导学案：4.4 光的折射（教师版）

学而优教有方4.4光的折射（导学案）【学习目标】1.了解光的折射现象。2.知道光在发生折射时，光路是可逆的。3.能够利用所学知识解释生活中的折射现象。【学习重点】光的折射规律及其解释有关现象。【学习难点】用光的折射规律解释光的折射现象。【自主预习】阅读教材第101页第4节《光的折射》，并完成以下内容：1.光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射.2.光的折射规律：①折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光线分居在法线两侧。②光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角；当入射角增大时，折射角也增大。当光从空气垂直射入水中或其他介质中时，传播方向不变。③在折射现象中，光路可逆(选填“可逆”或“不可逆”)。3．“潭清疑水浅”是光的折射现象。“疑水浅”是指站在岸边向水底看，觉得水底比实际的浅（浅/深）一些。“海市蜃楼”是远处物体发出的光在射向空气的过程中，由于空气疏密不均匀而发生折射产生的现象。【合作探究】探究一、光的折射1.光的折射概念（1）光的折射现象【做一做】如甲图所示，是让一束光从空气斜射入水中的情景。在水中滴几滴牛奶来显示光路。情景描述：这束光在分界面上分成两部分，一部分光被界面反射回空气，还有一部分光射入水中，并且发生了偏折。甲乙（2）光的折射概念光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生偏折，这种现象叫作光的折射。一般情况下，一种介质为空气，另一种介质为水或玻璃。注意要斜射入。（3）描述折射现象的几个概念（如上图乙所示）①入射光线：照射到两种介质分界面的光线AO；②折射光线：进入另一种介质的光线OB；③法线：过入射点且垂直于两介质分界面的直线NN′；④入射角：入射光线与法线的夹角α；⑤折射角：折射光线与法线的夹角β。（4）理解光的折射现象①当光从一种介质斜射入另一种介质中时，在两种介质的分界面上，光线的传播方向一般要发生改变。其中一部分光线发生反射，同时还有一部分光线进人另一种介质中而发生折射。②发生光的折射时，因为光是在两种介质中传播的，所以传播的速度是不相同的。③当同种介质不均匀时，光的传播方向也会发生改变，即会发生折射。【想一想】光反射时遵循光的反射定律，那么，光在折射时有什么规律呢？2.探究光折射时的特点【提出问题】清澈见底、看起来不过齐腰深的池水，不会游泳的人千万不要贸然下去，因为它的实际深度会超过你看到的深度。这是因为光从水斜射入空气中发生折射的缘故。那么当光从一种介质进入另一种介质中时，光的传播方向如何偏折？折射光线、入射光线的位置有什么关系？折射角跟入射角大小是什么关系?【猜想与假设】请跟小组同学讨论，说说你们的猜想。你的猜想是：①当光从一种介质进入另一种介质中时，可能会向法线偏折（或远离法线）。②折射光线、入射光线位于法线两侧（同侧）。③折射角可能等于（或大于/小于）入射角。【实验器材】激光笔、半圆形玻璃砖、圆形刻度光盘（标有角度）。【设计并进行实验】①如图甲所示，让一束光从空气以不同的角度射入玻璃砖中，观察光束在空气和玻璃砖中的径迹，并比较折射角和入射角的大小，将数据记入表格中。②如图乙所示，让激光笔发出的一束光从玻璃斜射入空气中，重复上述实验。③如图丙所示，让激光笔发出的一束光从空气垂直射入玻璃中（或从玻璃垂直射到空气中），观察光的传播路线。甲乙丙④如图所示，让光从空气斜射入半圆形玻璃砖，同时逆着折射光射入另一束光，观察两束光在空气中的传播途径。【收集证据】实验数据记录表格：实验次数介质入射角折射角1光从空气斜射入玻璃2光从空气斜射入玻璃3光从空气斜射入玻璃4光从空气垂直入玻璃【分析论证】①当光从空气斜射入玻璃中时，折射光线向法线偏折，折射角小于入射角。当入射角增大时，折射角也增大；当入射角减小时，折射角也减小。②当光从空气垂直射入玻璃中时，传播方向不变。③光从玻璃斜射入空气中时，可以看到，进入空气中的折射光线就逆着原来入射光线的方向射出，就是说，在折射中光路也是可逆的，这时的折射角大于入射角。综合以上分析，归纳出实验结论。【实验结论】光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线偏折，折射角小于入射角。