3.4 探究光的折射定律

3.4 探究光的折射定律

学习目标

1.举例说明并解释有关光的折射现象.

2.尝试探究光的折射规律.

3.会根据光的折射规律判断折射光线的大致方向，认识到光在发生折射时光路可逆.

一、情景引入

清澈见底、看起来不过齐腰深的池水，不会游泳的小明，一跳下去就淹过了脖子，下水的他就惊慌失措，幸好有同学相救，才脱离危险。为什么小明在岸上看池水会比实际的浅呢？真的眼睛骗了自己？二、教材研究

问题1——光真的会折射吗？

观察课文中图3—37把一束光从空气斜射入水面时，一部分光发生了反射返回到空气中，而另一部分光则进入水中传播，且传播方向（填“有”或“没有”）改变。这种光由一种介质进入另一种介质时传播方向发生改变的现象，叫做光的。

光的折射现象在我们生活当中会见到很多，例如：插入水中的筷子向弯折；清辙的河水感觉到变；初升的太阳；海市蜃景等。你知道的还有哪些是折射现象？。

认识光的折射当中的几个概念，如图所示。

两种介质的界面MM、、法线、入射光线、折射光线、入射角、折射角。

问题2——光的折射有什么规律？

实验器材：激光棒、白纸、三角板、铅笔、玻璃砖或有机玻璃块

实验步骤：○1用铅笔在白纸上画出两条互相垂直的线MM、和NN、，如下图1所示。

○2把玻璃砖的一边压在MM、线上，把上方看作是空气，下方是玻璃砖。如图2所示。

○3用激光束从O点紧贴白纸斜射入玻璃砖，观察光射入玻璃砖的情况，并用铅笔把入射光线和折射光线的位置作记号A和C。如图3所示。

○4移去玻璃砖，描出线AO和OC，并标出光线的传播的方向，如图4所示。

○5重复实验步骤○3，增大（或减小）入射角的大小，观察折射光线的变化，并作出记号。如图5所示。

○6重复实验步骤○1○2，让激光束从玻璃砖射入空气，沿CO方向入射，观察出射光线的位置。并作出光路图。如图6所示。

○7重复实验步骤○1○2，让激光束沿NO方向入射，观察折射情况，并作出光路图。如图7所示。

图1 图2 图3

图4 图5 图6

图7

分析论证：从图4中可以得到：；

从图4和图5中可以得到：；

从图6中可以得到：；

从图4和图6中可以得到：；

从图7中可以得到：；

得出结论：光的折射规律：（三线关系）折射光线、入射光线和法线位于；折射光线、入射光线分居法线。（两角关系）当光从空气斜射入水或玻璃其它透明介质时，折射角入射角；当光从水或玻璃其它透明介质斜射入空气中时，折射角入射角。在折射时，折射角随着入射角的增大而，随着入射角的减小而。当光垂直入射时，传播方向不改变。

注：光在折射时，光路也是可逆的。

通过以上的学习，你能否作出水中点A发出的两条光线进入空气中传播的大致情况。

如果点A是插入水中的筷子上的一点，你就可以理解筷子为什么能够向上弯折了。

问题3——生活中和自然中有哪些折射现象呢？

池塘水的深度感觉变浅了：是由于河底反射的光经水斜射入空气中时，折射光线向偏折，使得折射角入射角。人们沿着光线的反向延长线看去，感到河床被抬高了。与此相类似的插入水中的筷子向上弯折也是这个道理。

看水中的鱼，由于光的折射我们看到的并不是实际的鱼，而是鱼的虚像。并且像的位置在实际鱼的斜上方。因此有经验的渔民叉鱼时，要叉向鱼的。相反鱼看岸上的人，也是变了的虚像(填高或低)。

海市蜃景则是由于空气各层的密度并不均匀，光线在通过大气层时，不断发生的缘故。因此，早上看到的初升的太阳，并不是实际的太阳，实际的太阳在地平线的（填“上方”或“下方”）。晚上看天上的星星会眨眼睛，也是由于光的折射这个原因。

三、典例分析

如图所示，有束光线从空气射入某种透明介质，在分界面处发生反射和折射，则是反射光线，是折射光线。

解析：由图可看出，因为∠FHE=∠DHE，所以光线FH和DH中一条是入射光线，另一条是反射光线，则HB一定是折射光线了。又因为入射光线和折射光线分居法线的两侧，则AE为法线，FH为入射光线，HD 为反射光线，还因为入射光线跟反射光线在界面的同侧，所以CG为界面。这是一道有关反射和折射的综合题，对这样的题目，要认真观察光路，并结合光的反射定律和折射规律加以解决。

