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专题9 光的折射
本专题包含的内容有光的折射规律、光的折射光路图，光的折射是初中科学光学部分的常考知识之一。
专题一、光的折射规律
光的折射规律：入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线和折射光线分居在法线的两侧。当光从空气斜射入水或其他透明介质时，折射角小于入射角；当光从水或其他透明介质斜射入空气时，折射角大于入射角。折射角随着入射角的增大而增大；当光线垂直射到介质表面时，折射光线与入射光线在同一直线上。
【例1】如图所示的简易仪器能够直接测定不同液体对光的折射能力的强弱。使用时，调节可调支座，使水平液泡处在中央位置。向球壳内注入待测液体至图中的水平虚线处。接通微型激光发射器开关，激光通过液体射向球心O，经液面折射后射向刻度尺上的P点。
(1)为便于刻度的划分和标注，将激光与竖直面的夹角设定为30°。经液面折射后，折射角________(填“大于”“等于”或“小于”)30°。
(2)若另一种待测液体的折射能力更强，则激光经液面折射后会射向刻度尺上的________(填“R”或“S”)点附近。
【解析】　(2)若另一种液体的折射能力更强，则会使折射光线更加偏离法线，可能会射向刻度尺上的R点附近。
【答案】　(1)大于　(2)R
变式训练
1.如图所示，从玻璃杯底部的A处发出一束光，在杯壁B处形成一光斑，当逐渐往杯中加水时，则光斑（　　）
A．可能移向B的上方
B．可能移向B的下方直到杯底
C．在B处不动
D．可能先移向B的下方，再慢慢向上移停B处
【答案】D
【详解】当容器内加水时，由光的折射规律可知，光线将发生折射现象，折射光线远离法线，即向下偏折，也就是在容器底的光斑B向下移动到8'的位置，如图所示，当水加满后，光在水这一种介质中传播，不再发生折射，所以光斑再慢慢向上移停B处，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
2.光从一种介质进入另一种介质时光线会发生偏折，某同学利用激光束来研究光线通过一平行玻璃砖中的偏折情况。下列四幅图中光路正确的是（　　）
A. B． C． D．
【答案】C
【详解】
如上图，光从空气进入玻璃时，折射角小于入射角，折射光线靠近法线，折射光线与入射光线在法线的两侧，光线在玻璃中沿直线传播，光线到达下面界面时，光从玻璃进入空气时，折射角大于入射角，由于两个界面平行，光线在进入玻璃时的折射角与离开玻璃时的入射角相等，因此光线从玻璃进入空气时的折射角等于一开始时光线的入射角，即出射光线与原入射光线平行，故C正确，ABD错误。
故选C。
3.小云用一支新买的激光笔照射水面，在竖直白墙上出现了两个红色亮点A和B，如图所示，保持入射点O的位置不变，欲使光点A下移至A′处，应使入射光线MO绕着点O沿________(填“顺时针”或“逆时针”)方向转动；现保持入射点O的位置不变，欲使光点B下移至B′处，应使入射光线MO绕着点O沿________(填“顺时针”或“逆时针”)方向转动。
【解析】　当光从空气斜射到水面时，同时会发生反射和折射现象，反射角等于入射角，折射角小于入射角。保持入射点O的位置不变，欲使光点A下移至A′处，则反射角增大，可知入射角也增大，故应使入射光线绕着O点沿顺时针方向转动。B点是光的折射到达的点，保持入射点O的位置不变，欲使光点B下移至B′处，折射角减小，则入射角也减小，故应使入射光线MO绕着点O沿逆时针方向转动。
【答案】　顺时针　逆时针
4.某实验小组的同学在探究光的折射规律时，将光从空气分别射入水和玻璃，测得数据如表所示，分析表格中的数据，你可以得出一些规律，请任意写出其中的三条。
空气中的入射角α/° 0 30 45 60
水中的折射角β/° 0 22 32 40
玻璃中的折射角γ/° 0 17 24 30
第一条：______________________________________________。
第二条：______________________________________________。
第三条：______________________________________________。
【解析】　结合表格中的入射角和折射角的关系进行规律总结，看入射角增大时折射角如何变化，或同样的入射角射入不同介质中的折射情况。
【答案】　当光从空气垂直射入水或玻璃中时，不发生折射　当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角　当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角随入射角的增大而增大
