí)，折射角卻不同，入射角的正弦值和折射角的正弦值的比值也發(fā)生了變化，這說(shuō)明什么？
這說(shuō)明在光的折射現(xiàn)象中，入射角的正弦值與折射角的正弦值的比值與入射角和折射角的大小無(wú)關(guān)，與介質(zhì)的種類(lèi)有關(guān).
幾種介質(zhì)的折射率
1.定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱(chēng)折射率.
2. 真空的折射率為 1，空氣的折射率近似為 1。
表示在真空中的入射角的正弦
表示在介質(zhì)中折射角的正弦
03 折射率
3．物理意義
反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量。常數(shù) n 越大，光線以相同入射角從真空斜射入這種介質(zhì)時(shí)偏折的角度越大。
4.決定式（）
（1）某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比。
（2）由于光在真空中的傳播速度 c 大于光在任何其他介質(zhì)中的傳播速度 v，因而任何介質(zhì)的折射率 n 都大于 1。
5.對(duì)折射率的理解
（1）入射角和折射角的大小關(guān)系取決于兩種介質(zhì)的折射率。
（2）關(guān)于正弦值：入射角、折射角是可以改變的，但正弦值之比是一個(gè)常數(shù)。
（3）關(guān)于常數(shù)n：不同介質(zhì)具有不同的常數(shù)，常數(shù)反映著該介質(zhì)的光學(xué)特性。
（4）決定因素：折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。
6.光從真空射入任何介質(zhì)時(shí)，sin i 都大于 sin ，即入射角總是大于折射角。
不同顏色的光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，折射率也不同
不同顏色的光頻率不同，紅光→紫光的頻率升高
生活中的折射現(xiàn)象
海市蜃樓
雨過(guò)天晴時(shí)，常在天空出現(xiàn)彩虹，這是太陽(yáng)光通過(guò)懸浮在空氣中細(xì)小水珠折射而成的
落山的太陽(yáng)看上去正好在地平線上，但實(shí)際上太陽(yáng)已處于地平線以下，觀察者的視覺(jué)誤差大小取決于當(dāng)?shù)卮髿獾臓顩r。
1.“鉛筆彎折之謎”
空氣
水
A
A
界面
利用光的折射解釋實(shí)際問(wèn)題
水中魚(yú)的實(shí)際位置比看上去的要深
漁民怎樣才能叉到魚(yú)？
2.潭清疑水淺
例題：如圖 ，一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑與高均為d。當(dāng)桶內(nèi)沒(méi)有油時(shí)，從某點(diǎn)A恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)B。當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿AB 方向看去，恰好看到桶底上的點(diǎn)C，C、B兩點(diǎn)相距d/4。求油的折射率和光在油中傳播的速度。
甲
沒(méi)有油時(shí)剛好看到 B 點(diǎn)
乙
有油時(shí)沿同一方向看去可以看到 C 點(diǎn)
解： 因?yàn)榈酌嬷睆脚c桶高相等，所以
∠AON ＝∠BON′＝ 45
由 ON′＝ 2CN′可知
sin ∠CON′＝ ＝
n ＝ ＝=＝ 1.58
因?yàn)閚 ＝ ，所以光在油中的傳播速度
v ＝ ＝ m/s ＝ 1.9×108 m/s
因此，油的折射率
應(yīng)用反射定律和折射定律解題的步驟
(1)根據(jù)題意規(guī)范畫(huà)出光路圖.
(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、反射角、折射角均是光線與法線的夾角.
(3)利用反射定律、折射定律及幾何規(guī)律列方程求解，必要時(shí)可利用光路可逆原理輔助解題.
1.折射現(xiàn)象中，下列說(shuō)法正確的是（　　）
A.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),一定會(huì)發(fā)生偏折
B.光從空氣進(jìn)入其他介質(zhì)時(shí),折射角大于入射角
C. 折射角一定小于入射角
D.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向并非一定變化
D
2.如圖所示的四幅圖中，點(diǎn)是半圓形玻璃磚的圓心，一束光由空氣進(jìn)入半圓形玻璃磚，再由玻璃磚射入空氣，可能正確的是（　　）
D．
B．
A．
C．
B
3.關(guān)于折射率，下列說(shuō)法中正確的是（　　）
A.根據(jù)n= 可知，介質(zhì)的折射率與入射角的正弦成正比
B.根據(jù)n可知，介質(zhì)的折射率可能為任何正數(shù)
C.根據(jù)n= 可知，介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比
D.以上說(shuō)法都不對(duì)
C
光的折射
反射定律和折射定律
1.光的反射
2.光的折射定律：
折射率
1.定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱(chēng)折射率
2.
3.折射率與光速的關(guān)系： n＝

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