《光的折射》讲义

《光的折射》讲义一、知识导入同学们，咱们先来讲个小故事。有一天我去钓鱼，我发现鱼在水里的位置看起来和实际位置不太一样。我把鱼钩往看到鱼的位置扔下去，结果半天都没钓到鱼。你们知道为啥不？这就和咱们今天要学的光的折射有关系呢。二、光的折射现象1、定义光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象就叫光的折射。比如说，咱们把一根筷子插到水里，会发现筷子好像在水面处“弯折”了，这就是光的折射现象。就像我们看水里的鱼，以为鱼就在我们看到的那个位置，其实不是，光从水里传播到空气里的时候发生了折射，让我们产生了错觉。教材里也提到了类似的例子，这都是光在不同介质中传播时，因为介质的密度等因素不一样，导致光的传播方向发生了改变。2、光的折射规律（1）三线共面折射光线、入射光线和法线在同一平面内。这就好比我们盖房子，这三根“线”就像是三根柱子，得在同一个平面上才能稳稳当当的。我们可以做个小实验，拿一个玻璃砖，用一束光射进去，从侧面看，就能发现折射光线、入射光线和画在玻璃砖上的法线是在同一个平面的。（2）两线分居折射光线与入射光线分居法线两侧。就像两个人走路，一个在左边，一个在右边，互不干扰。（3）两角关系当光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角；当光从水或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。这个规律可重要啦。我们可以想象一下，光从空气进入水里，就像是一个调皮的小孩从宽敞的操场（空气）跑进了拥挤的教室（水），它的传播方向就会更靠近法线，所以折射角就小了。反过来，从水到空气，就像从拥挤的地方到宽敞的地方，传播方向就会远离法线，折射角就大了。而且，入射角增大时，折射角也随着增大；入射角减小时，折射角也随着减小。当入射角等于0°时，也就是光垂直射向介质表面时，传播方向不改变。这就像是垂直进入一个地方，不会发生偏折。三、光的折射现象中的光路可逆性和光的反射一样，光的折射现象中光路也是可逆的。比如说，我们从空气看到水里的鱼有折射现象，那如果我们在水里有一个光源，光从水里射向空气，也会按照相反的折射路径传播，在空气中的人也能看到从水里射出的光。这就像我们走一条路，从A点到B点可以走，从B点到A点也能走，只不过方向反了。四、生活中的光的折射现象1、海市蜃楼这是一种特别神奇的现象。在沙漠或者海边有时候会出现海市蜃楼。在沙漠里，地面附近的空气温度比较高，空气密度小，上层的空气温度低，密度大。远处物体发出的光，本来是沿着直线传播的，但是在经过不同密度的空气层时，就发生了折射。光不断地折射，就好像把远处的物体的像给“搬”到了眼前，让我们看到了不存在于眼前位置的物体的像。就像是大自然这个魔术师变了一个超级大的魔术，把远方的景色变到了不该出现的地方。2、池底变浅咱们再回到最开始说的看水里的东西这个事儿。我们看到池底好像变浅了，就是因为光从池底射向空气的时候发生了折射。我们的眼睛以为光是沿直线传播来的，所以就把池底的位置看高了。这就像我们戴了一副会骗人的眼镜，看到的东西位置都不对了。3、水中的筷子“弯折”把筷子放到水里，筷子看起来就像折断了一样。这是因为筷子反射的光从水里射向空气时发生了折射，我们的眼睛接收到折射后的光，就感觉筷子好像在水面处弯折了。这就好比我们看一个直直的东西，中间被一个魔法屏障（水和空气的界面）给干扰了，看起来就不直了。五、光的折射成像1、从空气中看水中的物体当我们从空气中看水中的物体时，由于光的折射，看到的像是虚像，而且像的位置比物体的实际位置要高。就像我们看水里的鱼，看到的鱼的位置并不是它真正的位置，这个像就是光折射后形成的虚像。我们可以画个简单的光路图来理解，从鱼身上发出的光（其实是反射光）经过水和空气的界面时发生折射，折射光线进入我们的眼睛，我们的眼睛逆着折射光线看去，就看到了鱼的虚像。2、从水中看空气中的物体从水中看空气中的物体时，同样看到的是虚像，像的位置比物体的实际位置高。比如说，我们在水里看岸上的树，看到的树的像比树的实际位置高。这也是因为光从空气进入水时发生了折射。六、重点和难点1、重点（1）光的折射现象和折射规律。这是这部分知识的基础，大家一定要理解光在不同介质中传播时为什么会发生折射，以及折射光线、入射光线、法线、折射角和入射角之间的关系。（2）生活中的光的折射现象。因为这些现象在我们身边很常见，能够用我们学到的光的折射知识去解释这些现象，是我们学习的一个重要目标。2、难点（1）对光的折射规律中两角关系的理解。尤其是当光从一种介质进入另一种介质时，折射角和入射角的大小比较容易混淆。同学们一定要多做一些实验，多画光路图来加深理解。（2）理解光的折射成像。虚像的概念本身就有点抽象，再加上光的折射的影响，要准确理解从不同介质看物体时像的位置和性质就比较难。同学们可以通过实际观察、画光路图等方法来突破这个难点。七、经典例题1、如图所示，一束光从空气斜射入水中，下列光路图正确的是（）。给出几个光路图选项分析：根据光的折射规律，光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，而且折射光线与入射光线分居法线两侧。我们就可以一个一个地分析选项，看哪个选项符合这个规律。2、小明在游泳池边看到池水看起来比实际的浅，他想用光学知识来解释这个现象。请你帮他画出光路图并解释。解答：首先我们画出水面，然后画出池底的一点，从这一点发出的光（实际上是反射光）射向水面，在水面处发生折射。因为光从水中斜射入空气中，所以折射角大于入射角。我们的眼睛逆着折射光线看去，就觉得池底好像升高了，所以看起来比实际浅。3、当光从空气垂直射入水中时，下列说法正确的是（）。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.折射角和入射角没有关系分析：根据光的折射规律，当光垂直射向介质表面时，传播方向不改变，也就是折射角和入射角都等于0°。所以答案是A。4、在海市蜃楼现象中，涉及到的光学原理主要是（）。A.光的反射B.光的直线传播C.光的折射D.光的色散分析：海市蜃楼是因为光在不同密度的空气层中发生折射而形成的现象，所以答案是C。5、如图，一束光沿AO方向从空气斜射入水中，画出它的折射光线的大致方向。解答：首先过入射点O作垂直于水面的法线，因为光从空气斜射入水中，折射角小于入射角，所以在法线的另一侧，按照折射角小于入射角的原则画出折射光线。八、总结同学们，今天我们学习了光的折射。就像我们开始讲的钓鱼的故事一样，光的折射在我们生活中无处不在，它会让我们看到的东西和实际情况有一些偏差。我们学习了光的折射现象、折射规律、光路可逆性、生活中的折