光的折射
一、知識概述
1、光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，傳播方向一般會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做光的折射。
2、光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中時，折射光線與入射光線、法線在同一平面上；折射光線和入射光線分居法線兩側；折射角小于入射角；入射角增大時，折射角也隨著增大；當光線垂直射向介質(zhì)表面時，傳播方向不改變。
3、在折射中光路可逆。
二、重點知識歸納
光的折射現(xiàn)象的解釋：
光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象，叫做光的折射。光的折射致使人從一種介質(zhì)看另一種介質(zhì)中的物體時，看到的物體位置與實際物體位置有所區(qū)別。
1、從空氣中看水中的物體
如圖所示，水中物體A處的光線，由水中進入空氣時在水面處發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線呈發(fā)散狀態(tài)，人眼根據(jù)光沿直線傳播的經(jīng)驗逆著折射光線看去，覺得光線好像是從折射光線的反向延長線的交點A′點射的，人眼看到的是A′點，A′點在A點的上方.所以，從空氣中看水中的物體，光從水斜射進入空氣，眼睛看到的是由于光的折射所形成的物體的虛像，虛像在物體的上方，即看到的物體位置比物體實際位置淺。
2、從水中看空氣中的物體
如圖所示，空氣中的A物體發(fā)出的光線，進入水面發(fā)生折射，折射角小于入射角，折射光線是發(fā)散的，眼睛逆著折射光線看去，覺得光線好像是從空氣中的A′點射的，眼睛看到的就是A點的虛像A′點，由于A′點在A點的上方，所以從水中看空氣中的物體，看到物體的位置比物體實際的位置高一些。
例1、下列現(xiàn)象中屬于光的折射現(xiàn)象的是（ ）
A. 太陽光穿過樹葉間的小空隙，在地面上留下了光斑；
B. 人在河邊看見“白云”在水中飄動；
C. 斜插入水中的筷子在水下的部分看起向上彎折了；
D. 電線桿在陽光下出現(xiàn)影子。
解析：
太陽光穿過樹葉間的小空隙在地面上留下光斑，這是小孔成像，屬于光的直線傳播現(xiàn)象；人在河邊看見“白云”在水中“飄動”，水中的“白云”是白云的虛像，平靜的水面相當于平面鏡，這相當于平面鏡成像，屬于光的反射現(xiàn)象；斜插入水中的筷子在水下的部分看起向上彎折了，是由于水中的筷子反射的光線在水面處發(fā)生了折射，折射角大于入射角，眼睛逆著光線看去就覺得筷子向上彎折了，這是光的折射現(xiàn)象；電線桿在陽光下出現(xiàn)影子是由于光的直線傳播形成的。本題答案為C。
例2、如圖所示，有一條光線從空氣射入某種介質(zhì)，在分界面處發(fā)生反射和折射，則___________是入射光線，_________是反射光線，____________是折射光線，界面的________側是空氣。
解析：
這是一道比較經(jīng)典的題目，一般就是利用光的反射定律和折射規(guī)律判斷，這里我們介紹一種解這種題的巧妙方法：將圖中′與NN′在平面上所分成的四個區(qū)域看成數(shù)學上的四個象限，由圖可知在第一、三、四象限是相鄰的，且每個象限內(nèi)均有一條光線，則該三個相鄰象限中的中間象限內(nèi)的光線為反射光線，即OC為反射光線；再根據(jù)反射角等于入射角，很容易看出 ，所以OB為入射光線，NN′為界面，′為法線，空氣中的角是最大的，由 ，所以界面的右側為空氣，答案：BO，OC，OA，右。
注：（1）若題中沒有給出界面（NN′）和法線（′），我們可以模仿圖，自己先畫出界面和法線，從而得到四個象限，使其中有三個相鄰的象限內(nèi)均有一條光線，則這三個象限的中間一個象限內(nèi)的光線即為反射光線。
（2）當光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，不管是折射角，還是入射角，總之，在我們所見的常見介質(zhì)中，光在空氣中的角（折射角或入射角）一般是最大的。
