光的折射(提高)知识讲解

光的折射（提高）

撰稿：史会娜审稿：蒙阿妮

【学习目标】

1.知道光的折射现象，体验折射引起的错觉；

2.理解光从空气射入水中或其它介质中时的偏折规律；

3.理解光在发生折射时，光路的可逆性；

4.会利用光的折射规律解决简单的物理问题。

【要点梳理】

要点一、光的折射现象

1、光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫光的折

射。

2、基本概念

概念定义图示

照射到两种介质分界面的光线AO

入射光

线

折射光

光进入另一种介质被折射后的光线OB

线

法线垂直于两介质分界面的直线MN

入射角入射光线与法线的夹角i

折射角折射光线与法线的夹角θ

2、

（1）筷子“弯折”；

（2）池水变浅；

（3）海市蜃楼。

要点诠释：

1、光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在两种不同的介质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。如下图：

2、在两种介质的交界处，既发生折射，同时也发生反射。

3、光从一种介质垂直射入另一种介质时，它的传播方向不会发生改变。

要点二、光的折射规律

1、【高清课堂：《光的折射、光的色散、看不见的光》】光的折射规律：

（1）折射光线与入射光线、法线在同一平面上；（三线一面）

（2）折射光线和入射光线分居法线两侧；（两线分居）

（3）光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角（折射光线向法线偏折）；光从水或其他介质斜射入空气时，折射角大于入射角；

（4）入射角增大时，折射角也随着增大；

2、在光的折射现象中光路是可逆的。

要点诠释：

1、两角关系：

（1）入射光线垂直界面入射时，折射角等于入射角等于0°；

（2）光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射角小于入射角；

（3）光从水等介质斜射入空气中时，折射角大于入射角；

（4）注意无论是折射角还是入射角，在空气中的角总是较大的。

2、光斜射到两种介质的分界面时，光的传播方向发生了偏折；但是光垂直照射到两种介质的交界面时，入射角为零度，折射角为零度，光还是沿直线传播。

【典型例题】

类型一、光的折射

1. 一光线由空气斜射入水中，入射角为30°，在水面上同时产生反射和折射，此时折射光线和反射光线之间夹角一定（）

A．小于30° B．大于30°小于60° C．大于60°小于120° D．大于120°

小于150°

【答案】D

【解析】由于入射角为30°，所以反射角也等于30°，由此可知反射光线与水面的夹角为60°；光从空气斜射入水中，所以折射角小于入射角，即折射角小于30°，那么折射光线与水面的夹角就大于60°，且小于90°。所以反射光线和折射光线的夹角最大要小于150°，最小要大于120°。

【总结升华】题目考查了光的反射和光的折射两个知识点。解题时要明确入射光线、反射光线、折射光线三者之间的位置关系，根据光的反射规律和折射规律确定反射光线与水面、折射光线和水面的夹角。

举一反三：

【变式】如图所示，OA是光从水中斜射入空气中时的一条反射光线，OA与水面夹角为60°。下列关于入射角α、折射角β的说法中正确的是（）

A．α=60°、β＞60° B．α=60°、β＜60° C．α=30°、β＞30° D．α=30°、β＜30°

【答案】C

2. 地球周围的大气层密度是不均匀的，越到高空越稀薄，太阳升起时太阳光穿过大气层时要发生。因此，早晨我们看到初升的太阳是在它实际位置的（填“上方”

“下方”或“原位置”）而形成的（填“实像”或“虚像”）。

【答案】折射；上方；虚像

【解析】太阳光从太空进入大气层时，由于大气层的密度是不均匀的，会发生折射，折射光线靠近法线，我们逆着折射光线的方向看，看到初升的太阳比实际位置变高了的虚像，所以当我们看到太阳刚升起时，它的实际位置还在地平线以下，如下图所示。

【总结升华】此题主要考查光的折射产生的自然现象，要会用物理知识解释自然现象。学习物理一定要密切的联系生活；要将学到的知识应用到生活中去。

举一反三：

【变式】如图所示，空杯底部放一枚硬币，移动杯子，使眼睛刚刚看不到硬币，保持眼睛和杯子的位置不变，慢慢向杯子里倒水，随着水面升高，将会看到，这是由于光线由水斜射入空气时，折射角入射角。

