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第四章 光的折射 透镜
课时4.1 光的折射
知道光的折射现象，体验折射引起的错觉；
理解光从空气射入水中或其它介质中时的偏折规律；
会利用光的折射规律解决简单的物理问题。
折射现象
定义：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫光的折射；
生活中的折射现象：水中筷子弯折、铅笔弯折、海市蜃楼、幻日现象、雨后彩虹。
光的折射现象中的基本概念：
入射光线：从一种介质射向另一种介质的光线(AO)；
折射光线：进入另一种介质的光线(OB)；
法线：过入射点与界面垂直的直线(MN)；
入射角：入射光线与法线的夹角(∠AON)；
折射角：折射光线与法线的夹角(∠MOB，即∠r)；
折射的特点
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两侧；光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角，入射角增大(或减小)时，折射角也增大(或减小)。
当光垂直于介质表面入射时，折射角等于零（传播方向不变）。
生活中的折射现象原理
人看水中物体比实际位置浅：在碗里加水后，可以看见原来视野外的物体，因为眼睛逆着光线看到的是折射光线反向延长线所在的位置，不是实际光线汇聚的像，而是虚像，所以人看水里的东西时往往比实际浅，而从水中观察空气中
物体时会比实际位置更高。
海市蜃楼的形成：海市蜃楼是一种由光的折射产生的现象，多发生在夏天的海面上。由于海面附近空气的温度比上层的低，所以上层的空气比底层的空气稀疏。有一些射向空中的光，由于不同高度空气的疏密不同而发生弯曲，逐渐弯向地面，进入观察者的眼睛。
考点一 光的折射现象及其应用
1．下列光现象中成因相同的一组是（　　）
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
【解答】解：
①笔在水面处“折断”是由于光的折射造成的；
②山的“倒影”属于平面镜成像，是由光的反射形成的；
③水中“折筷”原理是光的折射；
④手影是影子，是由光的直线传播形成的；
光现象中成因相同的一组是①③。
故选：A。
2．“潭清疑水浅”，清澈的潭水看起来浅，实质可能不浅，为安全起见，不要轻易涉足哟，下列四幅光路图中，能正确说明产生这一现象原因的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：人看到潭底变浅是由于从潭底“发出”的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得潭底变浅了。
A、图中光从空气射入水中，故A错误；
B、图中光从空气射入水中，故B错误；
C、图中光线从水中射入空气中时传播方向没有改变，故C错误；
D、该图中，光由水中斜射入空气中，折射角大于入射角，故D正确；
故选：D。
3．如图所示的广告图中有一处科学性的错误，它违背了光的某种规律，下面哪幅原理图能说明它违背的规律（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：在如图的广告中，勺子在液体里的部分所反射的光，经液面折射后进入空气，其折射角大于入射角，所以人们看上去，勺子在液面以下的部分是向上弯折的。
AC所表示的是光从空气斜射入水中，所以不合题意；D表示的是光的传播方向不变，所以不合题意；只有B表示的原理是正确的，能说明图中广告所违背的折射规律。
故选：B。
4．小华到公园游玩，看见小溪里观赏鱼徜徉在白云间。她看见的鱼是光的 　 　现象，看见的白云是光的 　 　现象。小华用激光笔对着 　 　（填“看见的鱼”“看见的鱼的下方”）照
射，才能把鱼照亮。
【解答】解：我们看到水中的鱼，其实看到的是鱼的虚像，是由光的折射形成的；水中的白云属于平面镜成像，是由光的反射形成的；
