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高二物理选修3-4 13.1 光的反射和折射 LI


第十三章



一、光的反射和折射

光射到两种介质的界面时,一部分光进入另一 种介质,同时另一部分光返回到原来的介质。这种 现象分别叫光的折射和反射。

法 线
入 射 角 反 射 角
空气 水

基本概念

折 射 角

光的反射:光射到介质1、介质2的界面时,一 部分光返回到介质1的现象
法线

1、反射定律:

A
入射光线 入射角 反射角

B
反射光线

定律理解: 平面镜

(1)反射光线、入射光线、法线共面 (2)反射角等于入射角(光线与法线的夹角)

O

(3)反射光线、入射光线关于法线对称
(4)光路可逆:沿原来的反射光线入射,将沿原来入 射光线射出

2、光的折射
定义:光从介质1斜射入介质2时,传播方向发生改变 的现象

规律:
(1) 折射光线、入射 入射光线 光线、法线在同一平面 内. 空气 (2) 折射光线和入射光 线分居法线两侧

θ1

(3)当入射角增大时,折射角也随着增大



θ2 折射光线

(4)光路可逆:沿原来的折射光线入射,将沿原来入 射光线射出

思考;入射角、折射角大小关系及与介质的关系 ?

当光从空气斜射入水中时,折射 角小于入射角

当光从水斜射入空气时,折射角 大于入射角

空气 水

分析表格数据思考: 入射角和折射角有什 么定量关系呢?

入射角

折射角

θ

1

/ θ

2

sinθ 1/sinθ

2

光由空气射入玻璃时入射 角θ1和出射角θ2的数值表:

1 100 2 150 3 4 200
5 400 6 500 7 800 8
300

50

6.70

1.49

1.49

10.10 13.40 16.70
19.60 25.20

1.49 1.49 1.50
1.53 1.59 1.63 1.97

1.49 1.49 1.49
1.49 1.51 1.50

入射角正弦和折射 角正弦比值相等 =

30.70
40.60

1.51

n

斯 涅 耳 定 律

二、折射率:光从真空射入某种介质发生折射时,入
射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折 射率,简称折射率。。
1.定义式

sinθ1 n= sinθ2

2.决定式:某介质的折射率,等于光在真空中的 速度C与光在介质中的速度v之比:

n=

c v

3.说明:(1)n的大小与介质有关,与i和r无关,对于 确定介质,n是定值 (2)折射率无单位,任何介质的折射率皆大于 1(n>1)(原因呢?)

4.几种介质的折射率(比较密度)

介质 金刚石 二氧化碳 玻璃 水晶

折射率 2.42 1.63 1.5-1.8 1.55

介质 岩盐 酒精 水 空气

折射率 1.55 1.36 1.33 1.00028

真空折射率 = 1
5. 意义:反映介质对光的偏折能力的大小 6.折射原因:光在不同介质中的速度不同

折射率---反映介质对光的折射作用
i
空气

i
空气 水

玻璃

r′

r

应用:

人在水上看到物体的 像,比实际物体位置偏 上,感觉水比较浅。

假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时 刻与存在大气层的情况相比,

A.将提前 B.将延后 前,在另一些地区将延后

C.不变 D.在某些地区将提
没有大气

有大气

例 如图一个储油桶的底面直径与高均为d.当 桶内没有油时,从某点A恰能看到桶底边 缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的 一半时,仍沿AB方向看去,恰好看到桶 低上的点c,CB两点距离d/4.求油的折 A 射率和光在油中传播的速度.
A O N









解:

因底面直径和桶高相等,由此可知

∠AOF= ∠ABG=450 又∵OD=2CD

? sin ?COD ? 2 2 CD ? OD
油的折射率

CD

?

1 5
A

sin ?AOF 10 2 2 n? ? ? sin ?COD 1 5 2
光在油中的传播速度 8 c 3.0 ? 10 v? ? n 10 2

F O

G
B

? 1.9 ? 10 (m / s)
8

C D

我们是怎样看到水中的 鱼的? 有光从水中传到我们 的眼睛。

光从一种介质进入另一种介质传播

空气

A' A

界面 水

从水中看水面上的物体,物体比实际的 高度要高

1、水中的倒影是塔桥 所形成的 虚 像。 是由 光的反射 形成的。 2、什么叫光的反射?
光射到两种介质的界面 上改变方向后又返回原 来介质的现象

光的反射是光在同一种介质中传播的现象。

三、实验:测玻璃砖的折射率
? 问题:玻璃是一种透明介质,光从空气入 射到平行玻璃砖的界面上会发生折射,如 何把玻璃的折射率测出来?

1、原理:折射定律

sin ?1 n? sin ? 2

2、方法:用插针法研究某一条光线经过平行玻璃砖, 测出折射角和入射角。
法线

θ1=?

空气
界面

θ2=?

玻璃

3、实验器材:玻璃砖、白纸 、大头针若干、铅笔、 直尺、量角器



步骤(边听边模仿)
(1)铺纸(将白纸用图 钉固定在木板上)

O' C D

(2)在白纸上画一条线aa’作为界面,过aa’上的一点O (作为入射点)画法线N’N,并画AO作为入射光线 (3)把玻璃砖放在白纸上,使它的一边与aa’对齐 (确保O为实际入射点) ,确定(如何确定,联想验 证平行四边形定则实验中记录力的方向)玻璃砖的另 一界面bb’ (确保出射点准确)

(4)在直线AO上竖直插大头针P1、P2,透过玻璃砖观察 大头针P1、P2的像,调整视线让P2挡住P1的像。再在另 一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像, P4挡住P3、P2、P1的像,记下P3、P4位置 (5)移去在大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线
DC与bb’交于o’(作为实际出射点),直线O’D代表 沿AO方向入射光通过玻璃砖后的传播方向 (6)连接OO’,入射角i=∠AON’,折射角r= ∠NOO’, 用量角器量出入射角和折射角,求出对应的正弦值, 记录在表格中

(7)用上述方法求出入射角分别为300、450、600时 的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中 (8)算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比 值,最后求出几次实验的平均值为折射率 5、注意事项: (1)入射角一般取15o→75o为宜 (太小,相对误差大; 太大,使折射光线弱,不易观察) (2)插针要竖直,且间距适当大些(精确确定光路)

(3)插针法实验,玻璃砖不能动(移动会改变光路图 )
(4)确定边界线时严禁把玻璃砖当尺子用(损坏玻璃 砖),画边界线时描两点确定边界线 (5)玻璃砖宽度在5cm以上(让折射光线长点以减小误

4、数据处理:

(1)计算法:量角度计算

(2)作图法:画一个圆与 折射、入射光线相交于A、 E两点,从交点作两条与法 线垂直的线段,量出两条线 段长度

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