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3.4 光的折射規律
第三章 光和眼睛
知識點
光的折射現象
知1－講
1
【提出問題】光在同種均勻介質中沿直線傳播，在傳播過程中遇到障礙物的表面會發生反射。如果障礙物不透明，則所有的光都將反射回原介質。如果障礙物透明，結果將會怎樣？
【獲取與處理信息】使光從一種透明介質射向另一種透明介質，實驗現象如下所述：
知1－講
知1－講
思想方法
通過歸納、對比得出折射的條件、特點
(1)條件: 從一種介質斜射入另一種介質。
(2)特點: 折射光線相對入射光線有偏折。
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1. 光的折射
光由一種介質進入另一種介質時傳播方向發生改變的現象，叫做光的折射。
注：光在同種不均勻的介質中傳播時，也會發生折射，太陽光在大氣中傳播路徑是彎曲的就是這個原因。如：海市蜃樓。
知1－講
2. 光的折射模型圖
(1)構建光的折射模型圖(圖1)
知1－講
(2)基本概念
① 分界面：兩種介質的交界處。
②入射光線：投射到分界面的光線。
③入射點：入射光線與分界面的交點。
④折射光線：光進入另一種介質后的光線。
⑤ 法線：過入射點與分界面垂直的直線(用虛線表示)。
⑥入射角：入射光線與法線的夾角。
⑦折射角：折射光線與法線的夾角。
知1－講
建立模型
忽略物體形狀、光束粗細、分界面材料等次要因素，抓住光的傳播路徑和方向等主要因素建立模型圖。另外為了研究問題方便，引入法線。
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知識鏈接
區分三種光現象：
(1)光的直線傳播現象：影子的形成、日月食現象、小孔成像。
(2)光的反射：水中倒影、潛望鏡、各類面鏡。
(3)光的折射：看水中的物體、隔著玻璃或其他透明介質看物體。
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例 1
[中考·營口改編，多選]下列各種光現象中，由于光的折射形成的是(　　)
A. 河水看起來變淺了
B. 通過汽車后視鏡看后車情況
C. 太陽光經過三棱鏡后可以形成彩色光帶
D. 早晨太陽還在地平線以下時人就可以看到它
知1－練
解題秘方：發生光的折射時，可能是介質種類改變了，也可能介質種類沒變，但是介質本身不均勻。
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解析：河水看起來變淺了，是由于光的折射形成的，故A正確；通過汽車后視鏡看后車情況，是由于光的反射形成的，故B錯誤；太陽光經過三棱鏡后可以形成彩色光帶，是由于光的折射形成的，故C正確；早晨太陽還在地平線以下時人就可以看到它，是由于光的折射形成的，故D正確。
答案：A、C、D
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1.[中考·丹東] 下列現象中，屬于光的折射現象的是( )
B
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知識點
光的折射規律
2
【提出問題】光斜射向兩種介質的分界面時會發生折射，且改變入射光的方向，折射光的方向也隨之改變。那么，光在折射時，是否遵循一個特定的規律呢？
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【猜想與假設】聯系前面所學的光的反射定律，可以進行如下猜想：折射光線和入射光線分別位于法線兩側；折射光線、入射光線和法線在同一平面內；折射角大于(或小于)入射角。
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【設計實驗與制訂方案】
(1)實驗器材：激光筆、可折疊的帶有角度的紙板、半圓形的玻璃磚、水槽。
(2)實驗裝置圖：如圖2 所示。
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【進行實驗和獲取與處理信息】
(1)實驗步驟
①將標有角度的紙板按如圖2 所示的方式
放置。②將一束激光從空氣斜射向水面O
點，觀察入射光和折射光的位置關系，
記錄入射角和折射角。③逐漸增大入射角，重復步驟②，將實驗數據填入表格。④將紙板的右側向前或向后折轉，觀察是否能看到折射光。
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⑤讓激光垂直于分界面，由空氣射入水中，觀察折射光與
入射光的方向。
⑥改用玻璃磚重做上述實驗，并用筆在紙板上描出某次實
驗的光路。
⑦讓激光逆著紙板上記錄的折射光的方向從玻璃射入空
氣，觀察此時的折射光。
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(2)實驗記錄表格
實驗 次數 光從空氣射入水中 光從空氣射入玻璃磚中 入射角i 折射角r 入射角i 折射角r
1 0° 0° 0° 0°
2 30° 22° 30° 17°
3 45° 35° 45° 24°
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【分析與論證】
(1)光從空氣斜射入水(或玻璃)中時，折射光線、入射光線、法線三者在同一平面內；折射光線和入射光線分居在法線兩側；折射光線向靠近法線方向偏折，折射角小于入射角。
(2)當改變入射角的大小時，折射角的大小也隨之改變。入射角增大時，折射角也增大，反之亦然。
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(3)光從空氣垂直射入水(或玻璃)中時，傳播方向不變。
(4)讓光逆著原折射光的方向從玻璃射入空氣，進入空氣的折射光逆著原入射光的方向射出，說明在光的折射現象中，光路是可逆的。
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綜上所述，可總結為如下規律：
1. 三線共面，即折射光線、入射光線和法線在同一平面內。
2. 兩線分居，即折射光線和入射光線分居在法線兩側。
3. 兩角不一定相等，即光從空氣斜射入水或其他介質中時，折射角小于入射角，當入射角增大時，折射角也增大。光從水中或其他介質斜射入空氣中時，折射角大于入射角。光從一種介質垂直射入另一種介質時，傳播方向不變。