当入射角增大时，折射角也增大；当入射角减小时，折射角也减小。当光从空气垂直射入水中或其他介质中时，传播方向不变。在折射现象中，光路可逆。【例题1】一束光沿AO方向从空气斜射入水中，请在图中画出折射光线的大致方向。【答案】见右图。【解析】过入射点O作垂直于界面的法线，根据折射角小于入射角即可画出折射光线，靠拢法线。【例题2】如图，一束光线从水中斜射到水面，请在图中画出此光线的反射光线和大致的折射光线。【答案】见右图。【解析】反射光线和入射光线位于法线两侧，反射角等于入射角，据此在水中作出反射光线；光从水中斜射入空气中时，折射光线和入射光线位于法线两侧，折射角大于入射角，据此在空气中作出折射光线，如图所示。【例题3】如图是某同学利用光具盘探究光从空气斜射入玻璃中时的光路，经过多次实验并记录了如下数据。（1）实验中，光具盘除了能读出入射角和折射角大小外，还具有________的作用；（2）分析表格中的数据，你能得出的结论（写出一条即可）：______；（3）根据表格中的数据还可以判断：当光以35°的入射角从空气射入玻璃中时，其折射角______30°（选填“大于”、“小于”或“等于”）；（4）当光以30°的入射角从玻璃射入空气中时，其折射角是______。入射角10°30°45°60°折射角7.1°20.7°30°37.8°【答案】（1）显示光路；（2）光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于入射角；（3）小于；（4）45°。【解析】（1）利用光具盘探究光从空气斜射入玻璃中时的光路实验中，光具盘除了能读出入射角和折射角大小外，还具有显示光路的作用。（2）根据表中数据知，光从空气斜射入玻璃中，折射角总小于入射角，故能得出结论：光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于入射角。（3）根据表格中的数据可知，当光线以45°的入射角从空气射向玻璃时，其折射角是30°；当入射角为35°时，入射角变小，折射角随之变小，所以折射角会小于30°。（4）当光线以45°的入射角从空气射向玻璃时，折射角是30°。根据光路的可逆，当光以30°的入射角从玻璃射入空气中时，其折射角是45°。探究二、生活中的折射现象1.池底变浅【想一想】池底为什么看起来比实际浅呢？【分析】池底实际点A发出（反射）的光从水斜射向空气时发生折射，折射角大于入射角。人眼逆着折射光的方向看去，感觉光就好像由A′射出去的一样。A′就是我们看到的S的像，这点的位置比实际位置升高了，所以整个池底变浅。池底变浅原理神奇的“硬币”分析2.神奇的“硬币”（解释课堂引入时的小视频）【想一想】如图所示，起初茶碗看起来是空的，但当你慢慢往茶碗中倒水时，就会发现碗中原来还藏着一枚硬币。这是为什么？【分析】加水后，硬币的光从水中斜射入空气时，折射光线偏离法线，折射光进入了眼睛，眼睛看到的实际上是升高了的硬币的虚像。3.鱼在哪里？【想一想】有经验的渔民在叉鱼时，要向看到的鱼的下方投叉才能叉到鱼。为什么？【分析】鱼从水中发出的光线，由水进入空气时发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼逆着折射光线的方向看，觉得光线好像是从它们的反向延长线的交点，即鱼像发出来的，像比鱼位置高。所以，有经验的渔民在叉鱼时，要向看到的鱼的下方投叉才能叉到鱼。4.从水中看岸上物体游泳运动员在水中看岸上的物体时会怎样呢？如图所示，空气中的发光点M发出的光从空气斜射向入水时发生折射，折射角小于入射角。人眼在水中逆着折射光的方向看去，感觉光就好像由M′射出去的一样。M′就是人眼看到的M的虚像，这点的位置比实际位置升高了。5.“海市蜃楼”【想一想】你见过海市蜃楼吗？海市蜃楼是怎样产生的吗？【分析】海市蜃楼的产生原因：光在均匀的介质中沿直线传播，如果介质疏密不均，光就不会沿直线传播而会发生折射。海市蜃楼是一种由光的折射产生的现象，多发于夏天的海面或沙漠。远处物体发出的光本来到达不了我们的眼睛，但是在射向空气的过程中，由于海面或沙漠附近的空气疏密不均匀，而发生折射，逐渐向地面弯曲，进入观察者的眼睛。观察者逆着光线看去，就看见了远处的“物体”形成美丽的海市蜃楼现象。6.