資源簡介

四、光的折射
【基礎知識清單】
1．光在發生折射時，折射光線跟入射光線和法線在 內，折射光線和入射光線分別位于法線的 ；當光線從空氣斜射入水或玻璃時，光線向法線偏折，折射角 入射角，從水或玻璃斜入空氣時，折射光線遠離法線，折射角 入射角；折射角隨入射角的增大而 ；折射角隨入射角的減小而 ；當光線從空氣垂直射入玻璃或從玻璃垂直射入空氣時，光的傳播方向 ，入射光線、折射光線與法線 ，入射角 折射角，都等于 ，發生折射時光路是 的。
2．漁民看到水中的魚是光的 現象。
3．海市蜃樓是光的 現象。
4．光導纖維（光纖）光在玻璃絲中不斷發生 向前傳播的。
(
圖5
-
4
-
1
)【知識深層理解】
一、光的折射現象
光從空氣斜射入玻璃、水等其他透明物質時，傳播方向會發生偏折，這種現象就叫做光的折射。
二、光的折射規律
(
A
B
M
N
E
F
空氣
玻璃
O
r
i
光屏
激光燈
法線
空氣
玻璃
圖5
-
4
-
2
圖5
-
4
-
3
)1．實驗裝置：如圖5-4-2所示。
2．有關折射現象中的幾個概念：
如圖5-4-3所示：
（1）入射光線：AO
（2）折射光線：OB
（3）法線：MN
（4）界面：EF
（5）入射角：入射光線與法線的夾角∠r
（6）折射角：折射光線與法線的夾角∠i
3．探究折射光線與入射光線、法線的關系：
（1）實驗步驟：
(
空氣
玻璃
圖5
-
4
-
4
甲
乙
)①如圖5-4-4甲所示，使光屏的左右兩部分在同一平面內，讓激光從左面空氣中，沿光屏斜射入到玻璃中，觀察在光屏右側的玻璃中能否看到折射光線，如果能，觀察折射光線、入射光線和法線的位置關系；
②如圖5-4-4乙所示，把右側的光屏向后折疊，使光屏的左右兩部分不在同一平面內，讓激光從左面空氣中，沿光屏斜射入到玻璃中，觀察在光屏右側的玻璃中能否看到折射光線，如果能，觀察折射光線、入射光線和法線的位置關系；
（2）實驗現象：當光屏的左右兩部分在同一平面內時，在光屏的右側的玻璃中能看到折射光線，并且折射光線和入射光線位于法線的兩側；當光屏的左右兩部分不在同一平面內時，在光屏的右側玻璃中看不到折射光線；
（3）實驗結論：折射光線與法線、入射光線在同一平面內，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側。
4．探究折射角和入射角的關系：
(
r
i
空氣
玻璃
圖5
-
4
-
5
)（1）光從空氣斜射入玻璃中：
①實驗步驟：如圖5-4-5所示，
a．讓激光沿光屏重空氣斜射入到玻璃中，觀察折射角和入射角的大小關系；
b．改變入射光的方向，重復實驗過程；
②實驗現象：當光線從空氣斜射入玻璃中時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角。
③實驗結論：當光線從空氣斜射入玻璃中時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角。
（2）光從玻璃斜射入空氣中：
(
空氣
玻璃
r
i
圖5
-
4
-
6
)①實驗步驟：如圖5-4-6所示，
a．讓激光沿光屏從玻璃斜射入到空氣中，觀察折射角和入射角的大小關系；
b．改變入射光的方向，重復實驗過程，觀察折射角和入射角的大小關系；
②實驗現象：當光線從空氣斜射入玻璃中時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角。
③實驗結論：當光線從玻璃斜射入空氣中時，折射光線遠離法線，折射角大于入射角。
5．探究折射角隨入射角的變化：
（1）實驗步驟：如圖5-4-7所示，
(
②
①
②
③
①
③
①
②
③
①
②
③
圖5
-
4
-
7
)①讓激光從左面空氣中，沿光屏斜射入到玻璃中，記錄折射角和入射角的大小；
②增大入射角，記錄折射角和入射角的大小；
③觀察比較折射角隨入射角的變化關系；
④讓激光從玻璃中沿光屏斜射入到空氣中，重復上面步驟，觀察折射角隨入射角的變化關系。
（2）實驗現象：當入射角增大時，折射角也增大，折射光線與入射光線的旋轉方向相同。
（3）實驗結論：不管光線是從空氣斜射入玻璃還是從玻璃斜射入空氣，折射角都隨入射角的增大而增大，隨入射角的減小而減小，也就是說折射光線和入射光線的旋轉方向一致。
6．光線由空氣垂直射入玻璃或從玻璃垂直射入空氣：
（1）實驗步驟：如圖5-4-8所示，
