第五講 光的折射現(xiàn)象

1、第五講光的折射現(xiàn)象一 復習導航 1. 主要概念和公式 （1） 光的折射規(guī)律 折射光線、入射光線和法線在同一平面上；折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè). 光從空氣斜射入水或玻璃時，折射角小于入射角；反之，折射角大于入射角. 入射角增大時，折射角也增大. 當光線垂直射向介質(zhì)表面時，傳播方向不變. 在折射中光路是可逆的. （2） 近視眼與遠視眼 人的眼睛的晶狀體相當于一個凸透鏡，來自物體的光經(jīng)晶狀體成像于視網(wǎng)膜上，再通過視覺神經(jīng)把信息傳到大腦，產(chǎn)生視覺. 近視眼是指遠處的物體通過晶狀體所成的像落在視網(wǎng)膜的前方，所以近視眼看不清遠處的物體. 因為凹透鏡對光線有發(fā)散作用，所以通過配戴凹透鏡可以使像成在視網(wǎng)

2、膜上，起到矯正視力看清遠處物體的作用. 遠視眼是指近處的物體通過晶狀體所成的像落在視網(wǎng)膜的后方，所以遠視眼看不清近處的物休. 因為凸透鏡對光線有會聚作用，所以通過配戴凸透鏡可以使像成在視網(wǎng)膜上，起到矯正視力的作用. （3） 凸透鏡成像的特點 焦點是物體成實像與虛像的分界點，物體在焦點處不成像. 二倍焦距處是成放大與縮小像的分界點，在2f處，物體成等大的像. 實像總是倒立的，虛像總是正立的 實像與物分居在鏡的兩側(cè)，虛像與物在同側(cè). 物距大于像距時，物大于像（即成縮小的像） ；物距小于像距時，物就小于像（即成放大的像） . 物體向右移，像也向右移；物體向左移，像也向左移. 物距大于一倍焦距時，“物

3、（距）近、像（距） 遠、像變大；物（距） 遠、像（距）近、像變小” 成實像時，物像“左右相反；上下顛倒” 2. 基本物理方法 （1） 建模法： 通過建立折射光線、入射光線、法線等物理模型表述相關(guān)規(guī)律. （2） 對比法： 通過對比了解凸透鏡的會聚作用與凹透鏡發(fā)散作用的區(qū)別. （3） 歸納法： 通過歸納探討凸透鏡成像規(guī)律及特點. 3. 易錯易混的問題 （1） 實像和虛像的區(qū)別 實像是實際光線會聚而形成的，在像的所在位置，有實際光線到達，是能用光屏接收得到的；虛像是反射光線或折射光線的反向延長線相交而成的，反射延長線并不是實際光線，因而在虛像所在的位置，并沒有實際光線到達，用光屏是接收不到的. 實像

4、和虛像的成因不同. 如： 小孔成實像是由于光的直線傳播；凸透鏡能成實像（u>f） 是由于光的折射，平面鏡成虛像是由于光的反射. （2） 凸透鏡成像規(guī)律中u>2f和f<U（3） 光從空氣斜射入水中與從水中斜射入空氣中的兩種情況的區(qū)別. （4） 放大與變大、縮小與變小 放大或縮小是像與物相比較而言；變大或變小則是指像的變化情況或變化過程. （5） 會聚與相交 會聚是指折射光線比入射光線更靠攏主光軸，不一定相交. 二 考點聚焦 1. 命題趨勢 這部分內(nèi)容在各地中考題中均有出現(xiàn)，是光學部分知識考查的重點內(nèi)容，多以填空、選擇、作圖為主，試題主要以“日常生活”、“社會生產(chǎn)”、“現(xiàn)代科技發(fā)

5、展”和“自然現(xiàn)象”等同學們熟悉的現(xiàn)象，特別是一些同學們感興趣的“熟悉而又陌生”的自然現(xiàn)象和天文奇觀（如“日出”） 為命題背景，考查同學們對基礎(chǔ)知識、基本技能和基本原理的理解掌握情況，使同學們感受并領(lǐng)悟物理知識的應用價值. 充分體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念. 同時，也重視開放性試題的設(shè)計，突出了科學研究方法、猜想與假設(shè)、數(shù)據(jù)分析以及得出結(jié)論等環(huán)節(jié)的考查. 較好地考查了同學們運用知識分析問題、解決問題的能力， 2. 典題解析 題 1 在我國古代就有關(guān)于光現(xiàn)象的描述，如“撈不到的是水中月，摘不到的是鏡中花”、“潭清疑水淺”等. 其中“水中月”、“鏡中花”是光的現(xiàn)象；“疑水淺”是光的

