2 光的折射（解析版）

知識(shí)點(diǎn)一：光的折射1、當(dāng)光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，光在另一種介質(zhì)中傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射。2、光的折射發(fā)生在兩種介質(zhì)的交界面上，但光線在每種介質(zhì)內(nèi)是直線傳播的。光從一種介質(zhì)垂直射入另一種介質(zhì)時(shí)，其傳播方向不改變（改變、不改變）。3、如圖，入射光線射入另一種介質(zhì)時(shí)的交點(diǎn)（O），叫入射點(diǎn)；入射光線AO與法線NN′夾角（α）叫入射角；折射光線OC與法線NN′的夾角（γ）叫折射角。知識(shí)點(diǎn)二：光的折射定律1、光的折射定律：光發(fā)生折射時(shí)，折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)。(1)當(dāng)光從空氣斜射入水中或其他介質(zhì)中時(shí)，折射光線向法線方向偏折，折射角小于入射角。如圖甲所示。(2)當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也增大；當(dāng)入射角減小時(shí)，折射角也減小。(3)當(dāng)光從空氣垂直射入水中或其他介質(zhì)中時(shí)，傳播方向不變。如圖乙所示。2、正確理解光的折射規(guī)律：（1）折射光線與入射光線、法線在同一平面上；（三線一面）（2）折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)；（兩線分居）（3）光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角（折射光線向法線偏折）；光從水或其他介質(zhì)斜射入空氣時(shí)，折射角大于入射角；（4）入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大；（5）在光的折射現(xiàn)象中光路是可逆的。【微點(diǎn)撥】（1）兩角關(guān)系：1）入射光線垂直界面入射時(shí)，折射角等于入射角等于0°；2）光從空氣斜射入水中或其他介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角；3）光從水等介質(zhì)斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角；4）注意無(wú)論是折射角還是入射角，在空氣中的角總是較大的。（2）光斜射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，光的傳播方向發(fā)生了偏折；但是光垂直照射到兩種介質(zhì)的交界面時(shí)，入射角為零度，折射角為零度，光還是沿直線傳播。知識(shí)點(diǎn)三：生活中光的折射現(xiàn)象在生活中，我們常見的折射現(xiàn)象很多，如：看清澈的池水，池水水底變淺；在岸上看到的魚接近于水面；透過玻璃磚看物體發(fā)生了錯(cuò)位；水杯中的筷子好像彎折了；“海市蜃樓”現(xiàn)象等等都是光的折射現(xiàn)象?！局R(shí)拓展一】生活中常見折射現(xiàn)象常見折射現(xiàn)象及解釋：1、光的折射現(xiàn)象會(huì)造成許多光學(xué)現(xiàn)象，如水底看起來比實(shí)際的淺，一半斜捅入水中的筷子變彎曲，魚缸中的魚看起來變大，海市蜃樓等。要解釋這些現(xiàn)象，首先要知道看見的并非實(shí)際物體，而是物體經(jīng)折射后成的虛像。2、舉例分析光的折射現(xiàn)象以池水看起來“變淺”為例，其原因我們可以作如下分析：我們能夠看見物體是由于有光射入我們的眼睛里，假設(shè)從水池底的一點(diǎn)A射出的兩條光線經(jīng)折射后射入人眼(如圖甲所示)，眼睛根據(jù)光沿直線傳播的經(jīng)驗(yàn)(人的感覺總認(rèn)為光沿直線傳播)，逆著折射光線看過去，就會(huì)覺得光好像是從水中的A’射入我們眼睛里的，因此我們會(huì)覺得A’比A高了，即看起來池底升高，池水“變淺”了。有經(jīng)驗(yàn)的漁民都知道，在叉魚時(shí)，只有瞄準(zhǔn)魚的下方，才能把魚叉到。若從水中去觀察岸上的物體，P點(diǎn)的位置將會(huì)升高，如圖乙所示。