《光的折射》講義

《光的折射》講義一、知識導入同學們，咱們先來講個小故事。有一天我去釣魚，我發(fā)現(xiàn)魚在水里的位置看起來和實際位置不太一樣。我把魚鉤往看到魚的位置扔下去，結(jié)果半天都沒釣到魚。你們知道為啥不？這就和咱們今天要學的光的折射有關(guān)系呢。二、光的折射現(xiàn)象1、定義光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生偏折，這種現(xiàn)象就叫光的折射。比如說，咱們把一根筷子插到水里，會發(fā)現(xiàn)筷子好像在水面處“彎折”了，這就是光的折射現(xiàn)象。就像我們看水里的魚，以為魚就在我們看到的那個位置，其實不是，光從水里傳播到空氣里的時候發(fā)生了折射，讓我們產(chǎn)生了錯覺。教材里也提到了類似的例子，這都是光在不同介質(zhì)中傳播時，因為介質(zhì)的密度等因素不一樣，導致光的傳播方向發(fā)生了改變。2、光的折射規(guī)律（1）三線共面折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。這就好比我們蓋房子，這三根“線”就像是三根柱子，得在同一個平面上才能穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)摹Ｎ覀兛梢宰鰝€小實驗，拿一個玻璃磚，用一束光射進去，從側(cè)面看，就能發(fā)現(xiàn)折射光線、入射光線和畫在玻璃磚上的法線是在同一個平面的。（2）兩線分居折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)。就像兩個人走路，一個在左邊，一個在右邊，互不干擾。（3）兩角關(guān)系當光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中時，折射角小于入射角；當光從水或其他介質(zhì)斜射入空氣中時，折射角大于入射角。這個規(guī)律可重要啦。我們可以想象一下，光從空氣進入水里，就像是一個調(diào)皮的小孩從寬敞的操場（空氣）跑進了擁擠的教室（水），它的傳播方向就會更靠近法線，所以折射角就小了。反過來，從水到空氣，就像從擁擠的地方到寬敞的地方，傳播方向就會遠離法線，折射角就大了。而且，入射角增大時，折射角也隨著增大；入射角減小時，折射角也隨著減小。當入射角等于0°時，也就是光垂直射向介質(zhì)表面時，傳播方向不改變。這就像是垂直進入一個地方，不會發(fā)生偏折。三、光的折射現(xiàn)象中的光路可逆性和光的反射一樣，光的折射現(xiàn)象中光路也是可逆的。比如說，我們從空氣看到水里的魚有折射現(xiàn)象，那如果我們在水里有一個光源，光從水里射向空氣，也會按照相反的折射路徑傳播，在空氣中的人也能看到從水里射出的光。這就像我們走一條路，從A點到B點可以走，從B點到A點也能走，只不過方向反了。四、生活中的光的折射現(xiàn)象1、海市蜃樓這是一種特別神奇的現(xiàn)象。在沙漠或者海邊有時候會出現(xiàn)海市蜃樓。在沙漠里，地面附近的空氣溫度比較高，空氣密度小，上層的空氣溫度低，密度大。遠處物體發(fā)出的光，本來是沿著直線傳播的，但是在經(jīng)過不同密度的空氣層時，就發(fā)生了折射。光不斷地折射，就好像把遠處的物體的像給“搬”到了眼前，讓我們看到了不存在于眼前位置的物體的像。就像是大自然這個魔術(shù)師變了一個超級大的魔術(shù)，把遠方的景色變到了不該出現(xiàn)的地方。2、池底變淺咱們再回到最開始說的看水里的東西這個事兒。我們看到池底好像變淺了，就是因為光從池底射向空氣的時候發(fā)生了折射。我們的眼睛以為光是沿直線傳播來的，所以就把池底的位置看高了。這就像我們戴了一副會騙人的眼鏡，看到的東西位置都不對了。3、水中的筷子“彎折”把筷子放到水里，筷子看起來就像折斷了一樣。