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1.4 第3课时 光的折射和色散 导学案
八年级上册 浙教版 初中科学
学习目标
1. 理解光的折射现象，知道光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角（科学观念）。
2. 通过实验探究光的折射规律，掌握折射时入射光线、折射光线、法线在同一平面内和三线位置关系（科学探究）。
3. 能解释生活中折射现象（如水中物体位置偏高等）和海市蜃楼成因，会用光的折射解释光的色散现象（科学思维）。
4. 了解色散现象和光的三原色，知道红外线和紫外线的存在及其应用（科学态度与责任）。
学习重难点
学习重点：光的折射规律（折射光线、入射光线、法线共面，折射角小于入射角） 光路可逆性在折射现象中的体现 光的色散与三原色 红外线与紫外线的应用
学习难点：区分光的反射与折射现象 正确理解"折射角小于入射角"的条件（光从空气斜射入其他介质） 用光的折射解释海市蜃楼等自然现象 看不见的光（红外线、紫外线）的应用辨别
一 课前预习 知识梳理
（一）三、光的折射
1. 折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，其传播方向会发生偏折，这种现象叫作“光的折射”（refraction）。
2. 折射规律：
（1）折射光线与入射光线、法线在同一平面内；
（2）折射光线和入射光线分居法线“两侧”；
（3）当光从空气斜射入水中或玻璃中时，折射光线向法线方向偏折，折射角“小于”入射角；
（4）折射时光路也是“可逆”的；
（5）当光垂直入射时，传播方向“不改变”。
（二）海市蜃楼
3. 海市蜃楼是由光在不均匀物质中传播时发生弯折而产生的现象，多发生在夏季的海面或炎热公路上。
（三）四、光的色散
4. 太阳光（白光）通过三棱镜后被分解成“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种色光的现象叫作光的色散（dispersion）。
5. 白光是由多种色光混合而成的。
（四）五、看不见的光
6. 红外线（infrared ray）位于可见光谱的红端以外，具有“热效应”，应用于红外线感应龙头、遥控器、夜视仪等。
7. 紫外线（ultraviolet ray）位于可见光谱的紫端以外，能使荧光物质发光，应用于验钞机、消毒灭菌等。
我的预习疑问：____________________
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二 课中探究 活动驱动
活动01 观察光的折射现象
【情境】 将一根筷子斜插在装有水的杯子里，从杯子侧面看到筷子发生了“折断”变化，这是为什么？
图1.4-11 光的折射（杯中筷子的"折断"现象）
【观察思考】
1. 浸入水中的那部分筷子，方向看上去发生了什么变化？
答：____________________
2. 你认为真实的水下筷子还是直的吗？
答：____________________
【结论】 光从空气斜射入水中时，传播方向会发生偏折，这就是“光的折射”。
活动02 探究光的折射规律
【实验】 让一束光从空气斜射入水中，观察这束光在空气和水中的传播路径。
图1.4-13 光从空气斜射入水中（O 是入射点，NN’ 是法线，α 是入射角，γ 是折射角）
图1.4-14 光射入玻璃砖（玻璃中的折射角也小于入射角）
【步骤】
1. 让一束光从空气斜射入水中，观察光的路径变化，记录入射角 α 和折射角 γ。
2. 让光以不同角度从空气斜射入水中，记录多组 α、γ 数据。
3. 让光垂直射向水面，观察光路变化。
4. 把水换成玻璃砖，重复上面步骤，观察现象。
【数据记录】（请将观察到的现象填入下表）
实验序号 入射光线 折射光线 折射角与入射角比较
第1次
第2次
第3次
【结论】 光的折射规律：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居法线两侧；
当光从空气斜射入水或玻璃时，折射角　　　　　　入射角；入射角增大时，折射角也　　　　　　。
当光从空气垂直射入水或玻璃时，折射光的方向　　　　　　　　　　。
活动03 折射现象应用：水中虚像与光纤模拟
【观察】 从水面上方俯视水中的物体，我们感到物体的位置要比实际的位置“高一些”，这是光的折射引起的。
图1.4-15 人在水面上方看水下的物体（物体的像比实际位置高一些）
【思考】 为什么我们看到的水下物体的位置比实际位置高？
答：____________________
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【拓展实验 利用水玻璃