例如跳水運(yùn)動(dòng)員在水下觀察10m跳臺(tái)，就會(huì)感到其高度超過10m。因此可以得出結(jié)論：從岸上看水里和從水里看岸上相同，都是看到升高了的虛像。補(bǔ)充：人眼之所以看到物體的虛像，都是因?yàn)檎凵涔饩€(或反射光線)進(jìn)入人的眼睛，而人眼總認(rèn)為光沿直線傳播，這就使人在折射光線(或反射光線)的反向延長(zhǎng)線上看到一個(gè)虛像?！局R(shí)拓展二】光的折射的特殊現(xiàn)象1、當(dāng)光從其他介質(zhì)入射空氣時(shí)，折射角將大于入射角。當(dāng)入射角增大到某一數(shù)值時(shí)，折射角將達(dá)到90°，這時(shí)在空氣中將不出現(xiàn)折射光線，只要入射角大于或等于上述數(shù)值時(shí)，均不再存在折射現(xiàn)象，這就是全反射。所以產(chǎn)生全反全反射全反射射的條件是：①光必須由其他介質(zhì)射向空氣；②入射角必須大于或等于一定角度（臨界角）。臨界角是折射角為90度時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角（只有光線從其他介質(zhì)進(jìn)入空氣且入射角大于臨界角時(shí)，才會(huì)發(fā)生全反射）。2、全反射的應(yīng)用：光導(dǎo)纖維是全反射現(xiàn)象的重要應(yīng)用。蜃景的出現(xiàn)，是光在空氣中全反射形成的。1、“魚戲蓮葉東，魚戲蓮葉西，魚戲蓮葉南，魚戲蓮葉北…”我們能看見水中的魚，是因?yàn)椋ǎ〢．光的直線傳播B．光的反射C．平面鏡成像D．光的折射【答案】D【解析】魚在水中，人在岸上，魚反射的光線從水中斜射入空氣中，折射光線進(jìn)入人的眼睛，人眼感覺折射光線從折射光線的反向延長(zhǎng)線上射出的，所以看到的魚的虛像。故選：D。2、如圖是光源S發(fā)出的光線從水中斜射入空氣中的光路圖，下列關(guān)于人在岸上觀察到光源S所成像的說法正確的是（）A．光源S所成的虛像在直線①上B．光源S所成的虛像在直線②上C．光源S所成的實(shí)像在直線①上D．光源S所成的實(shí)像在直線②上【答案】A【解析】AB.．人在岸上觀察到光源S所成的像為虛像，由于人覺得光沿直線傳播，所以感覺光源S所成的虛像在折射光線的反向延長(zhǎng)線，即直線①上，故A正確，B錯(cuò)誤；CD．人在岸上觀察到光源S經(jīng)水面折射所成的像為虛像，故CD錯(cuò)誤。故選A。3、畫出圖甲中光從水中射入空氣中折射光線的大致方向，并標(biāo)出折射角γ?！窘馕觥抗鈴乃猩淙肟諝庵?，先畫好法線，折射光遠(yuǎn)離法線偏折，如圖所示：1、“大漠孤煙直，長(zhǎng)河落日?qǐng)A”蘊(yùn)含了光的折射知識(shí)，如圖所示屬于光的折射的是（）A．橋在水中的倒影 B．河底看起來變淺C．透過樹林的光束 D．長(zhǎng)廊上的樹影【答案】B【解析】A．橋在水中的倒影是由于光的反射形成的虛像，故A不符合題意；B．河底看起來變淺，是由于光的折射造成的，故B符合題意；C．透過樹林的光束是由于光的直線傳播形成的，故C不符合題意；D．長(zhǎng)廊上的樹影是由于光的直線傳播形成的，故D不符合題意。故選B。2、α一束光從空氣中斜射向玻璃磚并穿過，其光路如圖所示。關(guān)于四個(gè)角的大小關(guān)系正確的是（）A．α1＞γ1 B．α2＞γ2 C．α1＝α2 D．γ1＝γ2【答案】A【解析】A．光線從空氣中斜射入玻璃磚中，折射角小于入射角，則α1＞γ1，故A正確；B．光線從玻璃磚中斜射入空氣中，折射角大于入射角，則α2＜γ2，故B錯(cuò)誤；CD．因兩條法線是平行的，則由幾何知識(shí)可知γ1＝α2，所以α1＞α2，γ1＜γ2，故CD錯(cuò)誤。故選A。3、鳥兒白天會(huì)將玻璃幕墻看成藍(lán)天白云，黃昏會(huì)透過玻璃看到明亮室內(nèi)的綠色植物，導(dǎo)致其貿(mào)然飛往撞擊受傷，鳥兒在如圖所示位置所見情景，是因?yàn)樵诓Ａc空氣分界面處分別發(fā)生（）A．光的反射，光的折射B．光的折射，光的反射C．光的反射，光的直線傳播D．光的直線傳播，光的折射【答案】A【解析】鳥兒白天將玻璃幕墻看成藍(lán)天白云，相當(dāng)于平面鏡成像，是光的反射現(xiàn)象；黃昏透過玻璃看到明亮室內(nèi)的綠色植物，植物反射光透過玻璃，是光的折射現(xiàn)象，故A符合題意，BCD不符合題意。4、在天宮課堂中，航天員王亞平將空氣注入水球，形成的氣泡球與水球的球心都在O點(diǎn)。一束光線從空氣射入水球的光路如圖所示，其中球心O與入射點(diǎn)的連線為法線。