第四章

光的折射和全反射第一節

光的折射新課導入

當大雨蕩滌了空中的塵埃，陽光重新普照大地，天邊往往會出現美麗的彩虹。

彩虹是如何形成的？其中含有哪些光學知識？新課導入

光由空氣射入玻璃，再通過玻璃射入空氣，出射光為什么總與入射光平行？這需要進一步認識折射規律后才能回答。1.認識光的反射現象，知道法線、入射角、反射角、折射角的含義2.理解折射定律，會利用折射定律解釋相關光現象和計算有關問題3.理解折射率的概率學習目標情境導入

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？探究折射角與入射角的關系新課講解①反射光線與入射光線、法線在同一平面②反射光線和入射光線分居法線兩側③反射角等于入射角入射光線反射光線法線入射角反射角1.光的反射：光被兩種介質的界面反射回原來的介質中折射光線2.光的折射：光從一種介質斜射入另一種介質中，傳播方向通常會發生改變。折射角問題：光在折射時遵從什么規律呢？新課講解

思考：光發生了折射，它的入射角θ1和折射角θ2存在什么樣的關系呢？入射光線法線θ1折射光線θ2新課講解θ1sinθ1θ2sinθ2sinθ1/sinθ21300.50190.331.542400.64250.421.523500.77300.501.534600.87350.571.51平均值1.52

折射光線與入射光線、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。小結1.折射光線與入射光線、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。2.當光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角。3.當入射角增大時，折射角也隨著增大。思考1：光由一種介質進入另一種介質，光的傳播方向一定改變嗎？提示：不一定。當光垂直界面入射時，光的傳播方向不發生改變。思考2：入射角、折射角是如何確定的？提示：入射角是入射光線與法線之間的夾角，折射角是折射光線與法線之間的夾角。小試牛刀光的折射定律新課講解1.折射光線、入射光線、法線在同一平面內2.折射光線和入射光線分居法線兩側

光的折射定律(斯涅爾定律)光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向會改變，發生折射現象新課講解用不同介質做實驗，所得常數n不同說明

常數n

是與介質有關的物理量

物理學中，把光從真空斜射入某種介質發生折射時，入射角

i的正弦與折射角

r的正弦的比值

n，稱為這種介質的折射率，也稱為絕對折射率新課講解光路可逆新課講解

如圖4-5所示，透過玻璃磚看字母，字母會顯得高一些。假設玻璃磚的厚度為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?新課講解

分析

在圖4-6中，用點O表示字母上的某一點，OA和OB是從點O射向玻璃磚上表面的光，光經折射后進入人眼，人感覺它們是從玻璃中的點D射出的，D即為眼睛看到的點O的像，AD就是字母的視深h，實際深度為H。

解

光由玻璃進入空氣，由光的折射定律

及幾何關系

得

因為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

思考：你能解釋鉛筆為什么折斷了嗎？小試牛刀法線遷移

畫光路圖分析光的傳播過程，需正確畫出入射點、法線、入射光線和折射光線等。例如，半徑為R的玻璃半圓柱體，橫截面如圖4-7所示，圓心為點O，AO

為與底面垂直的半徑。一東紅光沿截面射向圓柱面，方向與底面垂直，入射點為B，∠AOB=60°已知該玻璃對紅光的折射率

n=√3，光線經柱面折射后與底面的交點到點O的距離是多少?請畫出光路圖并求解。CDNi折射率新課講解折射率反映了光從真空斜射入介質（或從介質斜射入真空）時偏折的程度折射率越大，介質使光

偏離

原來傳播方向的程度就越大新課講解空氣玻璃水iirr′空氣折射率是反映介質的光學性質的物理量新課講解某介質的折射率，等于光在真空中的速度c與光在介質中的速度v之比：（n＞1）光在不同介質中的速度不同，這正是發生折射的原因。

研究表明：(v越大，n越小）光在介質中的傳播速度越小對應介質的折射率越大即介質使光偏離原來傳播方向的程度就越大新課講解不同顏色的光在同一介質中的傳播速度不同，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

折射定律

折射光線與入射光線、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之比是一個常數.

折射率

（1）定義式：

（2）折射率與光速的關系：

（3）意義：折射率是反映介質的光學性質的物理量.

本課小結12入射光線與法線的夾角折射光線與法線的夾角反應介質折射本領的大小在真空中的光速在介質中的光速任何介質的折射率都大于1當堂檢測1.地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光斜射向地面的過程中會發生彎曲.下列光路圖中能描述該現象的是(

)A.

B.C.

D.A解析：由題意可知，越靠近地球表面，空氣的折射率越大，從光疏介質射入光密介質的光路如圖所示，太陽光斜射向地面的過程中發生折射，隨著折射率不斷變大，太陽光不斷向法線方向偏折，A正確.2.一組平行的細單色光束垂直于半圓柱形玻璃的平面射到半圓柱玻璃上，如圖所示。已知光線Ⅰ沿直線穿過玻璃，它的入射點為O，光線Ⅱ的入射點為A，穿過玻璃后兩條光線交于一點。已知玻璃截面的圓半徑為R，

，玻璃的折射率

。兩條光線射出玻璃后的交點與O點的距離是(

)A. B. C.R

D.A解析：光路如圖所示光線Ⅱ沿直線進入玻璃，在半圓面上的入射點為B，入射角設為，折射角設為，則由折射定律得則折射角

，由幾何關系知

，則故選A。3.如圖所示，有一束單色光從介質A穿過介質B再進入介質C，下列說法中正確的是(

)A.介質B對該光的折射率最大 B.介質C對該光的折射率最大C.光在介質B中傳播的速度最小 D.光在介質C中的速度最大B解析：由光路的可逆性可知，該光從B分別進入A和C時，C對該光的偏折程度大于A對該光的偏折程度，可知C對該光的折射率比A的大，光線從A進入B時入射角小于折射角，故A的折射率大于B，可得

，A錯誤，B正確；由

可知，光在B中傳播的速度最大，在C中傳播的速度最小，C、D錯誤.4.如圖所示，把一個橫截面QMP為等邊三角形的玻璃棱鏡的一個側面放在水平桌面上，直線SD與QP共線.在S處放一光源，使其發出的直線光束與SQ夾角為30°，該光束射向棱鏡的MQ側面上的一點.調整光源S的位置，使從棱鏡另一側面MP射出的光線射在D點，且恰有

.不考慮光線在棱鏡中的反射，則(

)A.玻璃棱鏡的折射率為B.玻璃棱鏡的折射率為C.經過棱鏡的出射光線與入射光線間的夾角為75°D.經過棱鏡的出射光線與入射光線間的夾角為45A解析：根據題意作出光路圖，如圖所示，根據幾何關系可知光線在A點的入射角為60°，折射角為30°，玻璃棱鏡的折射率為

，故A正確，B錯誤；經過棱鏡的出射光線與入射光線間的夾角為

，故C、D錯誤.5.如圖，OBCD為半圓柱體玻璃磚的橫截面，OD為直徑，一束由兩種顏色（紫光和紅光）組成的復色光從O點沿AO方向從真空射入玻璃，兩色光在玻璃磚中傳播路徑分別為OB、OC，用時為

、

。則：（1）光線AOB是哪種光的傳播路徑，請說明理由；（2）比較

、

的大小。紫光tOB=tOC解析：（1）紫光的傳播路徑是AOB，因為紫光的頻率比