①讓光線垂直界面從空氣射入玻璃，觀察折射光線的方向；
(
圖5
-
4
-
8
)②讓光線垂直界面從玻璃射入空氣，觀察折射光線的方向。
（2）實驗現象：當光線從空氣垂直射入玻璃或從玻璃垂直射入空氣時，光的傳播方向不變，入射光線、折射光線與法線重合。
（3）實驗結論：當光線從空氣垂直射入玻璃或從玻璃垂直射入空氣中時，光的傳播方向不變，入射光線、折射光線與法線重合，入射角等于折射角，都等于0°。
7．折射光路的可逆性：
(
圖5
-
4
-
9
)（1）實驗步驟：如圖5-4-9所示，
①讓激光從空氣中，沿光屏斜射入到玻璃中，記下入射光線和折射光線的位置；
②讓光線從原來折射光線的方向射入，觀察折射光線的方向。
（2）實驗現象：光線從原來折射光線的方向射入，從原來的入射光線方向射出。
（3）實驗結論：折射光路是可逆的。
【總結】光在發生折射時：
（1）折射光線跟入射光線和法線在同一平面內，折射光線和入射光線分別位于法線兩側；
（2）當光線從空氣斜射入水或玻璃時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角；從水或玻璃斜射入空氣時，折射光線遠離法線，折射角大于入射角；
（3）折射角隨入射角的增大而增大；隨入射角的減小而減小；
（4）當光線從空氣垂直射入玻璃或從玻璃垂直射入空氣時，光的傳播方向不變，入射光線、折射光線與法線重合，入射角等于折射角，都等于0°。
（5）發生折射時，光路是可逆的。
三、折射成像
1．從水面上看水面下的物體：如圖5-4-10所示， (
S
′
水
空氣
S
圖5
-
4
-
10
)水面下一發光體S，向水面發射無數條光線（圖中畫出其中兩條），經水面折射后射入人眼，但人眼感受不到光線的偏折，而是認為光線都是沿直線傳播到人眼的，所以人眼認為發光體在光線的反向延長線的交點S′處，S′即為S的像，所以像的位置要比實際物體的位置高。
有關現象實例解釋：
(
圖5
-
4
-
11
水面
)（1）河底看起來比實際的要淺：由折射成像的特點“像的位置要比實際物體的位置高”可知，河底的每一個點的像都要比實際位置偏高，所以整個河底像的位置要比實際位置偏高，河底看起來比實際的要淺,如圖5-4-11所示。
警告：洗澡時注意河水的實際深度要比你看到的河底深得多！杜絕野外洗澡！
（2）水中的筷子：如圖5-4-12所示，浸沒在水中的筷子，由于每一點像的位置都要比實際淺，所以整個處于水中部分的筷子的像要比實際的筷子位置高，而上面上的部分不發生折射，因此，水中的筷子看起來從水面處折斷。
水中的筷子 魚叉叉魚
原理圖 實物圖 原理圖 實物圖
(
S
′
)
圖5-4-12 圖5-4-13
（3）叉魚：如圖5-4-13所示，漁民在用魚叉捉魚時，漁民看到的是魚的像，而實際的魚在像的下方。所以有經驗的漁民在用魚叉捉魚時，都是向看到的魚的下方叉，才有可能叉到魚。
(
S
′
S
水
空氣
圖5
-
4
-
14
)2．從水面下看水面上的物體：如圖5-4-14所示，水面上一發光體S，向水面發射無數條光線（圖中畫出其中兩條），經水面折射后射入人眼，但人眼感受不到光線的偏折，而是認為光線都是沿直線傳播到人眼的，所以人眼認為發光體在光線的反向延長線的交點S′處，S′即為S的像，所以像的位置要比實際物體的位置高。
【總結】無論從水面上看水面下的物體，還是從水面下看水面上的物體，像的位置都比實際位置高。
(
S
′
水
空氣
S
圖5
-
4
-
15
)四、折射時，物體成的是虛像
如圖5-4-15所示，像S′是折射光線反向延長線的交點，實際光線并沒有經過S′點，用光屏放在S′點就接收不到像，此時所成的像是虛像。所以，我們從空氣中看到水中的“物體”和從水中看到空氣中的物體都是物體經過水面折射形成的虛像。
五、海市蜃樓
在沙漠或海面上，常常出現海市蜃樓奇觀。那么海市蜃樓現象是怎樣形成的呢？
(
A
B
圖5
-
4
-
16
)如圖5-4-16所示，在沙漠或海面上，由于溫度和濕度的影響，使沙漠或海面上方的空氣密度不均勻，光在傳播的過程中由于折射，使光的傳播方向不斷發生改變，物體A反射的光線沿著彎曲的路徑傳向人眼，而人眼認為光都是沿直線傳播過來的，所以人眼認為物體在B點，這就是海市蜃樓的形成原因，所以，海市蜃樓是光在傳播的過程中發生折射產生的。
六、初升的太陽
如圖5-4-17所示， (
圖5
-
4
-
17