則進(jìn)入氣泡球的折射光線可能為（）A．① B．② C．③ D．④【答案】A【解析】如圖所示，連接O2與O，即為第二次折射的法線；B．從水中斜射入空氣，會(huì)發(fā)生偏折，而②是傳播方向不變，故B不符合題意；C．從水中斜射入空氣，折射角大于入射角，故C不符合題意；D．根據(jù)折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)，故D不符合題意；A．綜上所述，只有①滿足折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)，且折射角大于入射角，故A符合題意。5、在平靜的湖水中，看到“云在水中飄，魚在云上游”，對(duì)于該現(xiàn)象中的云和魚，下列說法正確的是（）A．云和魚都是光的反射形成的像B．云和魚都是光的折射形成的像C．云是光的反射形成的像，魚是光的折射形成的像D．云是光的折射形成的像，魚是光的反射形成的像【答案】C【解析】水中的云是在水中形成的倒影，是光的反射形成的像，看到水中魚是魚反射的光經(jīng)水面的折射形成的像。6、如圖所示，把一塊厚玻璃磚放在鋼筆前面，筆桿好像錯(cuò)位了，這種現(xiàn)象是引起的，此時(shí)觀察者大致在玻璃磚的(填“A”“B”或“C”)處。當(dāng)光從空氣斜射進(jìn)入玻璃磚，折射光法線（選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）：再?gòu)牟ＡТu斜射進(jìn)入空氣，折射角入射角，所以看上去鋼筆“錯(cuò)位”了?！敬鸢浮抗獾恼凵銫靠近大于【解析】光線通過玻璃磚進(jìn)入空氣發(fā)生兩次折射：第一次是從空氣斜射進(jìn)入玻璃磚，折射光線應(yīng)該靠近法線偏折，折射角小于入射角；第二次是從玻璃磚斜射進(jìn)入空氣，折射光線應(yīng)該遠(yuǎn)離法線偏折，折射角大于入射角，所以看上去鋼筆似乎被分成了三段，發(fā)現(xiàn)鋼筆“錯(cuò)位”了。7、如圖所示為一束光從空氣斜射到某液面上，與液面的夾角為30°，且反射光線與折射光線相互垂直，則反射角是，折射角是。【答案】60°30°【解析】根據(jù)圖示，入射光線與界面的夾角是30°，所以入射角為90°-30°=60°，反射角等于入射角，也為60°，所以反射光線與界面的夾角為30°。因?yàn)檎凵涔饩€與反射光線垂直，所以折射光線與界面的夾角為90°-30°=60°，因此折射角為90°-60°=30°。8、如圖甲所示，一束白光經(jīng)三棱鏡折射后，在光屏上形成自上而下為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的色帶，這就是光的現(xiàn)象。一束紅光沿AO從空氣斜射向玻璃，OB和OC分別是紅光的反射光線和折射光線，如圖乙所示。如果一束紫光也沿AO斜射向玻璃，請(qǐng)你在圖乙中畫出該紫光的折射光線(大致位置)和反射光線，并標(biāo)出傳播方向?！敬鸢浮可⒐饩€如下圖所示(反射光線為OB，折射光線為0C')?！窘馕觥堪坠饨?jīng)過三棱鏡后能被分解為絢麗的七色光，這種現(xiàn)象被稱為光的色散；由光的色散可知：紫光比紅光的折射能力強(qiáng)，所以紫光的折射角小于紅光，故應(yīng)靠近法線，反射光線與OB重合。1、小科學(xué)習(xí)完《光現(xiàn)象》之后，興致勃勃地回家給妹妹表演了一個(gè)小魔術(shù)。他先讓妹妹站定，在她面前擺一只“空碗”（如圖甲所示），然后緩慢地往碗里倒水，成功地給妹妹“變”出了一枚硬幣（如圖乙所示）。魔術(shù)的成功是利用了（）A．光的反射 B．光的折射 C．光的直線傳播 D．光的色散【答案】B【解析】當(dāng)碗里沒水的時(shí)候，硬幣反射的光被碗壁擋住了，所以在一定位置看不見；當(dāng)碗中倒入水后，硬幣反射的光在水面發(fā)生折射，當(dāng)折射光線進(jìn)入人眼時(shí)，人眼逆著折射光線看去，看到的便是由于光的折射而形成的虛像，虛像的位置比物體的實(shí)際位置偏高，所以就能看見硬幣了，這是利用了光的折射，故B符合題意，ACD不符合題意。2、如下圖所示，一只燒杯中裝有半杯水，放在水平木板AB上，一束光線豎直向下照在水面上?，F(xiàn)在B端下方墊一個(gè)小木塊C，使木板傾斜一個(gè)小的角度，則此時(shí)（）A.反射光線順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)B.