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件
4.1.1光的折射
第四章 光
折射定律
折射率
光的色散
生活中的折射
01
02
03
04
目錄
CONTENTS
折射定律
PART 1
初中已經(jīng)總結(jié)出光的折射規(guī)律如下：
（1）三線共面：入射光線與折射光線、法線在同一平面內(nèi)。
（2）兩線分居：折射光線與入射光線分居在法線的兩側(cè)。
（3）空氣中的角大：當(dāng)光線從空氣斜射入其它介質(zhì)時，折射光線靠近法線；當(dāng)光從其它介質(zhì)斜射入空氣中時折射光線遠(yuǎn)離法線。
（4）伴隨增大：當(dāng)入射角增大時，折射角也增大。
（5）垂直不變：當(dāng)光從空氣垂直射入水中或其他介質(zhì)中時，傳播方向不變。
（6）光路可逆：在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。
光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分光會返回到第1種介質(zhì)，這個現(xiàn)象叫作光的反射；另一部分光會進(jìn)入第2種介質(zhì)，這個現(xiàn)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定律呢？
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
i / r
折射角和入射角的關(guān)系：以光從空氣射入玻璃為例
空氣
玻璃
i
r
1.51
1.54
1.57
1.63
1.70
1.80
1.95
i /r2
0.229
0.079
0.062
0.053
0.048
0.046
0.047
人類經(jīng)歷了一千多年的時間，從積累的入射角i和折射角r的數(shù)據(jù)中尋求兩者之間的定量關(guān)系。1621 年，荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳在分析了大量實驗數(shù)據(jù)后，找到了兩者之間的定量關(guān)系。
=n（n為常數(shù)）
將玻璃換成其它介質(zhì)，入射角和折射角的正弦之比具有相同的結(jié)論，并把它總結(jié)為光的折射定律(refraction law)
sini/sinr
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
折射角和入射角的關(guān)系：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
i / r
1.51
1.54
1.57
1.63
1.70
1.80
1.95
空氣
玻璃
i
r
介質(zhì)I
介質(zhì)II
顯然：tOA=tO/A/
θ1
θ2
A
A/
B
B/
O
O/
則：tAB=tA/B/
=Δt

θ1
θ2
xAB=AB/sinθ2
xA/B/=AB/sinθ1

=n
=vIIΔt

證明：
思考1：光的入射角與折射角的正弦為什么成正比呢？
C
C/
顯然：tBC=tB/C/
(折射率)
sini/sinr
1.51
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
入射角i
10
20
30
40
50
60
70
80
折射角r
6.6
13.2
19.5
25.4
30.7
35.3
38.8
41.1
玻璃
水
折射角r
7.5
14.9
22.1
28.9
35.2
40.6
45
47.8
sini/sinr
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
金剛石
折射角r
4.1
8.1
11.9
15.4
18.5
21
22.9
24
sini/sinr
2.42
2.43
2.42
2.42
2.41
2.42
2.41
2.42
空氣
空氣
i
r
思考：在都從空氣射入的情況下，哪種材料對光的偏折更厲害？
折射角和入射角的關(guān)系：光從空氣射入各種介質(zhì)
一、折射定律
1.光的反射和折射:一般來說,光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時,一部分光會返回到第1種介質(zhì),這個現(xiàn)象叫作光的反射;另一部分光會進(jìn)入第2種介質(zhì),這個現(xiàn)象叫作光的折射。
2.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 。
3.對折射定律的理解：
①、式中的 是比例常數(shù)，它與入射角、折射角的大小無關(guān)，只與兩種介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。
光的折射定律:
②、當(dāng)入射角 ，即垂直界面入射時，折射角 ，是折射中的特殊現(xiàn)象。
③、在折射現(xiàn)象中，光路也是可逆的。
例1.(2024江蘇淮安期中)如圖所示,一束光線斜射
入容器中,在容器底部形成一個光斑。向容器中逐
漸注水過程中,圖中容器底部光斑 (　　)
A.向左移動
B.向右移動
C.在原位置不變
D.無法確定
A
例2.(經(jīng)典題)如圖所示,在水中A處有一條魚,但岸上的人卻
看到這條魚在B處,選項中的四幅光路圖中,能正確說明產(chǎn)生
這一現(xiàn)象原因的是 (　　)
　　　　
　　　　
D
折射率
PART 2
下面我們來討論光從真空中射入介質(zhì)的情形，上式中的常數(shù) 可以簡單記為 。
這個常數(shù) 與介質(zhì)有關(guān)系，是一個反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量。常數(shù) 越大，光線以相同入射角從真空中斜射入這種介質(zhì)時偏折的角度越大。
介質(zhì) 常數(shù)
水 1.33
玻璃 1.50
金剛石 2.42
光從真空射入某種介質(zhì)時，入射角i與折射角r的正弦值之比值叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率。用符號n表示。
注意:①n由材料決定，與i、r無關(guān)
1.定義：

2.定義式：

介質(zhì)
i
真空
法線
r


二、折射率
介質(zhì) 折射率 介質(zhì) 折射率
金剛石 2.42 氯化鈉 1.54
二硫化碳 1.63 酒精 1.36
玻璃 1.5-1.8 水 1.33
水晶 1.55 空氣 1.00028
幾種介質(zhì)的折射率
光從真空射入某種介質(zhì)時，入射角i與折射角r的正弦值之比值。
②n值大于1，n空氣約等于1
1.定義：
③速度大角度大，真空中的角度永遠(yuǎn)大于介質(zhì)中的角度。
二、折射率
2.定義式：
介質(zhì)
i
真空
法線
r
注意:①n由材料決定，與i、r無關(guān)
（介質(zhì)和入射光的頻率有關(guān)）



