第一节 光的折射定律
1．(3分)光在同一种均匀介质中如何传播？
【答案】 沿直线传播
2．(3分)光在传播过程中遇到不透明物体将会怎样？
【答案】 不能继续传播，要发生反射
3．(4分)光在传播过程中遇到另一种透明物质时又会如何？
【答案】 垂直介面入射时直线传播不垂直时光束要发生折射
课 标
导 思
1．通过实例和实验探究掌握光的折射定律．
2．理解折射率的定义及其与光速的关系．
3．学会用光的折射率处理有关问题.
学生P43
一、光的折射规律的实验探究
1．光的折射
光从一种介质射向两种介质的分界面时，一部分光线进入另一种介质而偏向另一个传播方向的现象．
2．入射角与折射角
入射角：入射光线与法线之间的夹角，一般用i表示．
折射角：折射光线与法线之间的夹角，一般用γ表示．
3．折射定律
(1)内容：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．
(2)表达式：＝n.
二、折射角与光速的关系
1．光密介质和光疏介质
(1)光密介质：光在其中的传播速度慢的介质．
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(2)光疏介质：光在其中的传播速度快的介质．
2．折射角与光速的关系
入射光线所在介质中的传播速度v1、折射光线所在介质中的传播速度v2与折射角γ的关系是＝.
三、折射率
1．定义
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦与折射角γ的正弦之比，叫做这种介质的折射率．用n表示．
2．定义式
n＝.
3．折射率与光速的关系
n＝.
学生P43
一、对光的折射现象的理解
1．光的方向
光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化，但并非一定要变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向就不变化．
2．光的速度
光从一种介质进入另一种介质时，速度一定变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽不变，但也属于折射，因为光传播的速度发生了变化．
3．入射角与折射角的大小关系
光从一种介质进入另一种介质发生折射时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小关系而定．
4．光路可逆
折射现象中光路是可逆的．
【特别提醒】 (1)分析光的折射问题时，应先画出光路图，确定好界面和法线.
(2)入射角、折射角均以法线为标准来确定，而不能以界面为标准.
二、对折射率的正确理解
1．关于正弦值
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当光由真空中射入某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数．
2．关于常数n
入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映着该介质的光学特性．
3．光传播速度
介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n＝，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1，因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角．
4．决定因素
介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化．
【特别提醒】 折射率的定义式n＝中，i为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；γ为介质中的光线与法线的夹角，不一定为折射角.
一、光的折射现象的分析
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实际存在大气层的情况相比( )
A．将提前
B．将延后
C．某些地区将提前，在另一些地区将延后
D．不变
【导析】 将大气层看成数层折射率由上到下(地球表面)依次增大的均匀介质层叠合而成的；光由折射率较小的介质斜射向折射率较大的介质时，光线将向法线偏折，以上两点相结合即可确定光在大气中的传播情况．
【解析】 假如地球周围没有大气层，太阳光将沿直线传播，如图所示，在地球上B点的人将在太阳到达A′点时看到日出；而地球表面有大气层时，由于空气的折射率大于1，并且离地球表面越近，大气层的密度越大，折射率越大，太阳光将沿如图所示AB曲线进入在B处的人眼中，使在B处的人看到日出，但在B
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处的人认为光是沿直线传播的，则认为太阳位于地平线上的A′点，而此时太阳还在地平线以下，相当于日出时刻提前了，所以无大气层时日出的时间将延后．故选B.
【答案】 B
建一个光在折射率逐渐增大的介质中传播的物理模型是顺利解决此题的关键，这也是用物理概念和规律分析、解答实际问题的重要方法.
1．如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质( )
A．折射角越大，表示这种介质对光线的偏折作用越大
B．折射角越大，表示这种介质对光线的偏折作用越小
C．折射角越小，表示这种介质对光线的偏折作用越大
D．折射角越小，表示这种介质对光线的偏折作用越小
【解析】 由介质折射率定义式n＝可知，当光以相同的入射角i射入不同介质时，折射率越大的介质中光的折射角越小，偏折越大，故C对．
【答案】 C
二、介质折射率的计算
光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直．(真空中的光速c＝3.0×108 m/s)
(1)画出折射光路图；
(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度；
(3)当入射角变为45°时，折射角等于多大；
(4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？说明理由．
【导析】 先画出玻璃与空气的界面，再过入射点作出界面的垂线即为法线，然后根据光的反射定律和折射定律作出入射光线、反射光线和折射光线．求出折射角γ后，据n＝求出n，当入射角变化时，这一比值保持不变，即玻璃的折射率并不改变，据n＝求出v.
【解析】 (1)由题意知入射角i＝60°，反射角β＝60°，折射角r＝180°－60°－90°＝30°，折射光路图如图所示．
(2)n＝＝＝，
据n＝得v＝＝ m/s，
v＝1.7×108 m/s.
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(3)据n＝得sin γ＝，
把sin i＝sin 45°＝及n＝代入上式，可求得：sin γ＝，
所以γ＝arcsin.
(4)折射率不会变化，折射率由介质和入射光的频率决定，而跟入射角的大小无关．
【答案】 (1)见解析 (2)1.7×108 m/s
(3)arcsin (4)见解析
本题考查反射定律，折射定律，折射率及光路图的作法，折射率是反映介质光学特性的物理量，它是由介质的性质和入射光的频率决定的，同一介质对确定的单色光而言，对应的折射率一定，不同介质对同一单色光(频率一定)的折射率一般是不相同的.
2．一个圆柱形筒，直径12 cm，高16 cm.人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9 cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点．求：
(1)此液体的折射率；
(2)光在此液体中的传播速度．
【解析】 根据题中的条件作出光路图如图所示．
(1)由图可知．
sin γ＝，sin i＝
折射率：
n＝＝＝＝.
(2)传播速度：
v＝＝ m/s＝2.25×108 m/s.
【答案】 (1) (2)2.25×108 m/s
1．若某一介质的折射率较大，那么( )
A．光由空气射入该介质时折射角较大
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B．光由空气射入该介质时折射角较小
C．光在该介质中的速度较大
D．光在该介质中的速度较小
【解析】 由n＝可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率n和入射角i共同决定的，所以A、B均错误；由n＝可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小，故C错误，D正确．
【答案】 D
2．关于光的折射现象，正确的判断是( )
A．光的传播方向发生改变的现象叫光的折射
B．折射定律是托勒密发现的
C．人观察盛水容器的底部，发现水变浅了
D．若光从空气射入液体中，它的传播速率一定增大
【解析】 光的传播方向发生改变可以是反射，也可以是折射，A选项错；折射定律是斯涅耳发现的，B项错；人观察盛水的容器底部，发现水变浅，这是折射现象，C项对；由折射定律知光从空气射入液体速度应减小，D项错．
【答案】 C
3．如图4－1－1所示，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种介质，光线的传播方向以及光线与介质分界面的夹角如图中所示，由此可以判断( )
图4－1－1
A．光在介质Ⅱ中的传播速度最小
B．介质Ⅲ的折射率最小
C．光在介质Ⅰ中的传播速度最大
D．介质Ⅲ的折射率最大
【解析】 由相对折射率和绝对折射率的关系可知：
n1sin45°＝n2sin40°，n1n3，
而n1sin45°sin26°＝n3sin240°，
所以n1>n3，
即n2>n1>n3，B项对，D项错．
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由n1v1＝n2v2＝n3v3＝c，
可知v2
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