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2019-2020年高中物理 《光的折射》教案4 新人教版必修1 教學(xué)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(diǎn)和難點(diǎn):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(xué)現(xiàn)象。 教學(xué)用具:平面鏡、透明玻璃、蠟燭等。 教學(xué)過程: 一、光的折射 1、定義:光由一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)或在同一種不均勻媒質(zhì)中傳播時(shí),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(diǎn),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(xué)表達(dá)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(shí),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(gè)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)，既要發(fā)生反射，同時(shí)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(shí)，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小；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 00 100 200 300 400 500 600 700 800 890 900 反射光能量(‰) 4.7 4.7 4.7 4.9 5.3 6.6 9.8 18 39 91 100 折射光能量(‰) 95.2 95.3 95.3 95.1 94.7 93.4 90.2 82 61 9 0 從上可以看出： 當(dāng)入射角i＜850時(shí)，折射光能量E折＞反射光能量E反； 當(dāng)入射角i＞850時(shí)，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(dāng)光由空氣進(jìn)入玻璃，發(fā)生折射現(xiàn)象時(shí)，如圖1中光路反向，有： =n>1,故i＞r。 即當(dāng)光由真空或空氣進(jìn)入其它媒質(zhì)時(shí)，入射角大于折射率。當(dāng)一束光沿CO入射時(shí)，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(shí)，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(gè)物點(diǎn)位于折射率為n的媒質(zhì)中h0深處，當(dāng)在媒質(zhì)界面正上方觀察時(shí)，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(shí)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(diǎn)，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=h0 sinrtgr= 可見：視高比實(shí)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(diǎn)的位置無關(guān)（只要垂直觀察）， 觀察點(diǎn)到界面的距離l1是多余的無關(guān)條件。 同步練習(xí):