【答案】硬币；大于

类型二、综合应用

3. 某校新建成一个喷水池，在池底的中央安装一只射灯。池内无水时，射灯发出的一束光照在池壁上，在S点形成一个亮斑，如图所示。现往池内注水，水面升至a位置时，站在池旁的人看到亮斑的位置在P点；如果水面升至b位置时，人看到亮斑的位置在Q点，则（）

A．P点在S点的下方，Q点在S点的上方 B．P点在S点的上方，Q点在S点的下方

C．P点在S点的上方，Q点在S点的上方 D．P点在S点的下方，Q点在S点的下方

【答案】A

【解析】（1）往池内注水，水面升至a位置时，发生折射，根据折射定律，P点如下图所示：

（2）水面上升至b位置时，光线先在水池壁反射，再折射出水面，根据反射定律和折射定

律，Q点如下

图所示：

通过画图可知：P点在S点的下方，Q点在S点的上方。

【总结升华】题目重点考查的是作反射光线和折射光线，理解并掌握光的反射定律和折射定律是解决此题的关键。水面升至a位置时，光从水斜射入空气中时，入射光线、折射光线以及法线在同一平面内，折射角大于入射角，确定折射光线的方向；水面上升至b位置时，光线先在水池侧壁发生反射，反射角等于入射角，反射光线再从水中斜射入空气里发生折射，折射角大于入射角。

举一反三：

【变式】图中的A、B两架飞机，一架是实际飞机，一架是从潜水艇上观察到的该飞机的像，则：

（填字母）是实际飞机，并作光路图示意。

【答案与解析】如图飞机的光线由空气中斜射入水中时，在水面上发生折射，折射角小于入射角，折射光线进入潜水艇观察者眼里，观察者逆着折射光线的方向看去，就会觉得飞机变高了，所以B架是实际飞机，A架是飞机的像。

类型三、实验探究

4. 研究光进入玻璃和从玻璃进入空气时的传播规律。选用如图的圆盘形量角器作光屏，半圆形玻璃砖及激光器等器材。

实验步骤如下：

①将半圆形玻璃砖放在标有角度的圆盘上，使二者的圆心重合；

②如图甲，将一束激光从A射向圆心O，激光在O处发生折射，射向B；读出入射角和折射角的大小，入射角大小为度，折射角大小为度；

③减小入射角再次实验，如图乙，从实验现象中可以得出的结论是，采用半圆形玻璃砖来进行实验的一明显的好处是；

④根据光路可逆原理，如果让光从半圆表面斜射入玻璃中，可能发生的情况是，此时一组可能的任意的入射角和折射角是：度；度。

【答案与解析】②入射角为AO与OO法线的夹角，此夹角为：45度；折射角为BO与OO法线的夹角，此夹角为：30度；故答案为：45度，30度。

③由图可知，当光线垂直于界面入射时，折射方向不变，故答案为：当光线垂直于界面入射时不发生折射；

因半圆形的玻璃砖截面是水平的，便于测量角度的大小；故答案为：便于测量角度的大小。

④因当光从水中或其它介质斜射入空气中时，折射角大于入射角，故答案为：折射角大于入射角或完全被反射回来；30度；45度。

【总结升华】总结光的折射规律的能力。光从空气斜射入其它介质时的折射规律，折射角小于入射角，并且折射角随入射角的增大而增大。

举一反三：

【变式】小刚同学探究光从空气射入不同介质发生折射时的一些规律，他将一束光从空气射入水、玻璃后发生折射的实验数据记录于下表：

（1）分析第1次的实验数据，结论是：。

（2）分析第2次至第4次的某次实验数据，结论是：光从空气斜射入水、玻璃中，当入射角一定时，

。

（3）分析第2次至第4次的实验数据的变化，结论是：光从空气斜射入水、玻璃中时，。

【答案】（1）光从一种透明介质垂直射入另一种透明介质时，传播方向不变；

（2）在玻璃中的折射角总是小于水中的折射角；

（3）折射角总是小于入射角。