6、現(xiàn)象. 解析 “水中月”，“鏡中花”和各自的實物的大小相同，它們是由于光在水面和鏡面發(fā)生反射形成的虛像； “潭清疑水淺”是由于光的折射使潭底在水中形成一個虛像，像的位置比潭底高，所以潭看起來要淺. 點評 我國古代很多文學詞語都蘊含著豐富的物理知識，這要求我們在學好知識的同時，用心去挖掘蘊藏在這些詞語內(nèi)部的物理知識，感受物理知識的價值和物理學的美，激發(fā)我們對物理學習的興趣. 題 2 光線從空氣斜射到水中，入射角為，折射角為，光線射到液體底部水平放置的平面鏡上又反射出來，最后光線回到空氣中. 當光線由水中回到空氣中時折射角為多大？ 解析 光線由空氣斜射到水面發(fā)生一次折射，然后由水中的平面鏡發(fā)生反射

7、，最后由水到空氣再次發(fā)生折射. 根據(jù)光的反射和折射的規(guī)律，按題意要求畫出光路圖. 如圖1所示，入射光線斜射到水面，入射角為，折射角為，光線在水中按直線入射到平面鏡上，則此時的入射角大小也為，則反射角大小也等于. 根據(jù)光路的可逆性，當光線從水中斜射到空氣中時，由于入射角為，則空氣中的折射角也為，因此，光線由水中回到空氣中時折射角為. 點評 借助于圖像建立物理模型是光學知識學習的重要方法之一，也是解決光學問題的重要途徑.解決此類問題行之有效的方法是，畫出滿足題意的示意圖，然后根據(jù)光的反射和折射特性以及光路的可逆性來加分析，從而解決問題. 題 3 在圖2中的虛線框內(nèi)的適當位置，填入符合要求的面鏡或透

8、鏡. 解析 A、B、C三圖中的入射光相同，均為平行光. 圖A、B的出射光為發(fā)散光，圖C中的出射光仍為平行光，由此可判定圖A、B的框內(nèi)裝有透鏡，圖C的框內(nèi)裝有平面鏡. 延長各光線，它們的交點為入射點，也為出射點，即面鏡或透鏡所在的位置. 由此可定出圖C中的平面鏡是斜放的，圖A、B中的透鏡是直立的. 通過畫圖還可知，圖A中的光線經(jīng)過透鏡后發(fā)散，框內(nèi)裝的是凹透鏡；圖B中的光線先會聚再發(fā)散，框內(nèi)裝的是凸透鏡， 結(jié)果如圖3所示. 點評 “黑盒子”問題是難度較大、綜合性較強的填圖題. 解決這類問題時，要明確以下三點： （1） 根據(jù)光線在盒中是反射還是折射，判斷其中的光學元件是面鏡還是透鏡；（2） 入射光線

9、與反射光線或折射光線的交點，就是面鏡或透鏡所在的位置；（3） 根據(jù)面鏡或透鏡對光線的作用判斷面鏡或透鏡的種類. 在初中階段，只要求平面鏡、凸透鏡和凹透鏡三種. 平面鏡只改變光路，凸透鏡使光線會聚，凹透鏡使光線發(fā)散. 總之，光學復習時要注重聯(lián)系生活實際，分析總結(jié)規(guī)律，運用作圖法去解決實際問題. 題 4 如圖4（a）所示，一條光線對著凸透鏡另一側(cè)的焦點射去，試確定它經(jīng)過凸透鏡偏折后的傳播的方向. 解析 此題如果直接作圖比較困難，不妨轉(zhuǎn)換一下思路，便可方便解題，如圖（b） 在入射光線上任找一點S，假設(shè)它是發(fā)光點，現(xiàn)利用三條特殊光線中任兩條作出S的像S，因為折射光線一定要通過像點，所以以連接PS點即為

