第六章 光的折射（一）
二. 重、难点
1. 理解并掌握光的折射规律，知道光在折射现象中路可逆 ；
2. 折射现象的解释，画出折射的光路图 ；
3. 凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用 ；
4. 凸透镜的焦点、焦距和主光轴、光心 。
三. 知识点分析
（一）折射现象：
1. 光由一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象叫折射现象，折射光线与法线的夹角叫折射角。
2. 折射规律：
（1）光从空气斜射入水或其它介质中时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线与入射光线分居在法线的两侧，折射角小于入射角；
（2）当入射角增大（减小）时，折射角也随之增大（减小）；
（3）两点结论：
a. 当光由空气射向其它介质时，折射光线靠近法线偏折；当光由其它介质射入空气时，折射光线远离法线偏折；
b. 折射现象中，光路是可逆的。
3. 折射成像：
（1）光通过两种介质要发生折射；
（2）人眼判断物体位置要根据光的直线传播原理。
（二）透镜：折射面是两个球面的透明体。
1. 透镜的种类：
（1）凸透镜：中间厚边缘薄。
（2）凹透镜：中间薄边缘厚。
2. 透镜对光的作用：
（1）凸透镜使光线会聚，又叫会聚透镜。
（2）凹透镜使光线发散，又叫发散透镜。
3. 透镜的几个概念：
（1）薄透镜：厚度远小于球半径；
（2）主光轴：过两个球面球心的直线（点划线）；
（3）光心：透镜的中心；
（4）焦点：
a. 平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚于主光轴上一点，这点叫做凸透镜的焦点；
b. 平行于主轴的光线通过凹透镜后发散的折射光线的反向延长线交主光轴于一点，这点叫做凹透镜的虚焦点。
c. 透镜两侧共有两个焦点。
（5）焦距：焦点到光心的距离。
a. 若透镜的两个球面对称，则两侧焦距相等；
b. 焦距越小，透镜的会聚（发散）本领越大。
4. 三条近轴光线：
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入射光线（延长线） |
折射光线（反向延长线） |
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1 |
平行于主光轴 |
过焦点 |
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2 |
过焦点 |
平行于主光轴 |
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3 |
过光心 |
直线传播 |
【典型例题】
[例1] 如图所示，光线从空气射入某液体中，入射角为45○，折射角为30○，光线射到液体
底部水平放置的平面镜上反射回来，最后光线又回到空气中，这时折射角多大？
分析：本题是反射定律及折射规律的综合应用，解决这类题的关键是确定好界面和法线，并灵活运用所学规律解决问题。
解答：作出如下图所示的光路图，光线入射到平面镜上时的反射角为30○，根据光路可逆可知，这时的折射角为45○。
说明：本题除了综合应用了反射知识和折射知识以外，还运用了光路可逆和几何知识。应用上述知识，我们不难看出答案中的光路图是一个轴对称图形，则由对称知识我们很容易得出最终回到空气中的折射角为45○。
[例2] 一杯中盛有水，眼睛正好看到杯底的A点，如图所示。水抽去后，眼睛还在原处，可看到容器壁的最低处在哪一点？此现象说明了什么问题？
分析：这道题是光的折射现象和光的直线传播规律的应用，发生折射现象时光路发生了改变。
解答：如图所示，先连接眼睛至容器口延长交水面于O点，再连接AO。根据光的折射规律，AO为入射光线，OB为折射光线。抽去水后，根据光的直线传播原理，眼睛可看到的最低点为A’， A’在A的上方，如下图所示。
说明：在本题所述的现象中，光从水斜射入空气改变了光的传播方向，发生折射现象。
射入人眼的光线发生了偏折，但人眼总是沿着直线看物体的。因此，杯中盛水时，人眼看到杯底A点的位置实际在A’处。这也就是我们通常情况下看水中的物体比其实际位置要浅的原因。同样的，若在水中看岸上的物体，则所看到的位置比实际情况要高。
[例3] 如图所示，光从水中斜射入空气中时，折射光线应是图中的哪一条？
分析：本题考察的知识点是“光的折射规律”。故解答此类问题的首要前提是知道光的折射规律内容，其次能从题给条件中分辨出入射光线（或折射光线）和界面，第三要分清入射角和折射角。对此类判断、选择以及有关的作图题，我们可以用以下口诀帮助做题：“光从空气射界面，折射靠近法线偏；若从他质入空气，折射远离法线偏；垂直入射光不变。”
解答：根据光的折射规律，光从水斜射入空气，折射光线远离法线，折射角大于入射角。故过入射点作出界面的法线，即可得出正确答案为光线（4）。
说明：这道题目主要是考同学们在折射现象中光线的偏折方向。在初中阶段，我们涉及到的折射现象都是发生在空气和另外一种介质中的。我们不难得出结论：光从空气射入其它介质时，入射角大于折射角；当光从其它介质射入空气中时，入射角小于折射角。由此，我们很容易概括出总是空气中角大的结论。
[例4] 把毛玻璃放在书上，看不清下面的字；如果在毛玻璃的表面抹一层水，它就变得透明了，为什么？
解析：本题应用了玻璃砖的折射特点：即一束光线斜射入平行玻璃砖后，出射光线和原来的入射光线平行。