答案：HD；HB

四、达标训练

1、下列是一些日常生活和自然界中的光现象：○1日食和月食；○2水中倒影；○3小孔成像；○4池底“变浅”；○5黑板“反光”；○6雨后彩虹。由于光的折射形成的是；由于光的反射形成的是。

2、小明通过实验研究光从水中射入空气中的现象，如图所示是他根据实验现象画的光路图。改变入射角的大小，他发现空气中的折射光线与法线的夹角随入射角的增大而增大。他猜想，当入射角增大到一定程度时，会出现的现象是，他猜想的依据是。

3、如下图所示是光在玻璃和空气的界面上同时发生反射和折射的情况，可以断定：是界面，

是入射光线，是反射光线，是折射光线，界面的侧是空气。

4、一束光线从水中射向空气中，现知道折射光线的折射角为00，则入射光线的入射角应该是（）

A、900；

B、00；

C、450；

D、300；

5、如图所示的四个图中表示了光线穿过玻璃砖的光路图，其中只有一个是正确的，你认为是（）

6、一束光线由空气斜射入水中时，如果入射角逐渐增大，折射角将（）

A、逐渐减小，且总小于入射角；

B、逐渐增大，且总大于入射角；

C、逐渐减小，且总小于入射角；

D、逐渐增大，且总小于入射角；

7、在研究平面镜成像特点的实验中，在竖起的玻璃板前后各放一支蜡烛，对着玻璃板既可以看到前面蜡烛在玻璃板后所成的像，同时又可看到玻璃板后的“蜡烛”。下列说法中正确的是（）

A、两者都是光的反射形成的像；

B、两者都是光的折射形成的像；

C、前者是光的折射形成的像，后者是光的反射形成的像；

D、前者是光的反射形成的像，后者是光的折射形成的像；

8、某校新建成一个喷水池，在池底的中央安装了一只射灯，池内无水时，射灯发出的一束光照在池壁上，在S点形成一个亮斑，如图所示。现往池内注水，水面升至a位置时，站在池旁的人看到亮斑的位置在P 点；如果水面上升至b位置时，人看到亮斑的位置在Q点，则（）

A、P点在S点的上方，Q点在S点的上方；

B、P点在S点的上方，Q点在S点的下方；

C、P点在S点的下方，Q点在S点上；

D、P点在S点的下方，Q点在S点的下方；

9、当光从一种透明物质进入另一种透明物质时，下列说法正确的是（）

A、光的传播方向一定发生改变；

B、光的传播方向有时不发生改变；

C、当光从水中斜射入空气中时，折射角小于入射角；

D、当光从玻璃中斜射入空气中时，入射角大于折射角；

10、关于光由空气斜射入水中，下列说法中错误的是（）

A、光的传播方向改变，但光速不变；

B、折射光线和入射光线分居在法线和界面的两侧；

C、折射光线向法线偏折，且折射角随入射角增大而增大；

D、在发生折射现象的同时，还发生光的反射；

11、圆筒形的玻璃杯中灌上水，将一把刻度很清晰的尺子竖直插进玻璃杯里，斜上方看这把尺子（）

A、水中部分刻度变小；

B、水中部分刻度变大了；

C、水中部分刻度大小不变；

D、不能肯定；

12、如图所示，一束激光沿直线照射到空容器底部，形成一个亮点，如果向容器中缓缓地加水，随着水面的逐渐升高，亮点将（）

A、仍在原位置不动；

B、逐渐向左移动；

C、逐渐向右移动；

D、消失了；

13、如图所示，人眼在A处看到河里B处有一条鱼。若从A处射出一束激光，要使激光能照射到鱼的身上，则激光应朝哪个方向射出？（）

A、B点

B、B上方

C、B下方

D、B左方或右方

14、如图所示，是我们看到的筷子斜插入水中的情况，其中正确的是（）

15、如图所示，将刻度尺斜插入水中，从水面上看去水中尺子的刻度情况（）

A、变得密了；

B、变得疏了；

C、一部分变密一部分变疏；

D、疏密没有变化。

16、在空茶杯里放一枚硬币，眼睛刚好看不见，如图所示，慢慢向杯中注水，保持眼睛和杯子的位置不变，则下列说法中正确的是（）