10、所求的折射光線. 點評 光路作圖是光學考查的基本內(nèi)容，應熟練掌握三條特殊光線的作圖方法，在此基礎(chǔ)上，我們應把握像是折射光線相交而成的，物體發(fā)出的入射光線經(jīng)凸透鏡后，其所有的折射光線必經(jīng)過像點. 利用特殊光線作出像點，再利用以上規(guī)律作出任意光線的折射光線是解決此類問題的重要方法. 題 5 小宇做完凸透鏡成像實驗后，又想用手表代替蠟燭，看到光屏上能成什么樣的像. 于是他在透明的玻璃板上用黑色筆畫了個手表盤，如圖5（甲）所示. 把這個玻璃板放在蠟燭的位置上，并用平行光源對著玻璃板上的表盤照射，如圖5（乙）所示. 移動光屏直到成清晰像為止. 此時表盤在光屏上所成的像是圖5（丙）中的哪一個？（） . 解

11、析 像對于原來的物體而言： 左右顛倒、上下顛倒. 將手表左右顛倒如圖B，再上下顛倒如圖D所示，故選D. 點評 特別強調(diào)的是重視實驗，注意觀察實驗現(xiàn)象，親歷實驗探究過程，從實驗中總結(jié)規(guī)律和結(jié)論，列表對比相近或相類似的現(xiàn)象及規(guī)律，靈活運用，加深理解光學規(guī)律，升華內(nèi)化為自己的知識和技能. 題 6 在研究凸透鏡成像情況的實驗中，當燭焰到凸透鏡的距離是20cm時，在透鏡另一側(cè)的光屏上得到一個放大的像，則下列判斷不正確的是（） . A. 該透鏡的焦距是20cm B. 該透鏡可作為放大鏡 C. 當蠟燭距透鏡的距離是40cm時，光屏上可得到縮小的像 D. 當蠟燭距透鏡的距離是10cm時，在光屏上得不到像 解析

12、 本題是考查靈活運用凸透鏡成像規(guī)律分析問題的能力. 在凸透鏡成像中，若要分析物體經(jīng)過透鏡后的成像性質(zhì)，必須知道凸透鏡的焦距和物距，按凸透鏡成像規(guī)律“抓兩點，觀兩變”. 本題的關(guān)鍵是算出焦距f的大小及物體在鏡前不同位置與焦點的相對位置，再判斷像的性質(zhì)，根據(jù)題意，當u=20cm時，在光屏上得到放大的像，可以知道此像一定是倒立的實像，則f<U<2F，即F<20CM<2F，所以10CM<F<F2f，在光屏上可以得到縮小的像；當物距u=10cm時，物體的位置u點評 凸透鏡成像的題目是初中光學中數(shù)量最多、難度最大的一類題目，在初中光學中占有重要的地位，這類題目考查的知識

13、點是凸透鏡成像規(guī)律，熟練掌握凸透鏡成像的條件是解答這類題目的前提，而凸透鏡成像性質(zhì)的變化取決于物距與焦距關(guān)系的變化. 因此，解答這類題目，首先要去弄清凸透鏡的焦距或焦距大小的范圍，比較物距與焦距的大小，根據(jù)物距與焦距的關(guān)系的大小和凸透鏡的成像規(guī)律，運用數(shù)學知識正確解答. 題 7 將物體從物距為1.5f處移向3f處，在移動過程中，物體的像（） . （兩解） A. 先是放大像后是縮小像 B. 先是縮小像后是放大像 C. 逐漸變大 D. 逐漸縮小 解析 根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律可知，物體在2f處所成的像是等大倒立實像，在物距大于f時所成的像均為倒立實像. 在物體由1.5f移至3f的過程中，物體所成的像均

14、為倒立的實像. 在1.5f至2f區(qū)域，像是放大的（即像比物大） ；在2f至3f區(qū)域，像是縮小的. 選項A正確，B錯誤. 在移動過程中，像的大小在變化. 比較像的變化情況可知，隨著物體向3f處移動，像越來越小. 具體地說，在1.5f時像最大，此時像比物大，由1.5f移至2f的過程，像始終比物大，但相差越來越?。辉?f處時像與物一樣大；由2f移至3f的過程，像都比物小，而且差別越來越大. 通過上述分析可知，選項C不正確，選項D正確.應選A、D. 點評 “放大”、“縮小”指像與物相比較的結(jié)果. 像比物大稱為放大的像，像比物小則為縮小的像. “變大”、“變小”則指像本身的變化情況，如果后一次的像比前一