例3、如圖1所示，一束光線斜射入容器中，并在容器底處形成一光斑，這時往容器中逐漸加水，則光斑的位置將（�。�
A．慢慢向右移動 B．慢慢向左移動
C．慢慢向水面移動 D．仍在原位置不動
解析：
如圖2所示，未加水前，光線在空氣中沿直線傳播，在容器底處形成光斑S，往容器中逐漸加水時，光線便由空氣斜射入水中，會發(fā)生折射現(xiàn)象，且折射角要小于入射角，當加水至圖中 處時，入射點為O，過點O的光線經(jīng)水折射后在容器底形成光斑 ，可見光斑向左移，繼續(xù)加水至 ，同樣畫出折射光線形成的光斑 ，光斑也逐漸向左移，由此可知選項A、C、D都是錯誤的。應選B。
總結：
�。�1）根據(jù)光的折射現(xiàn)象畫圖分析光的折射現(xiàn)象是此類題目的關鍵；
�。�2）畫圖時一定要清楚光是從什么介質(zhì)斜射入什么介質(zhì)，從而可以確定折射角比入射角大或小。
例4、一束光線在空氣和玻璃兩種介質(zhì)界面上發(fā)生了反射和折射，如圖3所示，在圖中標出入射光線、反射光線、折射光線的方向，并判斷入射角、反射角、折射角大小及玻璃在界面的哪一方？
解析：
首先要確定界面的位置�？赡苁墙缑娴挠袃蓷l直線AB或CD。究竟哪一條直線為界面，用光的反射定律判斷。根據(jù)反射角等于入射角，反射光線和入射光線分居法線兩側，由圖3可以看出EO和FO相對于CD對稱，與CD夾角都為 。因此AB為界面，則CD為法線，而EO和FO其中一條為入射光線，另一條為反射光線。
其次，通過折射光線確定入射光線，在界面AB另一側OG肯定為折射光線，根據(jù)光的折射規(guī)律，折射光線跟入射光線分居在法線兩側，可知EO為入射光線，那么OF為反射光線。
最后通過折射角和入射角大小關系，根據(jù)光的折射規(guī)律確定介質(zhì)的位置。從圖3可知入射角為 ，折射角為 ，由折射角大于入射角，光線應是從別的透明物質(zhì)斜射入到空氣中。因此，玻璃應在界面AB的左側，而界面AB右側為空氣。
光線方向如圖4所示，入射角為 ，反射角也為 ，折射角為 ，玻璃在界面AB左側。
A卷
一、選擇題
1、光從水中進入空氣時（�。�
A．光的傳播方向一定發(fā)生改變 B．光的傳播速度一定發(fā)生改變
C．折射角一定小于入射角 D．折射角有可能等于入射角
2、如圖所示中，能正確反映出光線射到空氣與水的分界面上所發(fā)生的物理現(xiàn)象是（�。�
A． B．
C． D．
3、如果人潛入水底后，再看岸邊的樹稍，他感覺到樹稍的高度是（�。�
A．變高了 B．變矮了
C．高度不變 D．無法確定
4、如圖所示，一束光線斜射入容器中，并在容器底形成一個光斑，這時向容器中逐漸加水，則光斑的位置將（�。�
A．向左移動 B．向右移動
C．向上移動 D．原地不動
5、一束光由玻璃斜射入空氣中，入射角逐漸減小，則折射角（�。�
A．逐漸增大 B．不變
C．逐漸減小，但會大于入射角 D．逐漸增大，可能大于90°
6、當你漫步在小河邊，看到岸邊柳樹在水中的倒影和在地上的影子，關于這兩種現(xiàn)象形成的原因（�。�
A．都是光的折射形成的
B．都是光的反射形成的
C．倒影由光的折射形成，影子由光的反射形成
D．倒影由光的反射形成，影子由光的直線傳播形成
7、如圖所示，一條光線從空氣射入玻璃三棱鏡并射出的傳播方向，正確的是（ ）
A． B．
C． D．
8、一凸透鏡的焦點為F，一凹透鏡的焦點為F′，讓這兩個透鏡的一側都正對著太陽，則在兩透鏡另一側的焦點上，F(xiàn)與F′的溫度相比（�。�
A．F點的溫度較高 B．F′點的溫度較高
C．兩點溫度一樣高 D．無法判斷
9、圖中光線通過透鏡后折射光線正確的是（ ）
A． B．
C． D．
10、以下說法中，錯誤的是（�。�
A．早晨，我們能看見地平線以下的太陽，這是光的反射現(xiàn)象
B．物體在平面鏡中像的大小一定與物體大小相同
C．工程師用激光束引導掘進機沿直線前進，是利用光的直線傳播
D．通過透鏡光心的光線，傳播方向不改變
11、晚間看星光閃爍不定，這是由于星光通過疏密不同的空氣產(chǎn)生了（�。�
A．反射 B．漫反射
C．折射 D．反射和折射
12、有關光的反射和折射，下列說法中正確的是（�。�
A．漫反射是一種折射現(xiàn)象