④光在氣、液、固中速度大小與機(jī)械波相反
⑤ 折射率反映介質(zhì)對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。
⑥光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時,折射角與入射角
的大小關(guān)系不要一概而論,要視兩種介質(zhì)的折射率
大小而定。
⑦光從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì)時,入射
角大于折射角,當(dāng)光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小
的介質(zhì)時,入射角小于折射角。
3.相對折射率
：光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時,入射角θ1的正弦與折射角θ2的正弦之比叫作介質(zhì)2對介質(zhì)1的相對折射率,通常用n12表示。
設(shè)介質(zhì)1的絕對折射率為n1,介質(zhì)2的絕對折射率為n2,則n12= = = = =
。

D
例4.如圖所示,一個儲油桶的底面直徑與高相等。當(dāng)
桶內(nèi)沒有油時,從點A恰能看到桶底邊緣的點B。當(dāng)
桶內(nèi)裝滿油時,仍沿AB方向看去,恰能看到桶底上的
中點C。由此可知油的折射率為 (　　)

A


A
例6.(2024河南新鄉(xiāng)一模)如圖所示,ABC是某三棱鏡的橫
截面,∠B=30°,∠C=90°,直角邊AC=2L,一平行于BC的單
色光從斜邊上的D點射入棱鏡,經(jīng)棱鏡兩次折射后,從AC邊
的中點E射出,出射光線與AC邊的夾角θ=30°。已知光在
真空中的傳播速度為c,下列說法正確的是 (　　)

ABD
光的色散
PART 3
牛頓于1666年最先利用三棱鏡觀察到了這種現(xiàn)象。
i
思考2：牛頓的光的色散實驗說明什么問題？
n不僅跟材料有關(guān)，還與光的f有關(guān)。
①白光是由各種單色光組成的復(fù)色光，各種單色光的頻率不同，
②紅光到紫光的f在 ，
不同光對同一種玻璃，折射率n不同。
1.定義:
白光經(jīng)三棱鏡被分成紅橙黃綠藍(lán)靛紫的現(xiàn)象
2.原因:
3.特點:
③同種材料對f越大的光n越____
大
增大
三、光的色散
例7.如圖所示是同一種光線以相同的入射角從空氣射入三種不同介質(zhì)時的折射情況，則同一種光線在三種介質(zhì)中光的傳播速度最小的是（　　）
A．介質(zhì)甲
B．介質(zhì)乙
C．介質(zhì)丙
D．三種介質(zhì)均一樣
C
例8.(2024安徽皖豫聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示,一束復(fù)色光從空氣
射到一塊長方體玻璃磚上表面后分成兩束單色光a、b,光
束a、b與法線的夾角分別為α、β,則光束a、b通過玻璃磚
的時間之比為 (　　)
A.sin2β/sin2α　B.sin2α/sin2β　　　　
C.cosα/cosβ　 D.sinα/sinβ
A
例9.(2023廣東潮州期末)如圖,一束由紅光和紫光組成的
復(fù)色光沿半徑方向射向一塊半圓形玻璃磚,在玻璃磚底面
上的入射角為θ,經(jīng)折射后射出a、b兩束光線,則 (　　)
A.光束a是紫光
B.光束b是紅光
C.紅光在這塊半圓形玻璃磚中的傳播時間短
D.紫光在這塊半圓形玻璃磚中的傳播時間短
C
生活中的折射
PART 4
思考3：人們看到雨后彩虹形成的原因是什么？
思考3：人們看到雨后彩虹形成的原因是什么？
思考4：水中的筷子為什么看起來變彎了？
P
P′
思考4：水中的筷子為什么看起來變彎了？
結(jié)論：人看水中的物體位置有點偏高，越深則看起來的位置偏的越高。
思考5：人斜著看水中的物體的像會在物體的正上方嗎？
結(jié)論：偏向觀察者
思考6：從正上方看，實際深度H實和視覺深度H視有什么關(guān)系？
H實
H視
從正上方看
i
r
x
H實
H視
r
i
當(dāng)θ很小時:tanθ≈sinθ
=n
思考5：人斜著看水中的物體的像會在物體的正上方嗎？
結(jié)論：偏向觀察者
思考6：從正上方看，實際深度H實和視覺深度H視有什么關(guān)系？


A
例11.(多選)如圖所示，把由同種玻璃制成的厚度為d的立方體A和
半徑為d的半球體B放在報紙上，且讓半球的凸面向上。從B正上方
(對B來說是最高點)分別觀察A、B中心處報紙上的文字，下面的觀
察記錄正確的是(　　)
A．看到A中的字比B中的字高
B．看到B中的字比A中的字高
C．看到A、B中的字一樣高
D．看到B中的字和沒有放玻璃半球時一樣高
AD
思考7：井中的青蛙看岸上的物體的位置偏向哪里？
偏向上方。
井中的青蛙看井口的寬度是偏大還是偏小？
偏小。
是否正上方？
偏向觀察者。
例12.如圖所示，井口大小和深度相同的兩口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，兩井底部各有一只青蛙，則(　　)
A．水井中的青蛙覺得井口大些，
晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙覺得井口大些，
晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙覺得井口小些，
晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．兩只青蛙覺得井口一樣大，
晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B
謝
謝
聆
聽

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