這是因為筷子反射的光從水里射向空氣時發(fā)生了折射，我們的眼睛接收到折射后的光，就感覺筷子好像在水面處彎折了。這就好比我們看一個直直的東西，中間被一個魔法屏障（水和空氣的界面）給干擾了，看起來就不直了。五、光的折射成像1、從空氣中看水中的物體當我們從空氣中看水中的物體時，由于光的折射，看到的像是虛像，而且像的位置比物體的實際位置要高。就像我們看水里的魚，看到的魚的位置并不是它真正的位置，這個像就是光折射后形成的虛像。我們可以畫個簡單的光路圖來理解，從魚身上發(fā)出的光（其實是反射光）經(jīng)過水和空氣的界面時發(fā)生折射，折射光線進入我們的眼睛，我們的眼睛逆著折射光線看去，就看到了魚的虛像。2、從水中看空氣中的物體從水中看空氣中的物體時，同樣看到的是虛像，像的位置比物體的實際位置高。比如說，我們在水里看岸上的樹，看到的樹的像比樹的實際位置高。這也是因為光從空氣進入水時發(fā)生了折射。六、重點和難點1、重點（1）光的折射現(xiàn)象和折射規(guī)律。這是這部分知識的基礎(chǔ)，大家一定要理解光在不同介質(zhì)中傳播時為什么會發(fā)生折射，以及折射光線、入射光線、法線、折射角和入射角之間的關(guān)系。（2）生活中的光的折射現(xiàn)象。因為這些現(xiàn)象在我們身邊很常見，能夠用我們學到的光的折射知識去解釋這些現(xiàn)象，是我們學習的一個重要目標。2、難點（1）對光的折射規(guī)律中兩角關(guān)系的理解。尤其是當光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，折射角和入射角的大小比較容易混淆。同學們一定要多做一些實驗，多畫光路圖來加深理解。（2）理解光的折射成像。虛像的概念本身就有點抽象，再加上光的折射的影響，要準確理解從不同介質(zhì)看物體時像的位置和性質(zhì)就比較難。同學們可以通過實際觀察、畫光路圖等方法來突破這個難點。七、經(jīng)典例題1、如圖所示，一束光從空氣斜射入水中，下列光路圖正確的是（）。給出幾個光路圖選項分析：根據(jù)光的折射規(guī)律，光從空氣斜射入水中時，折射角小于入射角，而且折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)。我們就可以一個一個地分析選項，看哪個選項符合這個規(guī)律。2、小明在游泳池邊看到池水看起來比實際的淺，他想用光學知識來解釋這個現(xiàn)象。請你幫他畫出光路圖并解釋。解答：首先我們畫出水面，然后畫出池底的一點，從這一點發(fā)出的光（實際上是反射光）射向水面，在水面處發(fā)生折射。因為光從水中斜射入空氣中，所以折射角大于入射角。我們的眼睛逆著折射光線看去，就覺得池底好像升高了，所以看起來比實際淺。3、當光從空氣垂直射入水中時，下列說法正確的是（）。A.折射角等于入射角，都是0°B.折射角大于入射角C.折射角小于入射角D.折射角和入射角沒有關(guān)系分析：根據(jù)光的折射規(guī)律，當光垂直射向介質(zhì)表面時，傳播方向不改變，也就是折射角和入射角都等于0°。所以答案是A。4、在海市蜃樓現(xiàn)象中，涉及到的光學原理主要是（）。A.光的反射B.光的直線傳播C.光的折射D.光的色散分析：海市蜃樓是因為光在不同密度的空氣層中發(fā)生折射而形成的現(xiàn)象，所以答案是C。5、如圖，一束光沿AO方向從空氣斜射入水中，畫出它的折射光線的大致方向。解答：首先過入射點O作垂直于水面的法線，因為光從空氣斜射入水中，折射角小于入射角，所以在法線的另一側(cè)，按照折射角小于入射角的原則畫出折射光線。八、總結(jié)同學們，今天我們學習了光的折射。就像我們開始講的釣魚的故事一樣，光的折射在我們生活中無處不在，它會讓我們看到的東西和實際情況有一些偏差。我們學習了光的折射現(xiàn)象、折射規(guī)律、光路可逆性、生活中的折