5.小灵利用如图所示的实验装置探究光的折射。在玻璃水槽中竖直放置的光屏是由E和F两个半圆形光屏组成的，NOM为两个半圆形光屏的分界线，其中光屏F可绕直径NOM前后折转。实验测量数据如表所示。
入射角 0° 30° 45° 60°
折射角 0° 22° 32° 41°
（1）通过分析表格数据，你能得出什么结论：_____；
（2）如图所示，若小灵将光屏F绕直径NOM前后折转一定角度，在光屏F上______（选填“能”或“不能”）看到折射光线；
（3）根据所学知识及表格数据，当光与水面成68°角从水斜射入空气中时，折射角等于______度；
（4）为了更好地显示实验时光在水中的传播路径，请你给小灵提供一个合理的措施______。
【答案】见解析 不能 30 在水中滴入少量牛奶或墨水
【详解】(1)[1]①由第一组数据可知:折射角等于入射角，得到的结论是:当光从空气垂直射入水中时，光的传播方向不会改变。②由表中2、3、4组数据可知，光线斜射时，折射角小于入射角，得到的结论是:光从空气斜射入水中时，折射角始终小于入射角且折射角随着入射角的增大而增大。
(2)[2]当F板向后折转一定的角度后，呈现折射光线的F板和呈现入射光线的E板不在同一平面内，所以在F板上不能看到折射光线，说明光发生折射时，折射光线和入射光线在同一平面内。(3)[3]当光与水面成68°角从水斜射入空气中时，入射角为90°-68°=22°由于光路是可逆的，利用表格中数据可知:折射角为30°。
(4)[4]光在水中是沿直线传播的，但传播路径不容易直接观察，在水中倒入适量牛奶(或墨水)并搅拌均匀，有利于观察光的传播路径。
6.小明用如图所示的装置探究光的折射规律，当激光笔射出的光从空气中斜射入半圆形玻璃砖时，他不断增大入射角，发现折射角始终小于入射角，于是小明得出“光从一种物质斜射入另一种物质时，入射角总是大于折射角”的结论。请你只利用图中装置设计实验证明小明的结论是错误的，并写出实验步骤和实验现象。
【提示】利用光路的可逆性进行实验设计即可。
【解析】　如解图所示，使光沿原来的折射角射入半圆形玻璃砖，根据光路可逆，则光线会沿原来的入射光线由玻璃砖射入空气中，记录光从玻璃砖射入空气中的入射角和折射角，再多次改变入射角的方向，同时记录入射角和折射角，最后分析数据，得出结论：当光从空气中斜射入其他介质中时，入射角大于折射角；当光从其他介质中斜射入空气中时，入射角小于折射角。
【答案】　见解析
7.小金选用图甲中的激光笔、水、水槽、可折转的光屏（带量角刻度）、记号笔等器材，验证光的折射规律。
（1）使用可折转的光屏（如图乙），是为了验证光的折射规律中的：______；
（2）不断改变入射角，读出刻度盘上对应的折射角。将实验结果画在如图丙中，其中1和1ˊ、２和２ˊ…４和４ˊ分别表示各次入射光线和对应的折射光线。由此可得出光从空气射入水中时的相关结论（至少写出两条）：__________________；__________________。
【答案】折射光线和入射光线在同一平面内 折射角小于入射角 折射光线和入射光线分居法线两侧
【详解】(1)[1]将光屏折转，通过观察转折的光屏上是否有折射光线，来判断折射光线和入射光线是否在同一平面内。(2)[2][3]观察实验中对应的折射光线和入射光线发现，折射光线、入射光线、法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角。
专题二、光的折射光路图
【点拨】
1.光的折射光路图的本质--光的折射规律。
2.分析光路图或作光路图时应灵活运用光路的可逆性
将一长方体玻璃砖沿对角线切开，并将两部分分开一段距离放置，如图所示。四条光线沿图示位置入射，能得到右边出射光线的只可能是 (　　)
A．光线a B．光线b C．光线c D．光线d
【解析】　已知出射光线与最右边玻璃面垂直，因此入射光线方向与出射光线方向相同；然后根据光从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角画出入射光线，再利用光从玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角画出入射光线；因为∠2＝∠1，所以∠4＝∠3，因此在左侧玻璃中的光线与最左侧玻璃面垂直，故最左侧的入射光线垂直于左侧的玻璃面，如解图所示，并且在光线b的下方，故入射光线只可能是光线c。
【答案】　C
变式训练
1.在天宫课堂中，航天员王亚平将空气注入水球，形成的气泡球与水球的球心都在O点。一束光线从空气射入水球的光路如图所示，其中球心O与入射点O1的连线为法线。则进入气泡球的折射光线可能为（ ）
A．① B．② C．③ D．④
【答案】A
【详解】