模拟光纤原理】
图1.4-16 利用水玻璃模拟光纤实验（甲：装满水的玻璃瓶；乙：激光穿过玻璃瓶在光屏形成光斑；丙：水从吸管流出时激光沿弯曲水流传播）
【步骤】
1. 在矿泉水瓶侧壁打一小孔，插入一小段吸管，接口处用热熔胶密封；装满水，盖上瓶盖（甲）。
2. 在较暗环境中，用激光笔照射到吸管对侧位置，使光恰能穿过吸管，在吸管一侧光屏形成光斑（乙）。
3. 打开瓶盖，让水从吸管流出（水弯曲地流出），观察激光传播路径以及红色光斑位置变化（丙）。
【问题讨论】 哪些方法可以使实验现象更明显？
答：____________________
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活动04 STS：海市蜃楼
【情境】 在炎热的沙漠或夏季的海面上空，有时会看到远处物体的“幻影”（海市蜃楼），这是怎么形成的？
图1.4-17 海市蜃楼成因示意图（光在不均匀空气层中发生弯折）
【原理】
1. 在炎热的夏季，海面附近或被晒热的公路上方的空气“疏密不均匀”。
2. 来自地平线远方物体的光，由于不同高度处空气的疏密不同而发生“弯折”，从而进入观察者的眼睛。
3. 观察者逆着光的方向看去，就看见了空中远处物体的“像”。
【生活例子】 酷热的夏天，当人乘坐的车辆行驶在被晒得很热的公路上时，突然看到远处的路面上有一片“水洼”，
但靠近时却发现“水洼”无影无踪，这也是海市蜃楼现象。
【你能解释这个现象吗？】
答：____________________
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活动05 光的色散与三原色
【情境】 雨过天晴，有时天空会出现美丽的彩虹。彩虹是怎样形成的？
图1.4-20 太阳光的可见光谱（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色按顺序排列）
【探索】 让一束太阳光照射到三棱镜上，观察这束光通过三棱镜后产生的现象。
【现象】在棱镜另一侧的白纸屏上，可以看到一条彩色的光带，
其顺序为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
【结论】 太阳光（白光）由多种色光混合而成，三棱镜能把白光分解成各种颜色的光，这种现象叫“光的色散”。
【色光的三原色】
图1.4-22 红、绿、蓝三种色光混合（品红+白+黄+青）
红、绿、蓝三种色光按不同比例混合能产生各种颜色，因此把红、绿、蓝叫作“色光的三原色”。
彩色电视机就是用红色、绿色、蓝色来产生各种颜色的光。
活动06 STS：看不见的光——红外线与紫外线
【情境】 我们可以用遥控器来调节电视机播放的节目，按下按键时遥控器发出一种“看不见的光”，这就是“红外线”。
图1.4-24 紫外线验钞机（人民币上的荧光物质在紫外线下发光）
【红外线】
1. 红外线位于可见光谱的“红端以外”，具有“热效应”。
2. 自然界的所有物体都在不停地向外辐射红外线；物体的温度越高，辐射的红外线就越“强”。
3. 应用举例：红外线感应龙头、电视遥控器、红外线夜视仪、红外制导导弹等。
【紫外线】
1. 紫外线位于可见光谱的“紫端以外”，能使荧光物质“发光”。
2. 应用举例：验钞机（识别钞票荧光防伪）、医院消毒灭菌、促进骨骼生长等。
3. 过量紫外线会使人皮肤变黑或灼伤，诱发皮肤癌；臭氧层可吸收大部分紫外线保护地球生物。
【应用连线】
① 电视遥控器 　　 A. 紫外线
② 验钞机识别钞票 　　 B. 红外线
③ 医院手术室消毒 　　 C. 紫外线
④ 响尾蛇导弹的导航 　　 D. 红外线
三 达标检测 习题精练
1.【跨学科·日常生活】(2023丽水月考)下列现象中由光的折射形成的是（　　　　）
A. 树荫下的光斑 B. "折断"的铅笔 C. 镜中的像 D. 日食
2.(2023杭州期中)陶瓷茶杯底部放有一枚硬币，人移动到某一位置时看不见硬币（如图甲），往茶杯中倒入一些水后，又能够看见硬币了（如图乙）。关于"看不见"和"又看见了"两种情况，下列分析正确的是（　　　　）
甲：看不见 乙：又看见了
① "看不见"是由于硬币没有反射光
② "看不见"是由于硬币反射的光没有到达眼睛
③ "又看见了"是由于硬币反射的光通过水面的反射到达眼睛
④ "又看见了"是由于硬币反射的光通过水面的折射到达眼睛
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④
3.【新课标·科学观念】(2024杭州余杭期末)某同学利用实验装置完成"探究光的反射规律和光的折射特点"的实验（如图），实验后撰写了一份实验报告。下面是报告中的部分内容，则其中不正确的是（　　　　）