4. 折射時光路可逆。
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對比思想
光的折射與光的反射的異同
不同點：
光的折射：①折射光線和入射光線在不同介質中；②折射角與對應的入射角一般不相等，只有光垂直入射時，r=i=0°。
光的反射：①反射光線和入射光線在同一介質中；②反射角始終與入射角相等。
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相同點：
①折射光線、反射光線都與法線和對應的入射光線在同一平面內；②折射光線、反射光線都與對應的入射光線分別位于法線兩側；③折射角和反射角都隨入射角的增大而增大；④光的反射和折射現象中，光路都是可逆的。
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關聯思考 在兩種透明介質的分界面上，會同時發生反射和折射嗎？
關聯結果
在兩種透明介質的分界面上，會同時發生反射和折射。反射光線與入射光線分居法線兩側且在同種介質中；折射光線與入射光線也是分居法線兩側，但在兩種不同介質中。
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一束單色光從空氣斜射向平行玻璃
磚并穿過，其光路如圖3所示，下
列關系說法正確的是_______。
①∠ 1> ∠ 2 ②∠ 1= ∠ 5
③∠ 1= ∠ 4 ④∠ 3> ∠ 4
例 2
解題秘方：根據光的反射定律和光的折射規律解答。
①②③
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解析：光的反射現象中，反射角等于入射角，所以∠ 1 = ∠ 5；光從空氣斜射入玻璃時，折射角小于入射角，所以∠ 1 > ∠ 2；光從玻璃斜射入空氣時，折射角大于入射角，所以∠ 3< ∠ 4；玻璃磚上下表面平行，則上下兩表面的法線平行，由幾何知識和光路的可逆性可知∠ 1 = ∠ 4。故①②③正確。
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2. 如圖所示的是光由空氣斜射入玻璃時發生折射的光路圖。下列說法正確的是(　　)
A. ∠AOP是入射角
B. ∠QOB是折射角
C. 若入射角增大，折射角會增大
D. 若光沿著BO方向入射，不會沿著OA方向射出
C
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[中考·雅安]如圖4所示，光從水中沿AO方向斜射入
空氣，請畫出空氣中折射光線的大致方向。
例 3
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解題秘方：當光由水中或其他透明介質斜射進入空氣中時，折射角大于入射角。由此畫出折射光線。
解析：過入射點作法線，光由水中斜射入空氣中時，折射角大于入射角。
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解：如圖5所示。
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規律總結：光的折射現象中，在光速大的介質中光線與法線之間的夾角大。
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3. 如圖所示，一條光線從水中斜射向水面時發生了折射，OA為折射光線，請在圖中作出大致的入射光線并標出折射角的度數。
解：如圖所示。
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知識點
生活中的折射現象
3
1. 兩種典型的折射成像現象
現象 在空氣中看水中物體 在水中看空氣中物體
圖示
知3－講
續表：
結論 看到的是水中物體變淺的虛像 看到的是空中物體變高的虛像
延伸 池水看起來比實際淺 潛水員看到天上的飛鳥比實際高
知3－講
2. 成像原理——光的折射
來自水中物體S反射的光，進入空氣時發生折射，折射光進入了人的眼睛，引起視覺；由于有光沿直線傳播的經驗，人會感覺這些光好像是從進入人眼光線的反向延長線的交點S′處發出的；S′就是S在水中的像。
知3－講
由圖示可知：
(1)折射成的像和物體在分界面同側。
(2)入射光線反向延長線過物、折射光線反向延長線過像、折射光線和入射光線交分界面于入射點。
知3－講
知識鏈接
我們看到水中的“物體”，實際上是由于光的折射而形成的虛像，“虛像”是由折射光線的反向延長線會聚而成，“虛像”始終在“實物”的上方。
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折射成像的作圖依據
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如圖6所示，MN為水面，PQ為法線，水面下A處有潛水員，水面上方B、C處分別有小明和小紅。
例 4
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他們三人都通過水面相互觀察，以下說法正確的是(　　)
A. 小明看到小紅的像是由于光的折射形成的
B. 潛水員看到小明的像是由于光的反射形成的
C. 小明觀察小紅的像所對應的光路中，BO是入射光線
D. 潛水員觀察小明的像所對應的光路中，折射角為37°
解題秘方：是否為同種均勻介質是判斷反射與折射現象的關鍵。
知3－練
解析：小紅反射的光經水面發生反射后，射入小明的眼睛，所以小明看到小紅的像，是由于光的反射形成的，故A錯誤；潛水員看到的是小明變高的虛像，是由于光的折射形成的，故B 錯誤；小明觀察小紅的像對應的光路中，CO是入射光線，故C 錯誤；潛水員觀察小明的像對應的光路中，OA是折射光線，折射角為3 7°，故D 正確。
答案：D
知3－練
4. 小明將裝有硬幣A的空杯放在弟弟面前，弟弟的眼睛在P 點看不到硬幣，如圖甲。小明向杯中緩緩注滿水，弟弟眼睛在P點看到了硬幣在B點，如圖乙。請你在圖乙中畫出弟弟看到硬幣的入射光線、
折射光線，并標出折射角r(保留
作圖痕跡)。
知3－練
解：如圖所示。
光的折射規律
光的折射
定義
現象
規律
三線位置關系
兩角大小關系
光路可逆

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