如图所示，连接02与0，即为第二次折射的法线;B.从水中斜射入空气，会发生偏折，而②是传播方向不变，故B不符合题意;C.从水中斜射入空气，折射角大于入射角，光线③的折射角小于入射角，故C不符合题意;D.根据折射光线与入射光线分居法线两侧，光线④和入射光线中法线同侧，故D不符合题意;A.综上所述，只有①满足折射光线与入射光线分居法线两侧，且折射角大于入射角，故A符合题意。
故选A。
2.(杭州中考)一束光从空气中斜射向玻璃砖并穿过，其光路如图所示，则下列关于四个角的大小关系正确的是 (　　)
A．α1>γ1 B．α2>γ2 C．α1＝α2 D．γ1＝γ2
【解析】　当光从空气射入玻璃中时，折射角小于入射角，即α1>γ1，当光从玻璃射入空气中时，折射角大于入射角，即α2<γ2。根据光路的可逆性可知，最初的入射角等于最后的折射角，即α1＝γ2；最初的折射角等于最后的入射角，即γ1＝α2。
【答案】　A
3.如图，小明在一只空碗中放一枚硬币，后退到某处眼睛刚好看不到它；另一同学慢慢往碗中倒水时，小明在该处又看到硬币。这种现象可以用选项中的哪个光路图来解释（　　）
A. B．
C. D．
【答案】D
【详解】当我们用眼睛看到水中的硬币，是因为硬币反射的光进入到了我们的眼睛的缘故;根据光的折射定律的内容知道，光从水斜射入空气中时，折射光线向远离法线方向偏折，折射角大于入射角，且光线是从硬币上发出的，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
4.如图所示，一束光射向玻璃三棱镜并穿过三棱镜，请画出这束光进入三棱镜和离开三棱镜后的光路图(画出法线)。
【解析】　光由空气进入玻璃，折射角小于入射角，因此折射光线应向法线靠拢；再次折射时，光由玻璃进入空气，折射角大于入射角，因此折射光线远离法线射出。
【答案】　见解图
【技法】 明确入射角和折射角的大小关系是解题的关键。
5.在已有的人工材料中，有一种称为负折射的材料。负折射材料不仅在隐身技术上有重要的运用价值，在制造光学器件上应用也很广泛。这类材料的特殊之处在于光在其中发生折射时，折射光线与入射光线位于法线的同一侧。如图，甲图是将笔放在水中时发生的折射现象，乙图是将笔放在负折射材料中发生的折射现象。现有一束光通过某长方体透明负折射材料（图丙）再次入射到空气中，请在图丙中画出正确的光路图。
【答案】
【详解】根据题意知道，光在负折射材料中发生折射时，折射光线与入射光线位于法线的同一侧，故光路如下图
6．一束光自水池底部射出，在岸边的天花板上的A点处形成一个光斑，如图所示，在图中画出折射光线和法线。若水池发生深浅变化，这一束光在天花板上形成的光斑从A点移动到B点，在图中根据光路折射规律画出变化后的水面(图中虚线为原来水面位置)。
【解析】　由于入射角不变，光在天花板上形成的光斑从A点移动到B点，此时的水面应下降，注意两次的折射光线应平行，如解图所示。
【答案】　见解图
7 . 如图是光线在空气和水面发生折射时的光路图，请在（ ）中标出Ⅰ和Ⅱ分别是什么介质并标出折射角。
【答案】
【详解】折射光线与法线的夹角叫折射角，入射光线与法线的夹角叫入射角。由光的折射定律知道，光线由空气斜射入水中时，折射角小于入射角，因此介质界面的上方为水，下方为空气，如下图
8.在“探究光从空气斜射入水和油中时，哪种液体对光的折射本领强”的实验中，小明提出如下实验方案：先让一束入射光从空气直接斜射入透明的空水槽中，记录下光斑位置(如图甲所示)，接着分别倒入适量的水和油(如图乙所示)，再用光分别斜射入水和油中，记录对应的光斑位置，再通过分析得出实验结论。
(1)如图乙所示，小明已经完成了在水中的实验，要实现探究目标，画出油中进行实验的示意图。
(2)实验时，同学们在水槽底部贴上一把自制的纸质刻度尺，这样做的目的是_________________________________________。
(3)某小组的同学根据正确的实验方案进行实验，所记录的两次光斑的相对位置如图丙所示，经分析可知：在空水槽的实验中光斑的位置应该在水和油实验中光斑的________(填“左侧”“中间”或“右侧”)；光从空气斜射入水和油中时， ________对光的偏折本领较大。
【解析】　(1)根据控制变量法可知，小明在实验中要控制液体的深度相同和入射角相同。
(3)光线从空气中射入水中，折射角小于入射角，故在空水槽中，光斑在水和油实验中光斑的左侧。根据记录，油中光斑的位置距离空气比较远，因此油对光线的偏折程度较大，对光的偏折本领较大。
【答案】　(1)见解图　(2)确定光斑的位置，方便比较　(3)左侧　油
9.小科站在透明的游泳池前，看到如图甲所示奇怪现象：人的身体和头竟然“分开”了。人眼看到水中的身体是___________（填“实像”或“虚像”）， 以下光路中，能合理解释这一现象的是___________。