15、次的像大，稱為變大，后一次像比前一次像小則稱為變小. 題 8 小華去參觀展覽會，在一個小展室里看見一個女導游正在介紹商品，試著與她握手，卻發(fā)現(xiàn)是一個虛擬導游，可望而不可及. 后來他發(fā)現(xiàn)這個女導游只是在一個玻璃屏風后倒立的電視機屏幕上經(jīng)過處理的一個形象而已 解析 從圖中不難發(fā)現(xiàn)，屏風前的“女導游”相對屏風后電視機里的女導游是倒立的，且兩者在屏風的兩側(cè)，故屏風相當于一個凸透鏡，這個“女導游”是電視機里的女導游經(jīng)屏風成的實像. 再比較發(fā)現(xiàn)，看到的“女導游”比電視機里的女導游要大，根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律可知，電視機屏幕與玻璃屏風的距離（即物距u） 應滿足： f<U點評 實像由實際光線的交點組成，能

16、夠用屏幕顯示. 虛像處沒有實際光線通過，它由出射光線的反方向延長線交點組成，無法在屏幕上顯示，只能用眼睛或儀器觀察. 平面鏡、凹透鏡所成物體的像是虛像，在凸透鏡焦距以內(nèi)的物體也成虛像. 位于凸透鏡焦距以外的物體則成實像. 題 9 初三年級同學在拍畢業(yè)照時，照相機鏡頭上正停著一只蒼蠅，則拍出來的照片（） A. 會有一只正立、放大的蒼蠅 B. 不會出現(xiàn)蒼蠅，但有一個大黑點 C. 不會出現(xiàn)蒼蠅，但比正常情況下暗一些 D. 會有一只倒立、放大的蒼蠅 解析 物體經(jīng)過凸透鏡成像的過程是： 物體上一點反射后到達凸透鏡各點的光線，經(jīng)凸透鏡折射后都交于一點，一只蒼蠅停在凸透鏡上時遮住這一點折射后成像的光線，但其

17、余各點的光線仍交于一點. 從能量的角度看，只是到達光屏上的能量減少了一點. 蒼蠅自身在一倍焦距內(nèi)，不會在膠片上成像，所以應選C. 點評 即使凸透鏡碎成兩半，用其中的一半仍能成完整的像. 像是有多條光線會聚而成的，而不是只有三條特殊光線會聚而成的. 題 10 在探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗中： 第一組同學依次把點燃的蠟燭、透鏡、光屏放在光具座上. 但是，在實驗中無論怎樣移動光屏都找不到清晰的像，請你幫他們找出一個可能的原因： . 第1、2兩個實驗小組分別進行了若干次操作，并把實驗數(shù)據(jù)準確記錄在下面表格中. 請分析以上數(shù)據(jù)，你能得到什么結(jié)論？（寫出兩條即可） 解析 本題是一道發(fā)散性的實驗現(xiàn)象分析題.

18、（1） 在光屏上找不到清晰的像可能是成虛像不能出現(xiàn)在屏上，或成實像但不在光屏上. 在物距小于焦距時，凸透鏡不會成實像；凸透鏡到物體的距離在1倍焦距處時，成像在無窮遠處；當凸透鏡到物體的距離在1倍焦距外，但接近1倍焦距時，雖然成像，但像的位置離凸透鏡很遠，光具座的長度可能達不到，另外，因為光具座為一直線狀，且光屏不可能太大，所以若光屏、凸透鏡、燭焰三者的中心不在同一高度上，像將會或上或下離開光屏的位置，綜上所述，主要原因有三個： 由于物距小于或等于焦距，凸透鏡不能成實像； 凸透鏡成實像，但由于物距太小，光屏調(diào)不到燭焰的像所在的位置； 凸透鏡成實像，但光屏、凸透鏡、燭焰三者的中心不在同一高度. 對

19、比實驗記錄數(shù)據(jù)從以下方面入手，即： 焦距相同、物距不同，成像情況. 焦距不同、物距相同，成像情況. （2） 在凸透鏡焦距一定，且成實像的情況下，物體到凸透鏡越遠（近） ，像離凸透鏡越近（遠） ； 在成實像情況下，物距相同時，透鏡焦距越大，像離透鏡越遠； 物體到凸透鏡距離大于1倍焦距，成倒立的像. 點評 本題是探究凸透鏡成像規(guī)律中遇到的實際問題，要求我們在探究過程中善于觀察并從中發(fā)現(xiàn)問題，認真思考，不放過實驗中遇到的任何問題，提高自己的探究能力. 通過實驗數(shù)據(jù)記錄歸納出實驗結(jié)論也是科學探究中的一種能力，要特別注意挖掘題目中的內(nèi)涵，找出規(guī)律. 題 11 如圖7（a）所示，直線AB是光滑木板與棉布的