)由于大氣層密度不均勻，初升太陽的光線在空氣中傳播時，不斷發生折射而使路徑彎曲，初升的太陽光是沿著彎曲的路徑傳播到人眼里的，而人眼認為光都是沿直線傳播過來的，
所以太陽在地平線以下我們就看到了太陽。
七、折射光路圖的作法
【例題1】畫出如圖5-4-18所示的折射光路圖。
做題步驟：
題目 步驟1 步驟2
畫出法線 畫出折射光線（向法線靠攏）
(
空氣
水
) (
圖5
-
4
-
18
) (
空氣
水
) (
空氣
水
)
【例題2】畫出如圖5-4-19所示的折射光路圖。
作圖步驟：
題目 步驟1 步驟2
畫出如圖所示的光路圖。 畫出法線 畫出折射光線（遠離法線）
(
空氣
水
) (
圖5
-
4
-
19
) (
空氣
水
) (
空氣
水
)
注意事項：①要畫法線；②判斷折射光線的偏轉方向；③畫箭頭。
【例題3】畫出如圖5-4-20所示一束光線通過三棱鏡的光路圖。
作圖步驟：
題目 步驟1 步驟2
畫出一束光線通過三棱鏡的光路圖。 畫出光線由空氣進入玻璃的折射光線（注意：折射光線向法線靠攏）； 作出光線由玻璃射入空氣的折射光線（注意：折射光線遠離法線）。
圖5-4-20
【總結】光線通過三棱鏡折射后向底面偏折。
【例題4】畫出如圖5-4-21所示光線通過玻璃磚的光路圖。
作圖步驟：
題目 步驟1 步驟2
畫出光線通過玻璃磚的光路圖。 畫出光線由空氣進入玻璃的折射光線（注意：折射光線靠攏法線）； 作出光線由玻璃射入空氣的折射光線（注意：折射光線遠離法線）。
圖5-4-21
(
乙
甲
圖5
-
4
-
22
)通過作圖知道，當光線通過玻璃磚時，光的傳播方向發生了偏移，如圖5-4-22甲所示，所以當我們通過玻璃磚看物體時，會觀察到被玻璃磚遮住的部分發生了錯位的現象，如圖5-4-22乙所示。
(
A
S
S
′
圖5
-
4
-
23
)【例題5】如圖5-4-23所示，發光點S發出的一條光線經水面折射后，經過A點，S′是S的像，畫出光路圖。
分析：如圖5-4-24所示，所有的折射光線都好像是從像S′射過來的，如圖甲。所以折射光線一定在S′A是連線上，如圖乙。連接S′A交界面于點O，O點便是入射點，連接SO即為入射光線，如圖丙，再畫出法線。
(
甲
S
′
水
空氣
S
) (
A
O
S
S
′
乙
) (
丙
S
′
O
A
S
)
圖5-4-24
做題步驟：
(
A
O
S
S
′
)1．連接S′A，作出折射光線 (
A
O
S
S
′
)2．畫出法線 (
O
A
S
S
′
)3．連接SO，作出入射光線
【總結】（1）連接像點和A點，找出入射點O是關鍵；（2）注意畫法線和箭頭。
八、叉魚和照魚的區別
【例題6】有經驗的漁民叉魚時，應向 （A．看到的“魚”，B．看到的“魚”的下方，C．看到的“魚”的上方）叉，才可能叉到魚；要用手電筒把水中的魚照亮，應向 （A．看到的“魚”，B．看到的“魚”的下方，C．看到的“魚”的上方）照，才可能把魚照亮。
(
S
′
乙
S
′
甲
圖5
-
4
-
25
)解析：如圖5-4-25所示，漁民在用魚叉捉魚時，漁民看到的是魚的像，而實際的魚在像的下方。所以有經驗的漁民在用魚叉捉魚時，都是向看到的“魚”的下方叉，才有可能叉到魚，如圖甲。
而要把魚照亮，要朝著看到的“魚”（魚的像S′點）照射，入射光照到水面上后，經過水的折射，正好把實際的魚照亮，如圖乙。答案：B，A
【例題7】中國的潛艇技術舉世矚目，當潛艇用導彈打擊空中的飛機時，應向
（A．看到的“飛機”，B．看到的“飛機”的下方，C．看到的“飛機”的上方）發射，才能擊落空中的飛機；如果用激光打擊空中的飛機，應向 （A．看到的“飛機”，B．看到的“飛機”的下方，C．看到的“飛機”的上方）發射，才能擊落空中的飛機。
如圖5-4-26所示， (
丁
S
′
激光
丙
S
′
圖5
-
4
-
26
)水下的潛艇用炮彈和激光打擊空中飛機的方法也是不同的，由于在水下看到飛機的像S′比實際的飛機高，所以用炮彈打擊飛機時，應朝著看到的“飛機”的下方打，才可能打到飛機，如圖丙；而用激光打擊飛機時，應朝著看到的“飛機”照射，激光射到水面后，經過水面折射，正好射中飛機，如圖丁。答案：B，A
【總結】不管從水面上還是從水面下，要用光照亮物體，應朝著看到的“物體”（像）照；要用實物打擊物體，要向看到的“物體”（像）的下方打擊。

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