鱼反射出的光线在水面处发生折射，折射光线进入眼睛，光的折射中光路是可逆的，对着看到鱼的位置照射，才能把鱼照亮。
故答案为：折射；反射；看见的鱼。
考点二 光的折射规律的应用
5．如图所示，一束光从空气斜射到水面，当入射光线由①到②时，下列说法正确的是（　　）
A．反射角减小，折射角增大
B．反射角增大，折射角减小
C．反射角减小，折射角减小
D．反射角增大，折射角增大
【解答】解：当一束光线从空气斜射到水面时，会同时发生反射和折射；
在光的反射现象中，反射角等于入射角，入射光线由①到②，入射角变大，所以反射角也会变大；
当光线由空气斜射入水中时，折射角小于入射角；入射光线由①到②，入射角变大，则折射角也会逐渐增大，但总是小于入射角；故D正确。
故选：D。
6．如图所示，一束激光沿直线射到空水槽底部O点，形成一个光斑，现向水槽中缓慢地注水，水面逐渐升高（未到水槽口），在此过程中（　　）
A．光的折射角保持不变，光斑的位置保持不变
B．光的折射角不断减小，光斑从O点不断的向左移动
C．光的折射角不断增大，光斑从O点不断的向右移动
D．光的折射角保持不变，光斑从O点不断的向左移动
【解答】解：
BC、由于水面是水平的，则入射角不变，折射角不变，故AB错误；
AD、水槽内没有注水时，光沿直线传播，照射到O点，当向水槽内注入适量的水后，光从空气斜射入水中发生折射，折射角小于入射角，因此光线移动到O点左侧O′点；继续沿水槽壁缓慢注水，折射光线逐渐向左偏折，故D正确，A错误。
故选：D。
7．如图所示，一束光在空气和玻璃的分界面上同时发生反射和折射，其光路如图所示，则下列判断正确的是（　　）
A．AO是入射光线，入射角为67.5°
B．AO是入射光线，反射角为45°
C．CO是入射光线，折射角为22.5°
D．CO是入射光线，反射角为45°
【解答】解：
AB、若AO是入射光线，OC是反射光线时，OB为折射光线，此时的入射角为×135°＝67.5°，反射角为67.5°，如图所示：
；
则OA和OB在法线的同侧，不符合光的折射规律；OB是反射光线时，OC为折射光线，此时的入射角为×90°＝45°，反射角为45°，此时折射光线OC与法线重合了，不符合光的折射规律，故AB错误；
CD、若CO是入射光线，OA是反射光线时，OB为折射光线，此时的入射角为×135°＝67.5°，反射角为67.5°，则OB和OC在法线的异侧，符合光的折射、反射规律，如图：
；
由图可知MN是法线，PQ是界面；折射角为∠BON；∠AOQ＝∠MOQ﹣∠AOM＝90°﹣67.5°＝22.5°；∠BOQ＝∠AOB﹣∠AOQ＝90°﹣22.5°＝67.5°；所以折射角为：∠BON＝∠NOQ﹣∠BOQ＝90°﹣67.5°＝22.5°；
由图可知，∠COB＝360°﹣135°﹣90°＝135°，∠COA和∠COB相等，则OB为反射光线时的情形与OA是反射光线时的情形相同，此时的反射角为67.5°，故C正确，D错误。
故选：C。
8．如图所示，小梦用激光对准看到的小鱼照射，以下说法正确的是（　　）
A．能照亮小鱼，因为激光照到了鱼身上
B．不能照亮小鱼，因为激光照到鱼身的上方
C．不能照亮小鱼，因为激光照到鱼身的下方
D．能照亮小鱼，因为激光照到鱼的像上，使像的反射的光变强
【解答】解：鱼射出的光线在水面处发生折射，折射光线进入眼睛，小梦就看到了鱼，由于光的折射中光路是可逆的，从看到鱼的位置正对鱼照射，能把鱼照亮，故A正确。
故选：A。
9．小柯分别探究了光从空气射入水中和从水射入空气中的折射规律，并记录了表一，表二两组数据。
表一
序号 1 2 3 4
入射角（°） 60 40 20 0
折射角（°） 40 29 15 ？
表二
序号 1 2 3
入射角（°） 15 29 40
折射角（°） 20 ？ 60
（1）表一中“？”处的数据是 　 　。
（2）表二中“？”处的数据模糊不清，请综合分析两个表格中的数据，判断出这个数据应该是 　 　。你判断的依据是 　 　。