区别光的反射与折射现象光的反射光的折射水中倒影水中筷子折了池水映明月潭清疑水浅平面镜成像海市蜃楼汽车后视镜繁星闪烁潜望镜大漠孤烟直，长河落日圆【例题4】如图是“池水清浅，擅入会溺”的班会主题，告诫学生不要擅自下水游泳。请在图中画出人眼看到池底A的大致光路图（A′是人眼看到的池底A的像）。【答案】见右图.【解析】人眼看物体以为光是沿直线传播的，连接BA′，得到折射光线，BA′与水面的交点O为入射点，连接AO得到入射光线，如图所示.【例题5】如图是小华与父母到海边洗海水澡的情形。小华惊奇的发现，爸妈的腿在水中看起来变短了，能解释这种现象的光路图是（）【答案】C。【解析】人看到腿在水中“变短”是由于水中腿反射的光线由水中斜射进入空气时，在水面处发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，看到的是变浅的虚像，就会觉得腿在水中“变短”了，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。【归纳整理】【精讲点拨】1．“池底变浅”、“神奇的硬币”、叉鱼等现象，实质都是同一原理，即光从水斜射入空气中时，折射光线远离法线，人眼逆着折射光线会看到一个升高的虚像，教师可以画出光路图进行解析。2．探究光的折射规律时，应该至少改变3次入射光线的方向，每次都记录入射光线和相应的折射光线方向改变的情况。3．确定虚像的位置时，要画出两条以上折射光线的反向延长线的交点（虚像的位置），一条延长线无法确定位置。4发生光的折射时，人们看到的像是虚像，实际物体看不到。【课堂练习】1.下列光现象中，由于光的折射形成的是（）A．手影 B．筷子错位C．水中倒影 D．小孔成像【答案】B【详解】A．由于光的直线传播，被物体挡住后，在物体后面就会呈现阴影区域，这就是影子，因此手影的形成说明光在同种均匀介质中沿直线传播的，故A不符合题意；B．筷子在装有水的杯中发生错位，这是光从水中斜射入空气发生的折射现象，故B符合题意；C．拱桥在水面的倒影，属于平面镜成像，是光的反射现象，故C不符合题意；D．小孔成像是由光的直线传播形成的，故D不符合题意。故选B。2．小华用所学物理知识给同学们讲解防溺水常识，劝告同学们不要私自下水游泳，因为看起来很浅的水池实际会很深。图中A是水池底的一点，B为人眼看到的该点的位置，请帮洛洛画出造成此现象的光路图。【答案】见右图。【详解】池底反射的光线从水中斜射向空气时，在水面处发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，看到是池底变浅了的虚像；连接眼睛和B点与水面的交点即为折射点，连接折射点和A点即为入射光线，连接折射点和眼睛即为折射光线，如图所示。3.【答案】③，空气。【解析】根据光的折射定律的内容可知：入射光线、法线、折射光线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧，当光线从空气射入玻璃时，折射角小于入射角；当光线从玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角。由图可知，②和③是同一束光线，界面上方为空气。4．诗句“大漠孤烟直，长河落日圆”给我们展现了一幅美丽的画卷。其实诗人观察到的落日并非太阳的实际位置（如图所示），而是太阳光经过不均匀的大气层发生了_____所成的_____（选填“实”或“虚”）像，太阳实际在图中_____（选填“甲”或“乙”）位置。【答案】折射，虚，乙。【解析】由于大气层位置越高空气越稀薄，太阳落山时，太阳发出的光线进入大气层时发生折射，折射角大于入射角，当折射光线进入人的眼睛时，逆着折射光线的方向能够看到太阳的虚像，像的位置比实际位置要高，此时，太阳的实际位置在图中的乙位置。5．有一圆柱形敞口容器，从其左侧某上高度斜射入一束激光，在容器底部产生一个光斑O，如图所示。下列操作将使光斑向左移动的是（）A．保持水面的高度和入射点不变，使激光的入射角增大B．保持激光射入的角度不变，使水面上升C．保持水面的高度不变，使激光笔向右平移D．保持激光射入的角度不变，使水面下降【答案】B.【详解】A．保持水面高度和入射点不变，使激光的入射角增大，激光束远离法线，折射角随之变大，光斑会向右移动，故A不符题意；BD．保持激光射入的角度不变，使水面上升，如图所示，入射点向左移动，则光斑向左移动；同理使水面下降，入射点向右移动，则光斑向右移动，故B符合题意，D不符合