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3.4 光的折射规律
第三章 光和眼睛
知识点
光的折射现象
知1－讲
1
【提出问题】光在同种均匀介质中沿直线传播，在传播过程中遇到障碍物的表面会发生反射。如果障碍物不透明，则所有的光都将反射回原介质。如果障碍物透明，结果将会怎样？
【获取与处理信息】使光从一种透明介质射向另一种透明介质，实验现象如下所述：
知1－讲
知1－讲
思想方法
通过归纳、对比得出折射的条件、特点
(1)条件: 从一种介质斜射入另一种介质。
(2)特点: 折射光线相对入射光线有偏折。
知1－讲
1. 光的折射
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，叫做光的折射。
注：光在同种不均匀的介质中传播时，也会发生折射，太阳光在大气中传播路径是弯曲的就是这个原因。如：海市蜃楼。
知1－讲
2. 光的折射模型图
(1)构建光的折射模型图(图1)
知1－讲
(2)基本概念
① 分界面：两种介质的交界处。
②入射光线：投射到分界面的光线。
③入射点：入射光线与分界面的交点。
④折射光线：光进入另一种介质后的光线。
⑤ 法线：过入射点与分界面垂直的直线(用虚线表示)。
⑥入射角：入射光线与法线的夹角。
⑦折射角：折射光线与法线的夹角。
知1－讲
建立模型
忽略物体形状、光束粗细、分界面材料等次要因素，抓住光的传播路径和方向等主要因素建立模型图。另外为了研究问题方便，引入法线。
知1－讲
知识链接
区分三种光现象：
(1)光的直线传播现象：影子的形成、日月食现象、小孔成像。
(2)光的反射：水中倒影、潜望镜、各类面镜。
(3)光的折射：看水中的物体、隔着玻璃或其他透明介质看物体。
知1－练
例 1
[中考·营口改编，多选]下列各种光现象中，由于光的折射形成的是(　　)
A. 河水看起来变浅了
B. 通过汽车后视镜看后车情况
C. 太阳光经过三棱镜后可以形成彩色光带
D. 早晨太阳还在地平线以下时人就可以看到它
知1－练
解题秘方：发生光的折射时，可能是介质种类改变了，也可能介质种类没变，但是介质本身不均匀。
知1－练
解析：河水看起来变浅了，是由于光的折射形成的，故A正确；通过汽车后视镜看后车情况，是由于光的反射形成的，故B错误；太阳光经过三棱镜后可以形成彩色光带，是由于光的折射形成的，故C正确；早晨太阳还在地平线以下时人就可以看到它，是由于光的折射形成的，故D正确。
答案：A、C、D
知1－练
1.[中考·丹东] 下列现象中，属于光的折射现象的是( )
B
知2－讲
知识点
光的折射规律
2
【提出问题】光斜射向两种介质的分界面时会发生折射，且改变入射光的方向，折射光的方向也随之改变。那么，光在折射时，是否遵循一个特定的规律呢？
知2－讲
【猜想与假设】联系前面所学的光的反射定律，可以进行如下猜想：折射光线和入射光线分别位于法线两侧；折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射角大于(或小于)入射角。
知2－讲
【设计实验与制订方案】
(1)实验器材：激光笔、可折叠的带有角度的纸板、半圆形的玻璃砖、水槽。
(2)实验装置图：如图2 所示。
知2－讲
【进行实验和获取与处理信息】
(1)实验步骤
①将标有角度的纸板按如图2 所示的方式
放置。②将一束激光从空气斜射向水面O
点，观察入射光和折射光的位置关系，
记录入射角和折射角。③逐渐增大入射角，重复步骤②，将实验数据填入表格。④将纸板的右侧向前或向后折转，观察是否能看到折射光。
知2－讲
⑤让激光垂直于分界面，由空气射入水中，观察折射光与
入射光的方向。
⑥改用玻璃砖重做上述实验，并用笔在纸板上描出某次实
验的光路。
⑦让激光逆着纸板上记录的折射光的方向从玻璃射入空
气，观察此时的折射光。
知2－讲
(2)实验记录表格
实验 次数 光从空气射入水中 光从空气射入玻璃砖中 入射角i 折射角r 入射角i 折射角r
1 0° 0° 0° 0°
2 30° 22° 30° 17°
3 45° 35° 45° 24°
知2－讲
【分析与论证】
(1)光从空气斜射入水(或玻璃)中时，折射光线、入射光线、法线三者在同一平面内；折射光线和入射光线分居在法线两侧；折射光线向靠近法线方向偏折，折射角小于入射角。
(2)当改变入射角的大小时，折射角的大小也随之改变。入射角增大时，折射角也增大，反之亦然。
知2－讲
(3)光从空气垂直射入水(或玻璃)中时，传播方向不变。
(4)让光逆着原折射光的方向从玻璃射入空气，进入空气的折射光逆着原入射光的方向射出，说明在光的折射现象中，光路是可逆的。
知2－讲
综上所述，可总结为如下规律：
1. 三线共面，即折射光线、入射光线和法线在同一平面内。
2. 两线分居，即折射光线和入射光线分居在法线两侧。
3. 两角不一定相等，即光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角，当入射角增大时，折射角也增大。光从水中或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。光从一种介质垂直射入另一种介质时，传播方向不变。