（激光笔+圆形刻度盘+水+NN’法线+OA/OB/OC光线）
A. 入射角增大，反射角和折射角都增大
B. 使入射光沿直线 BO 射入，则反射光沿 OC 射出
C. 使入射光沿直线 BO 射入，则折射光沿 OA 射出
D. 使入射光沿直线 NO 射入，则传播方向可能不发生改变
4.(2024杭州期末)太阳光通过三棱镜后，被分解成了各种颜色的光，这说明（　　　　）
A. 太阳光是由各种色光混合而成的
B. 三棱镜中有各种颜色的小块
C. 三棱镜具有变色功能
D. 三棱镜可以使单色光变成多色光
5.(2024宁波宁海期中)为了节约用水，我市在许多公共场所安装了红外线感应龙头。下列不可见光的应用与此原理相同的是（　　　　）
A. 电视遥控器
B. 使钞票上的荧光物质发光，用于防伪
C. 促进骨骼生长和身体健康
D. 医院手术室、病房里的灭菌消毒
6.【新课标·科学思维】小明在课余时间创作了一部侦探小说，其中描述了这样的一个情节，目击者在录口供时对警察说道："我在泳池中游泳，听到响声，赶紧潜入水中，看到歹徒持枪进行偷盗，但是他看不到我，我不敢说话，最终逃过一劫。"你认为目击者______（选填"有"或"没有"）撒谎，你判断的依据是__________________。
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7.【新课标·科学观念】(2024宁波镇海期末，★★☆)有一装水的敞口容器，从其左侧某一高度斜射入一束激光，在容器底部产生一个光斑，如图所示。下列操作将使光斑向右移动的是（　　　　）
（激光笔+水面+斜入射光+O 光斑）
A. 保持水面的高度和入射点不变，使激光的入射角减小
B. 保持水面的高度不变，使激光笔向左平移
C. 保持激光射入的角度不变，使水面下降
D. 保持激光射入的角度不变，使激光笔向下平移
8.(★★☆)如图所示是光在空气和玻璃两种介质中传播的情形，下列说法中正确的是（　　　　）
（M/N/N’/M’ 四向标 + 30°/50°/60° 角标注）
A. NN’ 是界面
B. 入射角等于 30°
C. 折射角等于 50°
D. MM’ 的右边是玻璃
9.(2024宁波慈溪期末，★★☆)一束激光从某种玻璃中射向空气（如图一所示），保持入射点不动，改变入射角（每次增加 0.2°），当入射角增大到 41.8°时，折射光线消失（如图二所示），只存在入射光线与反射光线，这种现象叫光的全反射，发生这种现象时的入射角叫这种物质的临界角。当入射角大于临界角时，只发生反射，不发生折射。
图二 折射光线消失（只存在入射光线和反射光线）
(1) 上述玻璃的临界角是________。
(2) 一个三棱镜由上述玻璃构成，让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入（如图三所示），请在图中完成这束入射光的光路图。
图三 待完成的光路图（45° 角标注）
【光路图区】__________________
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10.(★★☆)如图是某同学探究光的折射实验中，光从空气斜射入水中时的光路。实验中发现，入射光线、折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的两侧。
（空气/水+入射光线+折射光线+O+α/β/γ 角标注）
通过实验还得到数据如表，分析表中的数据，可得出的结论：
(1) 光从空气斜射到水面时，将同时发生______和______现象；
(2) 光从空气斜射到水面时，折射角随入射角的增大而______（选填"增大""减小"或"不变"），且折射角______（选填"大于""小于"或"等于"）入射角。
四 课后提升 综合应用
教材 p37 练习与应用 第 6、7 题
6. 如图所示，一束光从空气斜射入水中，试画出反射光线和折射光线。
【作图提示】
① 先过入射点 O 作出法线 NN’（与水面垂直）；
② 反射光线：与入射光线分居法线两侧，反射角 = 入射角（在空气中）；
③ 折射光线：与入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角（在水中的折射光线偏向法线）。
【光路图区】__________________
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7. 在图中标出入射光线、反射光线和折射光线，并用箭头标出光的传播方向。
【作图提示】
① 先找法线（与界面垂直的虚线），则入射光线、反射光线、折射光线都在法线两侧；
② 在空气中的光线与入射光线在界面两侧的是反射光线（同侧的是入射光线）；
③ 在水中的光线是折射光线；
