高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-4第十三章 光1 光的反射和折射教案

第二节  光的折射

教学要求:1、折射定律；2、绝对折射率和相对折射率；3、反射与折射的能量分配

重点和难点:1、对折射定律的理解；

           2、对绝对折射率和相对折射率的理解；

           3、用折射定律和能量关系分析相关光学现象。

教学用具:平面镜、透明玻璃、蜡烛等。

教学过程:

一、光的折射

  1、定义:光由一种媒质进入另一种媒质或在同一种不均匀媒质中传播时,方向发生偏折的现象叫做光的折射。                      

  2、图示:如图1所示,AO为入射光线,O为入射点,OB为反射光线,

OC为折射光线.

1)、入射角:入射光线与法线间的夹角i叫做入射角.

2)、折射角:折射光线与法线间的夹角r叫做折射角.

  3、折射定律:

   1)、内容:折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内,折射光线

和入射光线分别位于法线两侧.

   2)、数学表达式:入射角的正弦与折射角的正弦成正比,即.       图      1

      这就是光的折射定律,也称斯涅尔定律.1621年,斯涅尔用余割函数的形式精确地表示出了折射定律。1630年,笛卡尔将它改为现在的正弦函数形式。

二、相对折射率与绝对折射率

    1、相对折射率:光从一种媒质斜射入第二种媒质发生折射时,入射角i的正弦与折射角r的正弦之比,对于给定的两种媒质来说是一个常数,用表示,。常数称为第二种媒质对第一种媒质的相对折射率。

2、绝对折射率:任意一种媒质对真空的相对折射率称为这种媒质的绝对折射率,简称这种媒质的折射率,用表示.通常说某种媒质的折射率即是指它的绝对折射率,也就是它对真空的相对折射率.

3、相对折射率与绝对折射率的关系:

    实验表明:第二种媒质对第一种媒质的相对折射率等于光在第一种媒质中的传播速度V1与光在第二种媒质中的传播速度V2之比,即.

   由此可得某种媒质的折射率,C为真空中的光速。进而可得:

              ,即第二种媒质对第一种媒质的相对折射率等于第二种媒质的绝对折率与第

一种媒质的绝对折射率之比。光在任何媒质中的速度都小于光在真空中的速度，即V＜C，所以任何媒质的折射率n=都大于1。

光在空气中的速度与光在真空中的速度相差很小，故空气的折射率n=。若把真空也看作一

种媒质,则真空的折射率为。

三、反射和折射中的能量

    一般来说，光传播到两种媒质分界时，既要发生反射，同时又要发生折射。若忽略被物质吸收

能量，则反射光与折射光的能量之和等于入射光的总能量，即： 

E反＋E折＝E入。

光线的入射角不同，反射光与折射光的能量分配也不同。在入射很小时，折射光能量较大，反射光能量较小。折射光的能量随入射角的增大而减小；反射光的能量随入射角的增大而增大。

以光由空气入射到玻璃界面为例，说明反射光与折射光能量分配关系与入射角的关系：

从上可以看出：

当入射角i＜850时，折射光能量E折＞反射光能量E反；

当入射角i＞850时，折射光能量E折＜反射光能量E反。

四、光路的可逆性

    在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。

当光由空气进入玻璃，发生折射现象时，如图1中光路反向，有： =n>1,故i＞r。

即当光由真空或空气进入其它媒质时，入射角大于折射率。当一束光沿CO入射时，其中一部分光将沿AO折射。所以光从某种媒质射入真空或空气时，折射角大于入射角。

五、视深和视高

1、视深公式:

如图2所示，一个物点位于折射率为n的媒质中h0深处，当在媒质界面正上方观察时，物体的视深为：h=。           

略证：根据光路可逆和折射定律：n=

一般瞳孔的线度d=2~3毫米，因此i和r都非常小，则 

sinitgi=,sinrtgr=。故有n==

可见：视深比实深小。

2、视高公式:

如果从折射率为n的媒质中，观察正上方距液面      图     2

高为h0的物点，则视高为h=nh0。

略证：如图3所示，根据折射定律有n=    

i、r很小，故近似有:  sinitgi=

                                 h=h0

sinrtgr=

可见：视高比实高大。

  3、视深与视高公式的应用：

利用视深与视高公式，不仅可以极为简捷地测定

媒质的折射率，而且还可以很方便地分析和解决与视深           图      3

和视高有关的各种问题。

    例：如图4所示，紧贴矩形玻璃砖右端插一颗大头针，在距左端l1=3厘米的O处观察大头针D的像D’。若测出像距右端l2=4厘米，玻璃砖厚度L＝14厘米。试估算玻璃砖的折射率。

    解析：根据视深公式  h=。h0＝L，h=L－l2，

    所以玻璃砖的折射率为  n=＝＝1.4

    可见视深和视高都与观察点的位置无关（只要垂直观察），

观察点到界面的距离l1是多余的无关条件。

同步练习: