高中物理 4.1-4.2課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,一、光的折射及折射定律 1.光的折射及折射定律,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,2.折射角與光速的關系 光密介質和光疏介質:光在某些介質中的傳播速度慢,這些介質叫做光密介質;在某些介質中的傳播速度快,這些介質叫做光疏介質。 折射角和光速的關系:設光在界面兩邊的傳播速度分別為v1、v2,根據(jù)惠更斯原理可得出關系式為,,,目標導航,預習導引,一,二,三,二、折射率 1.物理意義:反映介質的光學性質的物理量。 2.定義:光從真空射入某種介質發(fā)生折射時,入射角i的正弦與 折射角γ的正弦之比,叫做這種介質的絕對折射率,簡稱折射率。 3.研究表明,光在不同介質中的速度不同,某種介質的折射率,等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比,即,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,三、測定介質的折射率 1.實驗原理 折射率 ,通過測定入射角i和折射角γ即可計算出介質的折射率。 2.實驗器材 白紙、圖釘、平木板、刻度尺、鉛筆、大頭針、量角器、長方體玻璃磚。 3.介質的折射率由介質決定,與入射角、折射角的大小無關。,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一、折射定律 1.光的方向 光從一種介質進入另一種介質時,傳播方向一般要發(fā)生變化(斜射)。并非一定變化,當光垂直界面入射時,傳播方向就不發(fā)生變化。 2.光的傳播速度 光從一種介質進入另一種介質時,傳播速度一定發(fā)生變化,當光垂直界面入射時,光的傳播方向雖然不變,但也屬于折射,光傳播的速度發(fā)生變化。 3.入射角與折射角的大小關系 光從一種介質進入另一種介質時,折射角與入射角的大小關系不要一概而論,要視兩種介質的折射率大小而定。當光從折射率小的介質斜射入折射率大的介質時,入射角大于折射角,當光從折射率大的介質斜射入折射率小的介質時,入射角小于折射角。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,如果要拍攝自己在鏡中的照片,應怎樣操作? 答案:因為光反射時光路是可逆的,所以自己如能從鏡中看到照相機鏡頭,即可拍出自己在鏡中的照片。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例1】 如圖所示,光線以入射角θ1從空氣射向折射率為n= 的玻璃表面。 (導學號51150056) (1)當入射角θ1=45時,反射光線與折射光線間的夾角θ為多大? (2)當入射角θ1為多少時,反射光線與折射光線垂直? 思路分析本題主要考查反射角、入射角和折射角的概念,首先應弄清反射角、折射角和入射角的含義,然后根據(jù)光路圖,利用幾何知識解題。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,假設地球表面不存在大氣層,那么人們觀察到日出時刻與實際存在大氣層的情況相比( ) (導學號51150057) A.將提前 B.將延后 C.在某些地區(qū)將提前,在另一些地區(qū)將延后 D.不變 答案:B,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,解析: 假如地球周圍沒有大氣層,太陽光將沿直線傳播,如圖所示,在地球上B點的人將在太陽到達A點時看到日出;而地球表面有大氣層時,由于空氣的折射率大于1,并且離地球表面越近,大氣的密度越大,折射率越大,太陽光將沿如圖所示AB曲線進入在B處的人眼中,使在B處的人看到了日出,但在B處的人認為光是沿直線傳播的,則認為太陽位于地平線上的A點,而此時太陽還在地平線以下,相當于日出時刻提前了,所以無大氣層時日出的時間將延后。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,二、折射率 1.關于常數(shù)n 入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個常數(shù),但不同介質具有不同的常數(shù),說明常數(shù)反映了該介質的光學特性。 2.折射率與光速的關系 光在介質中的傳播速度v跟介質的折射率n有關,即 ,由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何其他介質中的傳播速度v,所以任何介質的折射率n都大于1。 3.決定因素 介質的折射率是反映介質的光學性質的物理量,它的大小由介質本身及光的性質共同決定,不隨入射角、折射角的變化而變化。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,任何介質的折射率都一定大于1嗎?為什么呢? 答案:一定,由 知,任何介質中的光的傳播速度不能大于真空中的光速,只能接近于真空中的光速,故任何介質的折射率都大于1。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例2】 (多選)一束光從某種介質射入空氣中時,入射角θ1=30,折射角θ2=60,折射光路如圖所示,則下列說法正確的是( ) (導學號51150058) C.相對于空氣此介質是光密介質 D.光在該介質中的速度比在空氣中的大 思路分析解答本題時應弄清以下兩點: (1)反射角、折射角和入射角的含義; (2)求解折射率時,“入射角”是在真空中,且折射率都大于1。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,答案:BC,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,三、測定玻璃的折射率 1.實驗步驟 (1)如圖所示,將白紙用圖釘釘在平木板上。 (2)在白紙上畫出一條直線aa作為界面(線),過aa上的一點O畫出界面的法線NN,并畫一條線段AO作為入射光線。 (3)把長方體玻璃磚放在白紙上,使它的上邊跟aa對齊,畫出玻璃磚的另一邊bb。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,(4)在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調整視線方向直到P2的像擋住P1的像。再在觀察者一側豎直插上兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3及P1、P2的像,記下P3、P4的位置。 (5)移去大頭針和玻璃磚,過P3、P4所在處作直線OB交bb于點O,直線OB就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向。 (6)連接OO即為折射光線,入射角i=∠AON,折射角r=∠OON,用量角器量出入射角和折射角。 (7)用上述方法測出入射角分別為30、45、60時的折射角。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,2.數(shù)據(jù)處理 (1)計算法:通過測量入射角和折射角,然后從三角函數(shù)表中,得出入射角和折射角的正弦值,再代入 中求多次不同入射角時n的值,然后取其平均值,即為玻璃磚的折射率。 (2)圖象法:求出多組對應的入射角與折射角的正弦值,作出sini-sinr圖象,由 可知圖象應為直線,如圖所示,其斜率為折射率。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,(3)單位圓法:在不使用量角器的情況下,可以用畫單位圓法。 ①以入射點O為圓心,以一定長度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點,交折射光線OO于E點,過E作NN的垂線EH,過E作NN的垂線EH,如圖所示。 ②由圖中關系 只要用刻度尺測出EH、EH 的長度就可以求出n。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,3.注意事項 (1)實驗時,盡可能將大頭針豎直插在紙上,且大頭針之間及大頭針與光線轉折點之間的距離要稍大一些。 (2)入射角i應適當大一些,以減小測量角度的誤差,但入射角不宜太大。 (3)在操作時,手不能觸摸玻璃磚的光潔面,更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。 (4)在實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。 (5)玻璃磚應選用寬度較大的,宜在5 cm以上。若寬度太小,則測量誤差較大。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,4.實驗誤差 (1)入射光線和出射光線畫得不夠精確。因此,要求插大頭針時兩大頭針間距應稍大。 (2)入射角、折射角測量不精確。為減小測角時的相對誤差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大時,反射光較強,折射光會相對較弱。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,【例3】 一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面,其中一個表面是鍍銀的(光線不能通過此表面)?，F(xiàn)要測定此玻璃的折射率。給定的器材還有:白紙、鉛筆、大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器。 (導學號51150060),實驗時,先將玻璃磚放到白紙上,使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直。在紙上畫出直線aa和bb,aa表示鍍銀的玻璃表面,bb表示另一表面,如圖所示。然后,在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2(位置如圖)。用P1、P2的連線表示入射光線。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,(1)為了測量折射率,應如何正確使用大頭針P3、P4?試在題圖中標出P3、P4的位置。 (2)然后,移去玻璃磚與大頭針。試在題圖中通過作圖的方法標出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2。簡要寫出作圖步驟。 (3)寫出用θ1、θ2表示的折射率公式。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,解析:(1)在bb一側觀察P1、P2(經(jīng)過bb折射aa反射,再經(jīng)bb折射后)的像,在適當?shù)奈恢貌迳螾3,使得P3 與P1、P2的像在一條直線上,即讓P3擋住P1、P2的像;再插上P4,讓它擋住P2(或P1)的像和P3。P3、P4的位置如圖。 (2)①過P1、P2作直線與bb交于O; ②過P3、P4作直線與bb交于O; ③利用刻度尺找到OO的中點M; ④過O點作bb的垂線CD,過M點作bb的垂線與aa相交于N,如圖所示,連接ON; ⑤∠P1OD=θ1,∠CON=θ2。,答案:見解析。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,在學會測量長方體玻璃磚的折射率后,思考如何測量玻璃三棱鏡的折射率? (導學號51150061) 答案:見解析 解析:對于玻璃三棱鏡折射率的測定,其方法與球形玻璃折射率的測定方法是一樣的:(1)在玻璃的一側豎直插兩枚大頭針P1和P2。(2)在另一側再先后插兩枚大頭針P3和P4,使從另一側隔著玻璃觀察時,大頭針P4、P3和P2、P1的像恰好在一條直線上。(3)移去玻璃和大頭針后得到如圖所示的光路圖,可以按光 路圖確定入射光線AO,出射光線OB,則 OO為折射光線。(4)用量角器量出i、r, 即可求出折射率,