A. B. C. D.
【答案】虚像 C
【详解】[1]水中的身体的反射的光线在水面处发出了折射，进入人的眼睛，所以，人眼看到的是水中的身体的虚像。[2]根据折射定律的内容知道，光从水射入空气，折射角大于入射角，且光线是从水中的身体上发出的，故C图正确，A图、B图以及D图错误。故选C。
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专题9 光的折射
本专题包含的内容有光的折射规律、光的折射光路图，光的折射是初中科学光学部分的常考知识之一。
专题一、光的折射规律
光的折射规律：入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线和折射光线分居在法线的两侧。当光从空气斜射入水或其他透明介质时，折射角小于入射角；当光从水或其他透明介质斜射入空气时，折射角大于入射角。折射角随着入射角的增大而增大；当光线垂直射到介质表面时，折射光线与入射光线在同一直线上。
【例1】如图所示的简易仪器能够直接测定不同液体对光的折射能力的强弱。使用时，调节可调支座，使水平液泡处在中央位置。向球壳内注入待测液体至图中的水平虚线处。接通微型激光发射器开关，激光通过液体射向球心O，经液面折射后射向刻度尺上的P点。
(1)为便于刻度的划分和标注，将激光与竖直面的夹角设定为30°。经液面折射后，折射角________(填“大于”“等于”或“小于”)30°。
(2)若另一种待测液体的折射能力更强，则激光经液面折射后会射向刻度尺上的________(填“R”或“S”)点附近。
变式训练
1.如图所示，从玻璃杯底部的A处发出一束光，在杯壁B处形成一光斑，当逐渐往杯中加水时，则光斑（　　）
A．可能移向B的上方
B．可能移向B的下方直到杯底
C．在B处不动
D．可能先移向B的下方，再慢慢向上移停B处
2.光从一种介质进入另一种介质时光线会发生偏折，某同学利用激光束来研究光线通过一平行玻璃砖中的偏折情况。下列四幅图中光路正确的是（　　）
A. B． C． D．
3.小云用一支新买的激光笔照射水面，在竖直白墙上出现了两个红色亮点A和B，如图所示，保持入射点O的位置不变，欲使光点A下移至A′处，应使入射光线MO绕着点O沿________(填“顺时针”或“逆时针”)方向转动；现保持入射点O的位置不变，欲使光点B下移至B′处，应使入射光线MO绕着点O沿________(填“顺时针”或“逆时针”)方向转动。
4.某实验小组的同学在探究光的折射规律时，将光从空气分别射入水和玻璃，测得数据如表所示，分析表格中的数据，你可以得出一些规律，请任意写出其中的三条。
空气中的入射角α/° 0 30 45 60
水中的折射角β/° 0 22 32 40
玻璃中的折射角γ/° 0 17 24 30
第一条：______________________________________________。
第二条：______________________________________________。
第三条：______________________________________________。
5.小灵利用如图所示的实验装置探究光的折射。在玻璃水槽中竖直放置的光屏是由E和F两个半圆形光屏组成的，NOM为两个半圆形光屏的分界线，其中光屏F可绕直径NOM前后折转。实验测量数据如表所示。
入射角 0° 30° 45° 60°
折射角 0° 22° 32° 41°
（1）通过分析表格数据，你能得出什么结论：_____；
（2）如图所示，若小灵将光屏F绕直径NOM前后折转一定角度，在光屏F上______（选填“能”或“不能”）看到折射光线；
（3）根据所学知识及表格数据，当光与水面成68°角从水斜射入空气中时，折射角等于______度；
（4）为了更好地显示实验时光在水中的传播路径，请你给小灵提供一个合理的措施______。
