师：各位同学，大家好。今天由我带大家学习高二选择性必修一第四章第一节光的折射定律。我们先来看一个小实验，用光射入一块玻璃砖，大家能看到什么现象呢？光在射入玻璃砖时发生了折射。我们把这种光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生变化，从而使光线在不同介质交界处发生偏折的现象，叫做光的折射现象。
我们先画出光路图，回忆一下光的折射的特点。折射光线和入射光线分居法线两侧，入射光线与法线的夹角是入射角，折射光线与法线的夹角是折射角。光从空气射入玻璃砖，入射角会大于折射角，并且随着入射角的增大，折射角也会增大。请同学们猜想一下，入射角和折射角有什么样的定量关系呢？
老师这里有一个半圆形的玻璃板、激光笔以及标有角度的背景板，我们可以通过这个装置来探究入射角和折射角的关系。用一束光从空气射入玻璃和空气的分界面，我们可以在背景板上直接读出入射角和折射角的大小，改变入射角，得到多组数据。我们来看一段实验视频。
首先，让激光笔发出的光线沿着竖直中间线，也就是法线向下垂直射向水面，此时入射角是0度。这时候我们观察到光线从空气进入水中后，方向并没有发生改变，即折射角也是0度。转动激光笔的手柄，光束开始偏离法线位置。随着入射角的变大，折射角，也就是折射光线与法线的夹角也随之变大，同时光线在水面处出现偏折现象，此时光线不再是直线。当入射角是20度时，折射角大约是15度；入射角是30度时，折射角大约是20度；入射角50度时，折射角大约是35度；入射角是60度时，折射角大约是40度；入射角是70度时，折射角大约是45度。此时折射角总是小于入射角。
通过改变入射角，我们得到了很多组数据，包括入射角的一些角度、对应的折射角的角度、入射角和折射角的比值，还有入射角的正弦值和折射角正弦值的比值。大家来看一下，我们能不能认为入射角和折射角成一个正比的关系呢？显然不能，因为我们可以看到入射角和折射角的比值一直在增大，说明入射角和折射角并不成正比。但是我们发现入射角i的正弦值与折射角θ的正弦值成正比，用公式表示为sin i / sin θ = n。
若让光从介质射入空气，在介质与空气的界面折射光线将如何偏折呢？我们初中学过，光具有可逆性，也就是说如果沿着之前的折射光线入射，会从之前的入射光线折射出去，也就是原路返回。那请同学们再思考一下，如果换用不同的介质，折射光线会不会发生变化呢？比如说光线从空气射入玻璃，在界面上会发生折射。折射角设为θ?，入射角正弦值和折射角正弦值的比值是一个定值，通过计算约为1.5。我们改变介质，比如从空气中射入水中，这时入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值仍然是一个常数，但这个常数会发生变化，约等于1.33。显然，这个常数的大小与介质有关。
请同学们思考一下，如果常数n越大，光线从真空以相同入射角斜射入这种介质，光线的偏折情况将怎么变化呢？我们来观察一下表达式，sin i一定的情况下，n越大，sinγ就越小，也就是γ越小。说明n越大，折射光线偏折得越厉害，那就说明n值反映了介质对光的折射作用，也就是反映介质的光学性质。在高中物理中，我们把光从真空射入某一种介质，发生折射时，入射角的正弦值与折射角正弦值之比，叫做这种介质的折射率。这是在20摄氏度时几种不同介质对光的折射率。我们可以看到这几种材料中金刚石对光的折射率最大，也就是当光从真空射入金刚石时，偏折得最厉害；空气对光的折射率最小，只有1.0028。我们把空气的折射率带入公式，由于折射率近似等于1，所以我们近似认为sin i和sin θ相等，也就是入射角和折射角近似相等。即光从真空进入空气中，几乎没有发生偏折。因此，在后面讨论某种介质折射率的时候，要求不严格的情况下，我们也可以认为光从空气射入介质中所求得的n值就是介质的折射率。不同介质的折射率不同，是因为光在不同介质中的传播速度不同。某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度与光在这种介质中的传播速度之比，即n = c / v。因为在真空中光速最大，所以所有介质的折射率都大于1，且折射率越大，光在此介质中的传播速率就越小。
生活中也有很多奇妙的折射现象，比如说海市蜃楼。我们先来看一段海市蜃楼的视频，请同学们边观看边思考海市蜃楼是怎么出现的。
一提起海市蜃楼，往往会给人以神秘缥缈的感觉，因为它陌生少见。近日，河北秦皇岛昌黎黄金海岸景区就出现了这样奇妙的一幕。由于当时刚下完雨，海上阴云密布，远远望去，海面上方是一片连绵的群山，山前是微波荡漾的海水，还隐约可见鳞次栉比的城市建筑。2019年8月份，山东烟台出现了海市蜃楼，当时可以清晰地看到天空中高高的楼房耸立云端，窗户、塔吊都十分清晰，在云层之间还能看到动车在穿梭行进。今年5月24号，在日本富山县鱼津市海边，有民众拍摄到了海市蜃楼的景象。从正午时分开始，海市蜃楼中出现了富山湾对面涉川市新凑大桥的景象。海市蜃楼不止出现在海滨城市，2016年7月14号，新疆鄯善县库木塔格沙漠也曾经出现过海市蜃楼的景象。
有人说海市蜃楼是因为平行宇宙，真的是这样吗？其实并不是。只是远方的楼阁、船舶、山峰通过某种特殊的方式进入到我们的眼睛，而我们潜意识地以为光是沿直线传播的，所以就误认为它们出现在天上了。具体的原因是什么呢？我们先来探究一下。夏天海平面空气的温度比空中低，湿度比空中大，因此离海平面越近，空气的密度越大，折射率越大。我们可以粗略地把空气看成是许多水平的气层组成，各层的密度都不同，折射率也不同，越往上走，折射率越小。远方的楼阁、船舶、山峰发出的光线射入空中，不断被折射，越来越偏离法线方向，进入气层的入射角越来越大，当光线的入射角增大到某个角度时，就会被全部反射回来，再经过不断的折射来到我们的眼睛，人们就会看到远方的景物悬在空中。
除了海市蜃楼这样奇特的景象以外，风雨过后的空中还会出现美丽的彩虹。我们先一起来看看广州出现的彩虹。彩虹是怎么形成的呢？阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次，总共经历了一次反射，两次折射。我们知道白光是由七色光组成，各颜色的光波长不同，折射率也不同。经过两次折射后，造成7种颜色的光被分散开，从而形成彩虹。