探究光的折射

日常生活中，同學們經(jīng)?？吹竭@樣一些現(xiàn)象：（1）斜插入水中的筷子向上彎折（如圖1）；（2）雨后的天空會出現(xiàn)彩虹（如圖2）；（3）露珠也會灼傷植物的葉片.（如圖3）

原來，這些現(xiàn)象都與光的折射有關(guān).當光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向一般會發(fā)生改變，這就是光的折射.光在同種介質(zhì)中，如果介質(zhì)密度不均勻，光的傳播方向也會改變，海市蜃樓現(xiàn)象就是光在不均勻的同種介質(zhì)中發(fā)生的折射.

那么，光在折射時遵循什么規(guī)律呢？

1.實驗猜想

同學們在學過光的反射定律后可以做出這樣的猜想：折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè).

折射角與入射角的大小關(guān)系是什么關(guān)系呢？可以先簡單觀察光從水槽上方的空氣中沿水槽壁斜射入水中的情形（如圖4），同學們做一做就會猜想出當光從空氣斜射入水中時折射角小于入射角；與光的反射類似，光在折射時光路也是可逆的，就會猜想出當光從水中斜射入空氣中時，折射角大于入射角.

2.設(shè)計并進行實驗

實驗所選器材：激光筆、光的折射實驗組合器材（包括透明水槽、玻璃磚、量角器）、折疊板等.

步驟1 在透明水槽中注滿水，用激光筆沿組合器材的內(nèi)壁從空氣斜射入水中（如圖5所示），觀察折射光線和入射光線的位置，發(fā)現(xiàn)折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè)，同時折射光線和入射光線也在界面兩側(cè).

步驟2 將折疊板插入水槽中，向前折疊，向后折疊，使折疊板的兩個面不在同一平面上，觀察是否能夠找到折射光線（如圖6所示），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，折疊板上不會出現(xiàn)折射光線.

步驟3 記錄折射角和入射角的大小，改變?nèi)肷浣堑拇笮?，測量多組數(shù)據(jù)，并記錄.

步驟4 將光從水中斜射入空氣中（如圖7所示），記錄折射角和入射角的大小，改變?nèi)肷浣堑拇笮?，測量多組數(shù)據(jù)，并記錄.

步驟5 光從空氣中垂直射入水中（如圖8所示），觀察光的傳播方向是否改變；光從水中垂直射入空氣中，觀察光的傳播方向是否改變.

步驟6 將上述實驗中的透明水槽換成玻璃，重復步驟1到5.

3.搜集證據(jù)，得出結(jié)論

（1）根據(jù)步驟1和圖5可得出：折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè).

（2）根據(jù)步驟2和圖6可得出：折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi).

（3）根據(jù)步驟3、步驟6和圖5可得出：當光線從空氣中斜射入水（或玻璃）中時，折射光線偏向法線，即折射角小于入射角.

（4）根據(jù)步驟4、步驟6、圖7和光路可逆的知識，可得出：當光線從水（或玻璃）中斜射入空氣中時，折射光線偏離法線，即折射角大于入射角.

（5）根據(jù)步驟5、步驟6和圖8可得出：垂直于分界面入射時，光的傳播方向不變，即折射角和入射角的大小都為0.

4.總結(jié)與交流

光在兩種介質(zhì)的分界面發(fā)生折射時，折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè)；空氣中的折射角（或入射角）總大于其他介質(zhì)中的入射角（或折射角）.垂直于分界面入射時，光的傳播方向不變.

為方便同學們記憶，可總結(jié)成十六個字的口訣：三線共面、兩線分居、空氣角大、垂直不折.