④ 各光线均加箭头表示光传播方向。
【标注区】__________________
__________________
答 参考答案与解析
1. 答案：B
解析：树荫下的光斑是小孔成像现象，是由光的直线传播形成的，A 错误；"折断"的铅笔是光的折射现象，B 正确；镜中的像属于平面镜成像，是由光的反射形成的，C 错误；日食是由光的直线传播形成的，D 错误。
2. 答案：D
解析：硬币反射的光沿直线传播，"看不见"是由于硬币反射的光被茶杯挡住了，没有到达眼睛，① 错误，② 正确；往茶杯中倒入一些水后，硬币反射的光通过水面时发生折射后进入人眼，因此人又能看见硬币了，③ 错误，④ 正确。
3. 答案：B
解析：在光的反射和折射现象中，入射角增大，反射角随之增大，折射角也增大，故 A 正确；根据光的反射定律，反射光线与入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，若使入射光沿直线 BO 射入，此时法线为直线 MO，反射光应仍在水中，而不是沿 OC 射出，故 B 错误；当光从水中斜射入空气中时，折射光会偏离法线，若使入射光沿直线 BO 射入，根据光的折射现象中光路可逆可知，光光沿 OA 射出，故 C 正确；当光线垂直入射，即入射光沿直线 NO 射入时，折射光传播方向不发生改变，故 D 正确。
4. 答案：A
解析：太阳光通过三棱镜后被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光，这种现象是光的色散。这说明太阳光是由各种色光混合而成的，故 A 正确。
5. 答案：A
解析：红外线感应龙头、电视遥控器都是应用红外线工作的；使钞票上的荧光物质发光，促进骨骼生长和身体健康，医院手术室、病房里的灭菌消毒都是紫外线的应用，故 A 符合题意。
6. 答案：有
解析：目击者撒谎，因为在光的折射现象中，光路是可逆的，所以水中的人能看到岸上的人，岸上的人也可以看到水中的人，因此歹徒也能看到水中的目击者，目击者说他"看不到"是在撒谎。
7. 答案：C
解析：保持水面的高度和入射点不变，使激光的入射角减小，则折射角减小，光斑向左移动，A 错误；保持水面的高度不变，使激光笔向左平移，入射角不变，则折射角不变，入射点左移，则折射光线向左平移，光斑左移，B 错误；保持激光射入的角度不变，使水面下降，则入射点右移，折射角大小不变，折射光线右移，光斑右移，C 正确；保持激光射入的角度不变，使激光笔向下平移，则入射点左移，入射角不变，则折射角不变，折射光线向左平移，光斑左移，D 错误。
8. 答案：D
解析：如图所示，∠BOM = 30°，故 ∠BON = 90° 30° = 60°，图中已知 ∠AON = 60°，所以 NN’ 为法线，则 MM’ 为界面。因为反射光线、折射光线与入射光线在法线的两侧，所以 AO 是入射光线，OB 是反射光线，OC 为折射光线，则 ∠AON 为入射角，等于 60°，∠CON’ 为折射角，∠CON’ = 90° 50° = 40°，折射角小于入射角，故该图反映的是光从空气射入玻璃的情形，则 MM’ 的右边是玻璃。故 D 正确，A、B、C 错误。
9. 答案：(1) 41.8°；
(2) 光路图（垂直射入玻璃后，在玻璃内沿 45° 角斜射至斜面，因 45° > 41.8° 临界角，发生全反射，垂直射出玻璃）
解析：(1) 由题意可以知道，当入射角为 41.8° 时，折射光线消失了，所以玻璃的临界角为 41.8°；(2) 光从空气进入玻璃时，因是垂直射入，所以方向不变；当从玻璃中斜射入空气时，其入射角为 45°，大于临界角，故其发生全反射，路径如答案图所示。
10. 答案：(1) 反射；折射；
(2) 增大；小于
解析：(1) 根据题意可知，光从空气斜射到水面时，将同时发生反射和折射现象；(2) 根据题表中数据，光从空气斜射到水面时，折射角随入射角的增大而增大，且折射角小于入射角。
课后提升 6. 答案：（光路图：反射光线在空气中，反射角=入射角；折射光线在水中，折射角<入射角）
解析：先过入射点 O 作出法线 NN’（与水面垂直）；反射光线：与入射光线分居法线两侧，反射角 = 入射角（在空气中）；折射光线：与入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角（在水中的折射光线偏向法线）。
课后提升 7. 答案：（标注：反射光线+折射光线+箭头方向）
解析：先找法线（与界面垂直的虚线），则入射光线、反射光线、折射光线都在法线两侧；在空气中的光线与入射光线在界面两侧的是反射光线（同侧的是入射光线）；在水中的光线是折射光线；各光线均加箭头表示光传播方向。

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