【解答】解：
（1）由表一中的数据可知，当入射角为0°时，即光线垂直于界面入射，则光的传播方向不变，所以此时的折射角为0°；
（2）由表一中的数据知，光从空气斜射入水中，当入射角为40°时，折射角为29°，因在折射现象中，光路是可逆的，所以，在表二中，当光从水中斜射入空气时，入射角为29°，则折射角为40°。
故答案为：（1）0°；（2）40；在折射现象中，光路是可逆的。
10．小明和小华利用如图所示的实验装置探究“光的折射规律”，其中竖直放置的光屏右侧可绕NN'
所在直线前后折转。
（1）如图所示，小明让光束贴着光屏从空气斜射入水中，当他将光屏右侧向后折转一定角度时，在右侧板上　 　（能/不能）看到折射光，这说明：折射光线、入射光线和法线　 　（在/不在）同一平面内。
（2）图中入射角∠α为∠　 　（用字母表示），折射角∠γ为∠　 　（用字母表示）。
（3）小明多次改变入射光线AO与ON的夹角进行实验，测量记录如表格所示。分析数据得出的结论是：
①光从空气垂直射入水中，传播方向　 　（改变/不变）；
②光从空气斜射入水中，折射光线　 　（偏向/偏离）法线；
③　 　。
入射角∠α 0° 15° 30° 45° 60°
折射角∠γ 0° 11.3° 22.1° 35.4° 40.9°
（4）小华将光线贴着光屏从水斜射入空气中，当入射角为22.1°时，折射光线与入射光线的夹角为　 　。
【解答】解：（1）因折射光线和入射光线和法线在同一平面内，所以，光贴着光屏从空气斜射入水中，当他将光屏右侧向后折转一定角度时，在右侧板上不能看到折射光；
（2）入射光线和法线的夹角叫做入射角，所以图中入射角是∠AON，折射光线和法线的夹角叫做折射角，所以折射角为∠BON'；
（3）①光从空气垂直射入水中，入射角为0°，折射角为0°，所以传播方向不变；
②光束沿AO射入水中，光束进入水中后，由于折射角小于入射角，则折射光线会向法线方向偏；
③根据表格中的数据可知，光从空气中斜射入水中时，折射角小于入射角；入射角增大，折射角也增大；
（4）由于光路是可逆的，所以小华将光线贴着光屏从水斜射入空气中，当入射角为22.1°时，折射角为30°，折射光线与入射光线的夹角为：90°﹣30°+90°+22.1°＝172.1°
故答案是：
（1）不能；在；（2）AON；BON'；（3）①不变；②偏向；③光从空气斜射入水中，折射角小于入射角，入射角增大，折射角也增大；（4）172.1。
11．在探究光的折射规律实验中，某小组将光从空气分别射入水和玻璃中，并记录了如下数据：
空气中的入射角i 0° 30° 45° 60°
水中的折射角r 0° 22° 32° 40°
玻璃中的折射角θ 0° 17° 24° 30°
分析表中数据，可以得到一些规律：
（1）当光从一种介质垂直射入到另外一种介质时，光的传播方向 　 　（填“改变”或“不变”）。
（2）光从空气斜射入其他介质时，折射角随着入射角的增大而 　 　（填“增大”或“减小”）；分析表中数据猜想，光从空气射入其他介质时，折射角 　 　（填“可能”或“不可能”）达到90°。
（3）当光线以32°入射角从水中射向空气时，折射角等于 　 。
（4）根据表中数据分析，用塑料薄膜和水制成一个“水凸透镜”，与外观尺寸相同的玻璃凸透镜相比，“水凸透镜”的焦距更 　 　（填“大”或“小”）。
【解答】解：（1）当空气中的入射角i为0°时，水中的折射角r和玻璃中的折射角β都为0°，故当光从一种介质垂直射入到另一种介质时，传播方向不变；
（2）由表格中的数据可知：当空气中的入射角i逐渐增大时，折射角也随之增大；但折射角始终小于入射角，故光从空气射入其它介质时，折射角不可能达到90°；
（3）光的折射中，光路是可逆的，由表格可知，当光线以32°入射角从水中射向空气时，则折射角是45°；
（4）由表格可知，入射角相同时，光射入玻璃的折射角为24°，光射入水中时折射角为32°，玻璃对光的偏折能力更强。所以两个外形完全一样的水凸透镜和玻璃凸透镜，玻璃凸透镜的焦距应更短。水凸透镜”的焦距更大。