20、分界線（木板與棉布處在同一水平面上） ，然后使一個小線軸（如縫紉機上的線軸） 沿著與直線AB成一角度的方向PO勻速滾動，可以看到，線軸在棉布上滾動的方向發(fā)生了改變. 如圖7（b）所示，一束光從空氣斜射入玻璃中時傳播方向也發(fā)生了改變. 解析 本題中線軸的甲輪從光滑木板運動到與棉布接觸時，由于受到了棉線上阻力的作用，使甲輪的運動狀態(tài)發(fā)生改變，故甲輪速度將變小；而甲輪與棉布接觸時，乙輪仍在光滑木塊上運動，不受阻力作用，故乙輪速度大小不變；通過（1） 、（2） 兩圖的類比可知光由空氣斜射入玻璃時發(fā)生折射的原因可能是光的傳播速度發(fā)生了變化；初中物理中關(guān)于運用類比法的例子是比較多的， 如水流類比電流等.

21、點評 本題是集物理知識與物理方法為一體的新題型，新課程要求我們在掌握物理知識的同時，還要掌握一定的物理研究方法，同時還要滲透情感、態(tài)度與價值觀的教育. 三 創(chuàng)新試題 1、當攝影師用一臺鏡頭焦距固定的照相機給全班同學照完畢業(yè)像后，接著又要給小明同學照半身像，這時攝影師應該 （填“增大”或“減小”）鏡頭到底片的距離。2、如圖8所示，一點光源S經(jīng)凸透鏡L成的像在A點，若在S、L之間放一塊厚玻璃磚（如圖中的虛線框所示），則點光源S所成的實像有可能在A、B、C中的 點上。 3. 在研究光的折射時，小明知道了光從空氣斜射入水中時，折射角小于入射角；光從水斜射入空氣中時，折射角大于入射角. 小明想： 光在其

22、他透明介質(zhì)的分界面發(fā)生折射時有什么規(guī)律呢？即什么條件下折射角小于入射角，什么條件下折射角大于入射角？ 為了研究這個問題，他在老師的指導下做了如下實驗： 讓一激光手電筒射出的光束從水斜射入玻璃；再從玻璃依次斜射入冰、空氣中，其光路如圖9所示. 然后老師又告訴他光在一些透明介質(zhì)中的傳播速度，如下表. 試回答： （1） 針對小明提出的問題，仔細觀察圖中的光路，對照表格中的數(shù)據(jù)進行分析，你能得出什么結(jié)論？ （2） 根據(jù)你得出的結(jié)論，請在圖10中畫出光由玻璃斜射入酒精時，折射光線的大致位置. 4. 如圖11所示，華南中學初三（2）班STS課外興趣小組，在探究折射角與入射角關(guān)系時，將一束光從玻璃射向空氣，

23、發(fā)現(xiàn)光在玻璃和空氣的分界面處同時發(fā)生折射和反射現(xiàn)象，且折射角大于入射角；當入射角不斷增大時，折射光線離法線越來越遠，且越來越弱，反射光線卻越來越強；當入射角增大到某一角度時，折射角達到90°，折射光線就完全消失，只剩下反射回玻璃中的光線；再減少入射角，當入射角小于時，折射光線和反射光線又同時存在；而讓光線從空氣射向玻璃時，無論怎樣改變?nèi)肷浣?，折射光線和反射光線都同時存在. 他們感到非常驚奇，大家又做了一遍，發(fā)現(xiàn)還是如此，這究竟是什么現(xiàn)象呢？ 查閱資料得知，這種折射光線完全消失的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象，折射角變成90°時的角度叫做臨界角，而且此現(xiàn)象在醫(yī)學和通信等方面都有廣泛的應用. 閱讀上面內(nèi)容，請回答下面問題： （1） 用符號將圖中折射角標出； （2） 如果將一束光從空氣射向玻璃， . （填“ 能”、“不能”