6.小明用如图所示的装置探究光的折射规律，当激光笔射出的光从空气中斜射入半圆形玻璃砖时，他不断增大入射角，发现折射角始终小于入射角，于是小明得出“光从一种物质斜射入另一种物质时，入射角总是大于折射角”的结论。请你只利用图中装置设计实验证明小明的结论是错误的，并写出实验步骤和实验现象。
7.小金选用图甲中的激光笔、水、水槽、可折转的光屏（带量角刻度）、记号笔等器材，验证光的折射规律。
（1）使用可折转的光屏（如图乙），是为了验证光的折射规律中的：______；
（2）不断改变入射角，读出刻度盘上对应的折射角。将实验结果画在如图丙中，其中1和1ˊ、２和２ˊ…４和４ˊ分别表示各次入射光线和对应的折射光线。由此可得出光从空气射入水中时的相关结论（至少写出两条）：__________________；__________________。
专题二、光的折射光路图
【点拨】
1.光的折射光路图的本质--光的折射规律。
2.分析光路图或作光路图时应灵活运用光路的可逆性
将一长方体玻璃砖沿对角线切开，并将两部分分开一段距离放置，如图所示。四条光线沿图示位置入射，能得到右边出射光线的只可能是 (　　)
A．光线a B．光线b C．光线c D．光线d
变式训练
1.在天宫课堂中，航天员王亚平将空气注入水球，形成的气泡球与水球的球心都在O点。一束光线从空气射入水球的光路如图所示，其中球心O与入射点O1的连线为法线。则进入气泡球的折射光线可能为（ ）
A．① B．② C．③ D．④
2.(杭州中考)一束光从空气中斜射向玻璃砖并穿过，其光路如图所示，则下列关于四个角的大小关系正确的是 (　　)
A．α1>γ1 B．α2>γ2 C．α1＝α2 D．γ1＝γ2
3.如图，小明在一只空碗中放一枚硬币，后退到某处眼睛刚好看不到它；另一同学慢慢往碗中倒水时，小明在该处又看到硬币。这种现象可以用选项中的哪个光路图来解释（　　）
A. B．
C. D．
4.如图所示，一束光射向玻璃三棱镜并穿过三棱镜，请画出这束光进入三棱镜和离开三棱镜后的光路图(画出法线)。
5.在已有的人工材料中，有一种称为负折射的材料。负折射材料不仅在隐身技术上有重要的运用价值，在制造光学器件上应用也很广泛。这类材料的特殊之处在于光在其中发生折射时，折射光线与入射光线位于法线的同一侧。如图，甲图是将笔放在水中时发生的折射现象，乙图是将笔放在负折射材料中发生的折射现象。现有一束光通过某长方体透明负折射材料（图丙）再次入射到空气中，请在图丙中画出正确的光路图。
6．一束光自水池底部射出，在岸边的天花板上的A点处形成一个光斑，如图所示，在图中画出折射光线和法线。若水池发生深浅变化，这一束光在天花板上形成的光斑从A点移动到B点，在图中根据光路折射规律画出变化后的水面(图中虚线为原来水面位置)。
7 . 如图是光线在空气和水面发生折射时的光路图，请在（ ）中标出Ⅰ和Ⅱ分别是什么介质并标出折射角。
8.在“探究光从空气斜射入水和油中时，哪种液体对光的折射本领强”的实验中，小明提出如下实验方案：先让一束入射光从空气直接斜射入透明的空水槽中，记录下光斑位置(如图甲所示)，接着分别倒入适量的水和油(如图乙所示)，再用光分别斜射入水和油中，记录对应的光斑位置，再通过分析得出实验结论。
(1)如图乙所示，小明已经完成了在水中的实验，要实现探究目标，画出油中进行实验的示意图。
(2)实验时，同学们在水槽底部贴上一把自制的纸质刻度尺，这样做的目的是_________________________________________。
(3)某小组的同学根据正确的实验方案进行实验，所记录的两次光斑的相对位置如图丙所示，经分析可知：在空水槽的实验中光斑的位置应该在水和油实验中光斑的________(填“左侧”“中间”或“右侧”)；光从空气斜射入水和油中时， ________对光的偏折本领较大。
9.小科站在透明的游泳池前，看到如图甲所示奇怪现象：人的身体和头竟然“分开”了。人眼看到水中的身体是___________（填“实像”或“虚像”）， 以下光路中，能合理解释这一现象的是___________。
A. B. C. D.
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