故答案为：（1）不变；（2）增大；不可能；（3）45；（4）大。
考点三 作光的折射光路图
12．如图所示，一束光射到水面上，请作出它的反射光线和大致的折射光线。
【解答】解：图中法线已作出，入射角为60°，根据反射角等于入射角，在法线右侧的空气中画出反射光线；
根据光由空气斜射进入水中折射光线向法线偏折，折射角小于入射角，据此在法线右侧的水中作出折射光线，如图所示：
。
13．按要求作图（请保留作图痕迹）。如图所示，一束光射入水中照亮了水底的鹅卵石。请画出该束光在水面处的反射光线和进入水中的折射光线。
【解答】解：过入射点垂直界面作出法线，在空气中法线左侧作出反射光线，并使反射角等于入射角；
光射入水中照亮了水底的鹅卵石，连接入射点和鹅卵石的连线为折射光线，如图所示：
。
14．画出图中光从水中射入空气中折射光线的大致方向，并标出折射角γ。
【解答】解：过入射点作法线，根据光由水中斜射入空气中时，折射角大于入射角，在法线右侧的空气中画出折射光线，如图所示：
15．按题目要求作图：在图中画出折射光线的大致位置。
【解答】解：图中光线由水斜射入空气中，根据折射规律知，折射角大于入射角，在法线右侧的空气中画出折射光线，如图所示：第四章 光的折射 透镜
课时4.1 光的折射
知道光的折射现象，体验折射引起的错觉；
理解光从空气射入水中或其它介质中时的偏折规律；
会利用光的折射规律解决简单的物理问题。
折射现象
定义：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫光的折射；
生活中的折射现象：水中筷子弯折、铅笔弯折、海市蜃楼、幻日现象、雨后彩虹。
光的折射现象中的基本概念：
入射光线：从一种介质射向另一种介质的光线(AO)；
折射光线：进入另一种介质的光线(OB)；
法线：过入射点与界面垂直的直线(MN)；
入射角：入射光线与法线的夹角(∠AON)；
折射角：折射光线与法线的夹角(∠MOB，即∠r)；
折射的特点
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两侧；光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角，入射角增大(或减小)时，折射角也增大(或减小)。
当光垂直于介质表面入射时，折射角等于零（传播方向不变）。
生活中的折射现象原理
人看水中物体比实际位置浅：在碗里加水后，可以看见原来视野外的物体，因为眼睛逆着光线看到的是折射光线反向延长线所在的位置，不是实际光线汇聚的像，而是虚像，所以人看水里的东西时往往比实际浅，而从水中观察空气中
物体时会比实际位置更高。
海市蜃楼的形成：海市蜃楼是一种由光的折射产生的现象，多发生在夏天的海面上。由于海面附近空气的温度比上层的低，所以上层的空气比底层的空气稀疏。有一些射向空中的光，由于不同高度空气的疏密不同而发生弯曲，逐渐弯向地面，进入观察者的眼睛。
考点一 光的折射现象及其应用
1．下列光现象中成因相同的一组是（　　）
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
2．“潭清疑水浅”，清澈的潭水看起来浅，实质可能不浅，为安全起见，不要轻易涉足哟，下列四幅光路图中，能正确说明产生这一现象原因的是（　　）
A． B．
C． D．
3．如图所示的广告图中有一处科学性的错误，它违背了光的某种规律，下面哪幅原理图能说明它违背的规律（　　）
A． B．
C． D．
4．小华到公园游玩，看见小溪里观赏鱼徜徉在白云间。她看见的鱼是光的 　 　现象，看见的白云是光的 　 　现象。小华用激光笔对着 　 　（填“看见的鱼”“看见的鱼的下方”）照射，才能把鱼照亮。
考点二 光的折射规律的应用
5．如图所示，一束光从空气斜射到水面，当入射光线由①到②时，下列说法正确的是（　　）
A．反射角减小，折射角增大