B．平面鏡成像是一種折射現(xiàn)象
C．光在不均勻的空氣中傳播的路徑是彎曲的，這實際上是折射現(xiàn)象
D．池水看起比實際淺些，這是由于叢池底射向空氣的光線，折射角小于入射角
13、平行光線在水中射過其中的氣泡，折射光線將（�。�
A．平行 B．會聚
C．發(fā)散 D．不確定
14、一束光線從空氣中斜射向水面時,則( )
A．只發(fā)生折射現(xiàn)象，折射角小于入射角
B．只發(fā)生折射現(xiàn)象，折射角大于入射角
C．同時發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,折射角小于入射角
D．同時發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,折射角大于入射角
15、在海上旅行,有時會在地平線上看到高樓大廈、熱鬧的市場等，實際上大海上什么也沒有，這種現(xiàn)象叫做“海市蜃樓”，出現(xiàn)“海市蜃樓”的原因是（ ）
A．光在海面上反射的緣故
B．光從云層上反射的緣故
C．光沿直線傳播的緣故
D．光在不均勻大氣層中折射的緣故
16、在均勻木條一端纏上一小段鐵絲后，放在一個裝有水的大玻璃缸內(nèi)，恰能豎直漂在水面，其中露出水面部分長度為l1,浸沒在水中的部分長度為l2，那么從水面上斜著看下去（�。�
A．l1看起變短了些，l2不變
B．l1和l2看起都不變
C．l1和l2看起都變短了許多
D．l1長度不變，l2看起變短
提示：
1、光在水中和空氣中的傳播速度不同，故B對；當光垂直入射時，折射角等于入射角，故D對。
2、光由空氣進入水中，在水面處同時發(fā)生反射和折射，且折射角小于入射角。
3、畫出對應的光路圖再判斷。
4、當向容器逐漸加入水后，由于入射光線方向不變，所以隨著水面升高，光線的入射點會向左移動，則在容器底形成的光斑也自然向左移動。
7、對照凸透鏡上部對光線的作用而得出。
8、凸透鏡的焦點是實際光線的會聚點。
10、我們能看見地平線以下的太陽，是由于光經(jīng)過不均勻的大氣層，發(fā)生折射的緣故。
11、大氣不斷流動，密度不斷變化，星光透過不同大氣層的折射光線也不斷移動，人眼看到的星光閃爍不定。
12、A、B都是光的反射現(xiàn)象。池水看起比實際淺些，是由于從池底射向空氣的光線，折射角大于入射角，D也不對。
13、光線先由水斜射入氣體，折射角大于入射角，光繼續(xù)從氣體斜射入水中，折射角小于入射角，可認為“氣泡”類似于“凹透鏡”，對光線應是起發(fā)散作用。
14、光從空氣中斜射向水面,即有反射現(xiàn)象產(chǎn)生,也有折射現(xiàn)象產(chǎn)生,反射現(xiàn)象遵循反射規(guī)律,折射現(xiàn)象遵循折射規(guī)律.所以正確答案是C.
15、海市蜃樓現(xiàn)象是地面上的物體發(fā)出的光射向大氣層，由于大氣層不均勻，折射后的光線發(fā)生彎曲，折射光線進入旅行者的眼睛中，人沿著折射光線看回去，便是地面上物體的虛像??“海市蜃樓”。
16、水上部分木條上射出的光線沿直線射入人眼，如果距離不太遠，應該看起長度不會變化；水下部分就不同了，木條上射出的光線要經(jīng)水和空氣的界面折射后才能進入人眼，在折射時，由于折射光線遠離法線，或使人覺得l2變短，選項ABC都不對，正確選項為D。
第1題 ! 正確答案為 BD
第2題 ! 正確答案為 C
第3題 ! 正確答案為 A
第4題 ! 正確答案為 A
第5題 ! 正確答案為 C
第6題 ! 正確答案為 D
第7題 ! 正確答案為 B
第8題 ! 正確答案為 A
第9題 ! 正確答案為 BC
第10題 ! 正確答案為 A
第11題 ! 正確答案為 C
第12題 ! 正確答案為 C
第13題 ! 正確答案為 C
第14題 ! 正確答案為 C
第15題 ! 正確答案為 D
第16題 ! 正確答案為 D
中考解析
如圖所示，有一束入射光，由空氣斜射入玻璃中，在界面處同時發(fā)生反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，在圖中畫出空氣和玻璃的分界面′和法線NN′，并標出入射光線、反射光線和折射光線。
解析：要確定界面、法線及三條光線，應注意三點：