答案：毛玻璃表面粗糙不平，使折射光线射向各个方向，所以看不清书上的字。在表面抹一层水，水将粗糙面填平，使光线的折射如同平行砖折射一样规则，这样书上的字就清晰可见了。
说明：用我们所学的几何知识很容易证明，一束光线斜射入平行玻璃砖后，出射光线与入射光线平行；当一束光线射向三棱镜时，出射光线向底面偏折。这两个结论是我们今后做题时经常用到的。
[例5] 在图中的适当位置填上适当的光学元件。
解析：甲、乙两图的入射光线相同，均为平行光。甲图光线通过方框，应判断方框内为透镜，乙图射出的仍为平行光线，且在同种物质中传播，其方框内为平面镜，甲图表面上给人有发散的感觉，但注意a、b的箭头方向和a’、b’的箭头方向，可见它们是会聚后再发散的，故甲图应为凸透镜。
答案：
说明：解决此类问题应从以下几个方面考虑：
（1）先将对应的入射光线与出射光线延长至相交得到光路；
（2）根据光学器件对光路的控制作用来确定是面镜还是透镜；
（3）如果是面镜，先画法线，再确定镜面的位置；
（4）如果是透镜，根据它的三种特殊光路或看它们对光线起会聚作用还是发散作用来判断是凸透镜还是凹透镜。
【模拟试题】（答题时间：45分钟）
一. 填空题：
1. 光从一种物质进入另一种透明物质时，它的传播方向会改变，这种现象叫做________。
2. 如图1中，OA、OB和OC是射到空气和玻璃界面上的入射线、反射线和折射线三条光线，则______是法线，反射角为_____度，折射角为_____度。界面的______边是玻璃。
图1
3. 如图2所示，从位于空气中的点光源S发出的光线射到水面上，照亮的水中的P点PO1S，PO2S，PO3S的三条图线中的传播，正确的是______。
图2
4. 孩子在湖边观鱼（图3），这条鱼实际在C点处，但孩子看见鱼是在D点处。则小孩这样看的结果是因为从水下发射的光发生了_________，所看的是鱼的______像，（填实像或虚像），光是从____________________（空气中射到水中或水中射到空气中），鱼的反射光线折射时______（靠近或偏离）法线，小孩看到鱼的水平距离比实际距离________，小孩看到鱼的深度比鱼所在的实际深度______，由于折射使孩子感到好像鱼的真实位置________（改变了或没改变）。
图3
5. 对光线产生发散作用的镜子有______和______。能对光线的传播产生会聚作用的镜子有______和______。
6. 早晨阳光射到地球上，看到太阳在远方的地平线上，阳光在这时____（是或不是）直线传播的，因此，看到太阳的所在位置______（高于或低于）太阳的实际位置，这种现象是由于阳光通过了大气层时发生了向________而出现的。
二. 选择题：
1. 我们能从不同方向看到不发光物体的原因是（ ）
A. 发生了镜面反射 B. 发生了漫反射
C. 发生了折射 D. 因为光是直线传播的
2. 插入水中的筷子，水里部分从水面斜着看起来是（ ）
A. 向上曲折 B. 向下曲折
C. 没有变化 D. 与水对光线的反射有关，难以确定
3. 光从空气射入水中，当入射角变化时，则（ ）
A. 反射角和折射角都发生变化 B. 反射角和折射角都不变
C. 反射角发生变化，折射角不变 D. 折射角变化，反射角始终不变
4. 在下列现象中，哪个属于光的折射现象（ ）
A. 司机从观后镜中观看车后的情况 B. 白光通过三棱镜后出现七色光
C. 在河边可以看到树的倒影 D. 物体通过凸透镜可产生像
5. 对光线起会聚作用的镜是（ ）
A. 平面镜 B. 凸面镜 C. 凹透镜 D. 凸透镜
6. 关于光的折射错误说法是（ ）
A. 折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内
B. 入射线和法线与折射线不一定在一个平面内
C. 入射角总大于折射角
D. 光线从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角
7. 同学在学习“眼球折光系统”一节时，制作了一个眼球模型，如图所示模型中的凸透镜相当于晶状体，烧瓶的后壁相当于视网膜，烧瓶里放有一种透明液体，表示玻璃体，则图示表示的眼球模型和应采取的矫正措施分别是（ ）
A. 远视眼模型，用凸透镜矫正
B. 近视眼模型，用凹透镜矫正
C. 近视眼模型，用凸透镜矫正
D. 远视眼模型，用凹透镜矫正
三. 判断题：
1. 光由空气射入水中时，折射角有可能等于入射角。（ ）
2. 实像只能用光屏看到，虚像不能用光屏看到。（ ）
3. 岸上看到水中的鱼是虚像。（ ）
四. 作图题：
1. 如图4中未知的入射线、反射线、折射线或反射面的位置。
图4
五. 问答题：
1. 像和虚像都可以在光屏上显示出来吗？为什么？
2. 一光源前放一凸透镜，怎样放置在凸透镜前会出现平行光？
【试题答案】
一.
1. 光的折射；
2. XX’、30、60、右；
3. PO3S；
4. 折射、虚、水中射到空气中、偏离、远、浅、改变了；
5. 凹透镜、凸面镜、凸透镜、凹面镜；
6. 不是、高于、下偏折。
二.
1. B 2. A 3. A 4. BD 5. D 6. B、C 7. B
三.
1. 对；
2. 错；
3. 对。
四.
五.
1. 实像可以显示在光屏上，虚像不能显示在光屏上。因为实像是由真实光线会聚成的，有光照射到光屏上；而虚像不是由实际光线会聚成的，它只是实际光线延长线的交点，没有光射到光屏上。
2. 将光源放在该凸透镜的焦点上，则根据凸透镜三条近轴光线的特点，出射光线为平行光。
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