透镜及其应用 练习题

第四章透镜及其应用

四、光的折射透镜的奥秘

【教学目的要求】

1．通过实验认识光的折射规律，能从众多与光有关的现象中辨别出属于折射的现象，能用光的折射规律解释生活和自然界中的一些现象。

2．通过探究，了解透镜对光具有会聚（或发散）作用的原因。

【重点和难点】

光的折射对一些光学现象的解释是本周学习的难点

【方法指导与教材延伸】

一、正确区分光的反射和折射现象

光射到两种介质的界面上，一部分光返回原来的物质中，这种现象叫光的反射，另一部分光进入到另一种介质中的现象叫光的折射。

例如：在岸上看到平静的水中鱼在白云间游动。我们看到水中白云是云射出的光线在水面发生反射进入人眼，是平面镜成像的现象，我们看

到的水中的鱼是鱼射出（反射）的光线在水面折射，进入空气中达到了人眼。

二、能综合运用反射和折射规律分析一些具体问题

在一些题目中既有反射，又有折射的情况，我们要会用反射定律和折射的初步规律来解题。例如，在图1中，是光线射到空气和玻璃的界面上同时发生反射和折射的现象，判定哪条光线是入射、反射和折射光线。

从图上可知CO、OB是在界面同侧的光线，它们是入射或反射光线，进入另一种介质中的OA一定是折射光线。再作出法线NN′，见图2所示，从图中可见CO和OA在法线的两侧，所以CO是入射光线，OB是反射光线。

利用图2还可以判定界面两侧各是什么介质，从图中可知∠CON′是入射角，∠NOA是折射角。折射角大于入射角，这是光从某介质射入空气的情况，所以界面MM′的右侧是介质设为玻璃，左侧的介质是空气。三、实像和虚像有哪些不同

物点射出的光经镜子反射或折射后，实际光线会聚到一点，所成的是实像，实像既能用光屏承接，也能用眼睛直接看到。

物点射出的光线经过镜子反射或折射后发散，光线反向延长相交到一点，人眼根据光沿直线传播的经验，以为光是从这点射出的，而实际上并不存在，这点叫物体的虚像，虚像能用眼睛观看，不能用光屏收到。应注意凸透镜既可成实像，也可以成虚像。虚像既可以因反射而形成，也可以因折射而形成。如前面提到的在岸上看到的水中的白云就是因光的反射而形成的虚象，而鱼是因折射而形成的虚像。

【例题选讲】

例1．如图所示，AO是由空气向水面斜射的一条光线，光线与水面

夹角为30°，请画了反射光线及折射光线的大致方向。

解析：光在两种不同的透明介质界面上要发生反射和折射。反射光线的方向根据反射定律可以确定，折射光线的方向根据折射的规律可以定性的判断。

对于一条入射光线，反射光线和折射光线与它在同一平面内，反射光线返回原介质中，折射光线则进入另一种介质，它们都与入射光线分居法线的两侧。因此关键问题是找到入射角、反射角及折射角，因此必须先确定法线。

具体步骤

（1）首先确定法线：入射光线的入射点是O，过O点垂直于界面作法线NN′。法线是用来确定角的辅助线，因此用“虚线”表示。

（2）确定反射角：题目所给条件是入射光线AO与水面的夹角30°，这不是入射角。入射角是入射光线与法线的夹角i，通过计算可知i为60°。根据光的反射定律，反射角等于入射角，反射角

应为60°。

（3）作反射光线OB：用量角器画一条与法线夹角为60°的直线，再加上箭头，这便是反射光线OB。

（4）确定折射角的大致方向：根据光的折射规律，当入射光由空气进入水时，折射角小于入射角，因此可确定折射角

小于60°。用直尺画一条与法线夹角小于60°的直线，再加上箭头，这便是折射光线。

说明：对应于一条入射光线，只有一条反射光线和一条折射光线，反射光线和折射光线的方向随入射光线方向的改变而改变。如果让一条光线逆着反射光线的方向射到界面上，那么这条光线就会逆着原来入射光线OA反射出去，说明光在反射时，光路是可逆的。同样，若将一条光线逆着折射光线的方向射到界面上，那么这条光线也会逆着原来的入射光线OA传播，这说明光在折射时，光路也是可逆的。

若光线沿垂直界面方向入射，入射角为零，那么根据反射定律可知反射角为零。按照光的折射规律可知折射角也为零，此时入射光线、反射光线、折射光线都与法线方向重合，那么我们需要用三个箭头，在一条直线上分别将三条光线表示出来

如图C所示。

例2、在星光灿烂的夜晚仰望天空，会看到繁星在夜空中闪烁，像

是顽皮的孩子在不时地眨着眼睛，造成这种现象的原因是（）A． A．星星的发光是断断续续的

B． B．被其它星体瞬间遮挡的结果

C． C．星光被地球大气层反射的结果

D． D．星光被地球大气层折射的结果

解析：星光灿烂的夜晚，星光闪烁是自然界中常见的一种光现象。

光能够在真空中传播，也能够在空气、水、玻璃等介质中传播。在同一种均匀介质里，光是直线传播的。如果介质不均匀，光在传播时方向会偏折，从密度小的部分传入密度大的部分时，相当于以空气进入水或别的透明的介质那样，要稍微向法线方向偏折。因此，光在空气中也会发生折射现象，这是分析解答本题的关键和根据。

因此，正确答案为D。

说明：星光闪烁并不是星体本身发光在闪动，而是由于在大气层的密度不均匀又经常发生变化，从远处恒星发来光进入地球大气层后，折射光线的方向发生变化，使折射光线“摇摆不定”。因此，看到“星光”在不停闪烁。当大气中的水气含量较多时，这种闪烁一般更明显，所以夏天或秋天夜晚的星光闪烁得特别强烈。

例3．在碗底放一枚硬币，把碗移动到眼睛刚好看不到硬币的地方。保持眼睛与碗的位置不变，请另一位同学向碗里倒水，你观察到什么现象？产生这种现象的原因是什么？

答：当水到一定深度时，眼睛便可看到硬币。这是因为从硬币射到空气中的光线在水面处发生折射，经折射后，人眼看到的是折射后所成的像，此像是虚象，此实际位置偏高，所以，使硬币的位置看起来升高了。

例4．如图a所示，在凸透镜的焦点以外有一个发光点S，自发光点S 向凸透镜任意引两条光线SA和SB，画出经凸透镜折射以后这两条光线的行进方向。