4. 折射时光路可逆。
知2－讲
对比思想
光的折射与光的反射的异同
不同点：
光的折射：①折射光线和入射光线在不同介质中；②折射角与对应的入射角一般不相等，只有光垂直入射时，r=i=0°。
光的反射：①反射光线和入射光线在同一介质中；②反射角始终与入射角相等。
知2－讲
相同点：
①折射光线、反射光线都与法线和对应的入射光线在同一平面内；②折射光线、反射光线都与对应的入射光线分别位于法线两侧；③折射角和反射角都随入射角的增大而增大；④光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。
知2－讲
关联思考 在两种透明介质的分界面上，会同时发生反射和折射吗？
关联结果
在两种透明介质的分界面上，会同时发生反射和折射。反射光线与入射光线分居法线两侧且在同种介质中；折射光线与入射光线也是分居法线两侧，但在两种不同介质中。
知2－练
一束单色光从空气斜射向平行玻璃
砖并穿过，其光路如图3所示，下
列关系说法正确的是_______。
①∠ 1> ∠ 2 ②∠ 1= ∠ 5
③∠ 1= ∠ 4 ④∠ 3> ∠ 4
例 2
解题秘方：根据光的反射定律和光的折射规律解答。
①②③
知2－练
解析：光的反射现象中，反射角等于入射角，所以∠ 1 = ∠ 5；光从空气斜射入玻璃时，折射角小于入射角，所以∠ 1 > ∠ 2；光从玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角，所以∠ 3< ∠ 4；玻璃砖上下表面平行，则上下两表面的法线平行，由几何知识和光路的可逆性可知∠ 1 = ∠ 4。故①②③正确。
知2－练
2. 如图所示的是光由空气斜射入玻璃时发生折射的光路图。下列说法正确的是(　　)
A. ∠AOP是入射角
B. ∠QOB是折射角
C. 若入射角增大，折射角会增大
D. 若光沿着BO方向入射，不会沿着OA方向射出
C
知2－练
[中考·雅安]如图4所示，光从水中沿AO方向斜射入
空气，请画出空气中折射光线的大致方向。
例 3
知2－练
解题秘方：当光由水中或其他透明介质斜射进入空气中时，折射角大于入射角。由此画出折射光线。
解析：过入射点作法线，光由水中斜射入空气中时，折射角大于入射角。
知2－练
解：如图5所示。
知2－练
规律总结：光的折射现象中，在光速大的介质中光线与法线之间的夹角大。
知2－练
3. 如图所示，一条光线从水中斜射向水面时发生了折射，OA为折射光线，请在图中作出大致的入射光线并标出折射角的度数。
解：如图所示。
知3－讲
知识点
生活中的折射现象
3
1. 两种典型的折射成像现象
现象 在空气中看水中物体 在水中看空气中物体
图示
知3－讲
续表：
结论 看到的是水中物体变浅的虚像 看到的是空中物体变高的虚像
延伸 池水看起来比实际浅 潜水员看到天上的飞鸟比实际高
知3－讲
2. 成像原理——光的折射
来自水中物体S反射的光，进入空气时发生折射，折射光进入了人的眼睛，引起视觉；由于有光沿直线传播的经验，人会感觉这些光好像是从进入人眼光线的反向延长线的交点S′处发出的；S′就是S在水中的像。
知3－讲
由图示可知：
(1)折射成的像和物体在分界面同侧。
(2)入射光线反向延长线过物、折射光线反向延长线过像、折射光线和入射光线交分界面于入射点。
知3－讲
知识链接
我们看到水中的“物体”，实际上是由于光的折射而形成的虚像，“虚像”是由折射光线的反向延长线会聚而成，“虚像”始终在“实物”的上方。
知3－讲
折射成像的作图依据
知3－练
如图6所示，MN为水面，PQ为法线，水面下A处有潜水员，水面上方B、C处分别有小明和小红。
例 4
知3－练
他们三人都通过水面相互观察，以下说法正确的是(　　)
A. 小明看到小红的像是由于光的折射形成的
B. 潜水员看到小明的像是由于光的反射形成的
C. 小明观察小红的像所对应的光路中，BO是入射光线
D. 潜水员观察小明的像所对应的光路中，折射角为37°
解题秘方：是否为同种均匀介质是判断反射与折射现象的关键。
知3－练
解析：小红反射的光经水面发生反射后，射入小明的眼睛，所以小明看到小红的像，是由于光的反射形成的，故A错误；潜水员看到的是小明变高的虚像，是由于光的折射形成的，故B 错误；小明观察小红的像对应的光路中，CO是入射光线，故C 错误；潜水员观察小明的像对应的光路中，OA是折射光线，折射角为3 7°，故D 正确。
答案：D
知3－练
4. 小明将装有硬币A的空杯放在弟弟面前，弟弟的眼睛在P 点看不到硬币，如图甲。小明向杯中缓缓注满水，弟弟眼睛在P点看到了硬币在B点，如图乙。请你在图乙中画出弟弟看到硬币的入射光线、
折射光线，并标出折射角r(保留
作图痕迹)。
知3－练
解：如图所示。
光的折射规律
光的折射
定义
现象
规律
三线位置关系
两角大小关系
光路可逆

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