反射光線逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)C.折射光線的方向不變D.折射光線逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)【答案】C【解析】在B端下方墊一個(gè)小木塊C，使木板傾斜一個(gè)小的角度，但水面總是水平的，所以入射光線與水面垂直，故反射光線和折射光線的方向都不變。3、一些大廈用許多大塊的平板鍍膜玻璃做外墻(俗稱“玻璃幕墻”)。這種墻既能反射光線也能透過光線。下列選項(xiàng)中能真實(shí)反映光通過玻璃幕墻進(jìn)入室內(nèi)的光路圖是（）【答案】B【解析】光通過玻璃幕墻進(jìn)入室內(nèi)，經(jīng)歷了兩次折射，第一次是從空氣斜射入玻璃中，折射光線向靠近法線方向偏折，折射角小于入射角；第二次是從玻璃斜射入空氣中，折射光線向遠(yuǎn)離法線方向偏折，折射角大于入射角。4、將圓柱形細(xì)木棒豎直插入裝有水的玻璃杯內(nèi)，其位置如俯視圖所示，從俯視圖中的P點(diǎn)沿水平方向看到的應(yīng)該是下面四幅圖中的（）【答案】B【解析】P點(diǎn)沿水平方向看到的應(yīng)該是下面四幅圖中的B圖。5、下面能正確反映水中筷子看起來向上偏折的光路是（）【答案】C【解析】（1）水中的筷子看起來向上偏折，是光線從水中射入空氣時(shí)，而BD圖都是光從空氣射向水里，故BD錯(cuò)誤；（2）當(dāng)光從水中射入空氣時(shí)，在水與空氣的交界面上發(fā)生折射，進(jìn)入空氣中的折射光線向水面偏折，遠(yuǎn)離法線，折射角大于入射角，而我們認(rèn)為光是沿直線傳播的，我們看到的筷子位置在折射光線的反向延長(zhǎng)線上，從而位置比實(shí)際位置偏高，看起來筷子向上彎折，而A圖折射角小于入射角。故C正確。6、在“探究光從空氣斜射入水和油時(shí)，哪種液體對(duì)光的折射本領(lǐng)強(qiáng)”的實(shí)驗(yàn)中，小明提出如下實(shí)驗(yàn)方案：先讓一束入射光從空氣直接斜射入透明的空水槽中，記錄下光斑位置（如圖甲所示），接著分別倒人適量的水和油（如圖乙所示），再用光分別斜射人水和油中，記錄對(duì)應(yīng)的光斑位置，再通過分析就可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（1）如圖乙所示，小明已經(jīng)完成了在水中的實(shí)驗(yàn)，要實(shí)現(xiàn)探究目標(biāo)，畫出油中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的示意圖。（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，同學(xué)們?cè)谒鄣撞抠N上一把自制的紙質(zhì)刻度尺，這樣做的目的是。（3）某小組的同學(xué)根據(jù)正確的實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)后，所記錄的兩次光斑的相對(duì)位置如圖丙所示，經(jīng)分析可知：在空水槽的實(shí)驗(yàn)中光斑的位置應(yīng)該在水和油實(shí)驗(yàn)中光斑的（填“左側(cè)”中間”或“右側(cè)”）；光從空氣斜射入水和油時(shí)，對(duì)光的偏折本領(lǐng)較大?！敬鸢浮浚?）見解圖（2）確定光斑的位置，方便比較（3）左側(cè)油【解析】（1）根據(jù)控制變量法可知，小明在實(shí)驗(yàn)中要控制液體的深度相同和入射角相同。（2）在水槽底部貼上一把自制的紙質(zhì)刻度尺，目的是為了記錄液體對(duì)光的偏折的光斑的位置，便于比較液體對(duì)光的偏折程度，體現(xiàn)了轉(zhuǎn)換法的思想。（3）光線從空氣中射入水中，折射角小于入射角，故在空水槽中，光斑在水和油實(shí)驗(yàn)中光斑的左側(cè)。根據(jù)記錄，油中光斑的位置距離空氣比較遠(yuǎn)，因此油對(duì)光線的偏折程度大，對(duì)光的偏折本領(lǐng)較大。7、某同學(xué)在做探究光的折射特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，如圖所示的是光從空氣射入水中時(shí)的光路.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，入射光線、折射光線和法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè).通過實(shí)驗(yàn)還得到如下數(shù)據(jù):入射角α0°15°30°45°60°反射角β0°15°30°45°60°折射角γ0°11°22.1°35.4°40.9°（1）分析表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論:①光從空氣斜射到水面時(shí)，將同時(shí)發(fā)生和現(xiàn)象。②光從空氣斜射到水面時(shí)，折射角隨入射角的變化關(guān)系是，且折射角（選填“大于”“等于”或“小于”）入射角.當(dāng)光從空氣垂直射到水面時(shí)，折射角入射角，折射角為。（2）該同學(xué)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論②總結(jié)出了光的折射特點(diǎn):光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，折射光線將偏向法線.請(qǐng)你對(duì)該同學(xué)通過上述探究實(shí)驗(yàn)得出光的折射特點(diǎn)的過程作出評(píng)價(jià):是否存在不足?答:（選填“是”或“否”）；請(qǐng)簡(jiǎn)要說明理由:。（3）實(shí)驗(yàn)中，為了能觀察到光在水中的傳播路徑，你的方法是，實(shí)驗(yàn)中（選填“能”或“不能”）看見反射光線。（4）如圖所示，水中B處有一條魚，人眼在岸上的A處，試在圖中畫出人眼看見水中的魚的大致光路。答圖【答案】（1）①折射反射②折射角隨入射角的增大而增大小于等于0°（2）是探究過程不完整，五次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以，但還應(yīng)該做其他多種透明介質(zhì)之間的折射實(shí)驗(yàn)（3）向水中滴加幾滴牛奶（或豆?jié){）不能（4）如答圖【解析】由表中數(shù)據(jù)可知，光從空氣斜射到水面時(shí)，當(dāng)入射角不斷增大時(shí)，折射角也隨之增大，故折射角隨入射角的變化關(guān)系是：折射角隨入射角的增大而增大，且折射角小于入射角。分析可知，上述實(shí)驗(yàn)的過程存在不足，應(yīng)該換用其他透明介質(zhì)再做此實(shí)驗(yàn)，這樣得出的結(jié)論將更具有普遍性。8、細(xì)心的小科發(fā)現(xiàn)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)既可以探究光的反射特點(diǎn)，又可以探究光的折射特點(diǎn)，圖中是光從空氣射入水中時(shí)的光路。通過實(shí)驗(yàn)還得到如下數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及表中數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論：入射角α0°15°30°45°60°反射角β0°15°30°45°60°折射角γ0°11°22.1°35.4°40.9°（1）光從空氣射到水面時(shí)，發(fā)生了現(xiàn)象；（2）光從空氣斜射到水面時(shí)，當(dāng)入射角增大時(shí)，你所發(fā)現(xiàn)其它兩個(gè)角的變化特點(diǎn)是；（3）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，反射光線、折射光線與入射光線及法線；（4）根據(jù)表中信息和圖中信息，你還能夠得出的結(jié)論是：。【答案】光的反射和光的折射反射角和折射角都增大在同一平面內(nèi)見解析【解析】（1）由圖中可以看出，當(dāng)光從空氣射到水面時(shí)，同時(shí)發(fā)生了反射和折射現(xiàn)象。（2）由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)入射角從0°→15°→30°→45°→60°逐漸增大時(shí)，反射角和折射角也都隨之逐漸增大。（3）通過實(shí)驗(yàn)可知，反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)，折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)，所以反射光線、折射光線與入射光線及法線在同一平面內(nèi)。（4）分析表中的數(shù)