對(duì)初中物理教學(xué)中“折射光路”問題的探討

周金萍

【摘 要】本文在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了光在水和玻璃這兩種介質(zhì)間折射現(xiàn)象的探究，并總結(jié)出：折射角和入射角的大小與光在介質(zhì)中的傳播速率有關(guān)。通過例子“練習(xí)畫”折射現(xiàn)象中大致的光路圖，掌握所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生解決問題的能力。

【關(guān)鍵詞】折射角；入射角；傳播速率；光路圖

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1671-8437（2019）10-0097-02

教師在平時(shí)的教學(xué)活動(dòng)中，根據(jù)實(shí)際情況，有時(shí)可以對(duì)教材內(nèi)容做適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)、重組，挖掘其內(nèi)在的學(xué)習(xí)線索。本文在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了光在水和玻璃這兩種介質(zhì)間折射現(xiàn)象的探究，加深學(xué)生對(duì)折射角與入射角大小關(guān)系的理解。

1 針對(duì)光在折射時(shí)影響光路折射角大小因素的探究

通過學(xué)習(xí)課本中的探究實(shí)驗(yàn)可知：當(dāng)光通過空氣斜射入水或玻璃等其他透明介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角；當(dāng)光通過水或玻璃等透明介質(zhì)斜射入空氣時(shí)，折射角大于入射角。善于思考的學(xué)生會(huì)發(fā)出疑問：光從水中斜著射入玻璃中時(shí)，折射角大還是入射角大？在其他類型的透明介質(zhì)之間的分界面發(fā)生折射時(shí)呢？這其中存在什么統(tǒng)一的規(guī)律嗎？因此，我們選擇使用水和玻璃這兩種透明介質(zhì)再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。如圖1所示，我們將玻璃磚置入水中，使用紅色激光筆照射，使光從水中斜著射入玻璃，再由玻璃斜射入水中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可得出初步結(jié)論：光從水中斜射入玻璃，折射角小于入射角，折射光線靠近法線；光從玻璃斜射入水中，折射角大于入射角，折射光線遠(yuǎn)離法線。

綜合考慮光在玻璃、水、空氣這三種介質(zhì)中傳播的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可畫出大致的折射光路，如圖2所示。同時(shí)結(jié)合光在玻璃中、水中、空氣中的傳播速率，如表1可知，當(dāng)光從空氣斜射入水中時(shí)，折射角小于入射角，此時(shí)從表格中的數(shù)據(jù)可以觀察到，光在水中的傳播速率小于在空氣中的傳播速率。當(dāng)光從水中斜射入玻璃時(shí)，折射角小于入射角，此時(shí)從表格中的數(shù)據(jù)可以觀察到，光在玻璃中的傳播速率小于水中的傳播速率。

總結(jié)出一般規(guī)律：當(dāng)光從具有高傳播速率的介質(zhì)以一定角度傾斜射入具有低傳播速率的介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角；當(dāng)光從具有低傳播速率的介質(zhì)以一定角度傾斜射入具有高傳播速率的介質(zhì)中時(shí)，折射角大于入射角（也就是說，當(dāng)發(fā)生折射時(shí)，傳播速率越大的介質(zhì)中的角也越大）

為了讓同學(xué)們更好的理解這一規(guī)律，可以類比一個(gè)實(shí)例，如圖3所示。

Ⅰ區(qū)為堅(jiān)硬水泥路面，Ⅱ區(qū)為松軟的砂石路面，車子在Ⅰ區(qū)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)分界線處，車子左輪在Ⅱ區(qū)，速率減小，右輪仍在Ⅰ區(qū)，按原速率行使，這樣會(huì)因兩輪的速率不同而轉(zhuǎn)彎，待兩車輪都到Ⅱ區(qū)時(shí)，車子以較小的速率繼續(xù)直線運(yùn)動(dòng)。就像光在傳播速率不同介質(zhì)的界面處發(fā)生偏折一樣。這樣更便于學(xué)生理解和應(yīng)用，提高能力。

2 應(yīng)用

在學(xué)習(xí)光的折射現(xiàn)象時(shí)，你學(xué)習(xí)到了：光從低傳播速率的介質(zhì)斜射入高傳播速率的介質(zhì)中時(shí)，折射角大于入射角；光從具有高傳播速率的介質(zhì)斜射入低傳播速率的介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角。

根據(jù)光在各類不同透明介質(zhì)中的傳播速率（如表2），請(qǐng)?jiān)谙旅鎴D4、圖5中分別畫出光發(fā)生折射時(shí)的大致光路。

【分析】關(guān)鍵是明白當(dāng)光從傳播速率大的介質(zhì)斜射入傳播速率小的介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角；光從傳播速率小的介質(zhì)斜射入傳播速率大的介質(zhì)中時(shí)，折射角大于入射角。

【解答】光路圖如6、圖7所示，只要求畫出折射光線的大致位置。