B．反射角增大，折射角减小
C．反射角减小，折射角减小
D．反射角增大，折射角增大
6．如图所示，一束激光沿直线射到空水槽底部O点，形成一个光斑，现向水槽中缓慢地注水，水面逐渐升高（未到水槽口），在此过程中（　　）
A．光的折射角保持不变，光斑的位置保持不变
B．光的折射角不断减小，光斑从O点不断的向左移动
C．光的折射角不断增大，光斑从O点不断的向右移动
D．光的折射角保持不变，光斑从O点不断的向左移动
7．如图所示，一束光在空气和玻璃的分界面上同时发生反射和折射，其光路如图所示，则下列判断正确的是（　　）
A．AO是入射光线，入射角为67.5°
B．AO是入射光线，反射角为45°
C．CO是入射光线，折射角为22.5°
D．CO是入射光线，反射角为45°
8．如图所示，小梦用激光对准看到的小鱼照射，以下说法正确的是（　　）
A．能照亮小鱼，因为激光照到了鱼身上
B．不能照亮小鱼，因为激光照到鱼身的上方
C．不能照亮小鱼，因为激光照到鱼身的下方
D．能照亮小鱼，因为激光照到鱼的像上，使像的反射的光变强
9．小柯分别探究了光从空气射入水中和从水射入空气中的折射规律，并记录了表一，表二两组数据。
表一
序号 1 2 3 4
入射角（°） 60 40 20 0
折射角（°） 40 29 15 ？
表二
序号 1 2 3
入射角（°） 15 29 40
折射角（°） 20 ？ 60
（1）表一中“？”处的数据是 　 　。
（2）表二中“？”处的数据模糊不清，请综合分析两个表格中的数据，判断出这个数据应该是 　 　。你判断的依据是 　 　。
10．小明和小华利用如图所示的实验装置探究“光的折射规律”，其中竖直放置的光屏右侧可绕NN'所在直线前后折转。
（1）如图所示，小明让光束贴着光屏从空气斜射入水中，当他将光屏右侧向后折转一定角度时，在右侧板上　 　（能/不能）看到折射光，这说明：折射光线、入射光线和法线　 　（在/不在）同一平面内。
（2）图中入射角∠α为∠　 　（用字母表示），折射角∠γ为∠　 　（用字母表示）。
（3）小明多次改变入射光线AO与ON的夹角进行实验，测量记录如表格所示。分析数据得出的结论是：
①光从空气垂直射入水中，传播方向　 　（改变/不变）；
②光从空气斜射入水中，折射光线　 　（偏向/偏离）法线；
③　 　。
入射角∠α 0° 15° 30° 45° 60°
折射角∠γ 0° 11.3° 22.1° 35.4° 40.9°
（4）小华将光线贴着光屏从水斜射入空气中，当入射角为22.1°时，折射光线与入射光线的夹角为　 　。
11．在探究光的折射规律实验中，某小组将光从空气分别射入水和玻璃中，并记录了如下数据：
空气中的入射角i 0° 30° 45° 60°
水中的折射角r 0° 22° 32° 40°
玻璃中的折射角θ 0° 17° 24° 30°
分析表中数据，可以得到一些规律：
（1）当光从一种介质垂直射入到另外一种介质时，光的传播方向 　 　（填“改变”或“不变”）。
（2）光从空气斜射入其他介质时，折射角随着入射角的增大而 　 　（填“增大”或“减小”）；分析表中数据猜想，光从空气射入其他介质时，折射角 　 　（填“可能”或“不可能”）达到90°。
（3）当光线以32°入射角从水中射向空气时，折射角等于 　 。
（4）根据表中数据分析，用塑料薄膜和水制成一个“水凸透镜”，与外观尺寸相同的玻璃凸透镜相比，“水凸透镜”的焦距更 　 　（填“大”或“小”）。
考点三 作光的折射光路图
12．如图所示，一束光射到水面上，请作出它的反射光线和大致的折射光线。
13．按要求作图（请保留作图痕迹）。如图所示，一束光射入水中照亮了水底的鹅卵石。请画出该束光在水面处的反射光线和进入水中的折射光线。
14．画出图中光从水中射入空气中折射光线的大致方向，并标出折射角γ。
15．按题目要求作图：在图中画出折射光线的大致位置。

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