①光由空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角；
②反射角等于入射角；
③反射光線、折射光線與入射光線分居在法線的兩側。
依據(jù)這三點，可以確定上圖有三種不同的結論，這是一道多結論的開放性習題，如圖（甲）、（乙）、（丙）所示。
外拓展
海市蜃樓
“海市蜃樓”在我們的辭典里已經(jīng)不是什么新鮮的名詞，可是真的要我們把它的原理說清楚的時候，恐怕還是會有很多種答案出現(xiàn)。拿我自己說好了，我曾經(jīng)就以為它和一面鏡子把太陽光反射到墻壁上的道理是一樣的，可是到哪里去找這面巨大的鏡子呢，我就這樣把自己問住了，于是去翻書，接著就知道了這不是因為反射而產(chǎn)生的。
是光的折射產(chǎn)生了海市蜃樓。
我們先了解相關的物理知識:光線在穿過密度均勻的物質(zhì)（介質(zhì)）時，其傳播方向和速度一般保持不變；當光線傾斜地穿過密度不同的兩種介質(zhì)時，在兩種介質(zhì)接觸的地方，或者叫界面，不僅傳播速度發(fā)生改變，而且行進的方向也發(fā)生偏折，這就是物理學中的光折射現(xiàn)象。當光線由密度較小的物質(zhì)中射入密度較大的物質(zhì)中，也就是說，從疏介質(zhì)進入密介質(zhì)時，要向垂直于界面的法線方向偏折，即折射角小于入射角。反之，折射角會大于入射角。這就是光的折射規(guī)律。
很常見的一個例子就是斜插入水中的筷子，你會發(fā)現(xiàn)筷子似乎是被水折斷了。當然，再沒有人的物理學得比我糟糕的了，所以我想當我提出這樣一個問題的時候，大家應該很快就能夠給出正確的答案——我們看到筷子在水下的部分是折向水面還是折向水底？
我們看這樣一個示意圖：
光的折射現(xiàn)象
從圖中我們可以看到，水下的筷子反射向我們眼睛的光線在通過水和空氣的分界面的時候，發(fā)生偏折，水的密度大于空氣，所以折射角小于入射角。因此我們逆著光的向所看到的虛像就處于實物的上方了——筷子折向水面。用魚叉捕魚的人將魚叉刺向魚的下方才能把魚刺中也是這個道理。
現(xiàn)在，我們再看海市蜃樓的原理就清楚多了。它是光線在垂直方向密度不同的大氣層中傳播，經(jīng)過多次折射造成的結果。根據(jù)幻景的方位不同常分為上現(xiàn)、下現(xiàn)和側現(xiàn)蜃景。
上現(xiàn)蜃景�；孟罂瓷先ハ袷强罩袠情w
凡是幻景看上去好象是由空中某一氣層反射形成，稱為上現(xiàn)蜃景。我們知道，熱空氣的密度要比冷空氣的密度小，所以，如果近地面層是強逆溫時（氣溫通常是隨高度增加而降低的，如果隨高度增加而增加，我們稱之為逆溫），空氣密度會隨高度迅速減小，光線在這種氣溫隨高度升高而升高（空氣密度隨高度升高而銳減）的氣層中傳播，會向下屈折，遠方地平線處的樓宇等的光線經(jīng)折射進入觀測者眼簾，觀測者看到的虛像處于實物的上方，這就是上現(xiàn)蜃景。
上現(xiàn)蜃景常出現(xiàn)在海上，和北方有冰雪覆蓋的地方。這是因為海水表面蒸發(fā)時要消耗熱量，同時海水溫度的升高緩慢；而在冰雪覆蓋的地區(qū)，由于冰雪面能將大部分太陽光反射掉，同時冰雪融化時也要消耗大量熱量。這樣，這些地方下層的溫度就變得很低，最容易出現(xiàn)強烈的逆溫現(xiàn)象。
下現(xiàn)蜃景�；孟罂瓷先ハ袷撬械褂�
凡是幻景看上去好象由地面反射而的，稱為下現(xiàn)蜃景。下現(xiàn)蜃景大都出現(xiàn)在熱季的沙漠上或冬季暖洋流的海上。在晴朗少云且平靜無風的天氣里，陽光照射在干燥的沙土上，沙土溫度上升極快，由于幾乎沒有水分蒸發(fā)，土壤分子傳熱極慢，熱量集中在表層，接近土壤層的空氣溫度也因此迅速上升，當上層空氣仍然很涼的時候，氣溫隨高度很快降低，空氣密度隨高度很快增加，而光線在氣溫隨高度而降低的氣層內(nèi)傳播時會向上屈折，遠方景物投向地面方向的光線，經(jīng)折射后反而向上折，而進入觀測者眼簾, 于是觀測者就看到了如同水中的倒影似的下現(xiàn)蜃景。
另外，當水平方向的大氣密度很不同，使大氣折射率在水平方向存在很大不同的時候，便可能出現(xiàn)側向蜃景。
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