探究光的折射特點

賈元真

探究光的折射特點實驗是光學(xué)的重點實驗，也是后期學(xué)習(xí)透鏡成像的基礎(chǔ)，在光學(xué)中具有承上啟下的作用。下面通過歸納實驗要點和典例精析，幫助同學(xué)們提高運用知識和規(guī)律解決實際問題的能力。

[實驗要點]

1. 實驗裝置如圖1所示，實驗中使光線顯示明顯的方法：在水面上方噴煙霧；在水中滴幾滴牛奶；實驗在較暗的環(huán)境下進行。

2. 使實驗結(jié)論更具普遍性的操作：改變?nèi)肷浣?，進行多次測量；將水換成其他介質(zhì)（酒精、玻璃磚等）進行實驗。

3. 實驗結(jié)論

光的折射特點：

（1）當(dāng)光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)（三線共面）；

（2）折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)（法線居中）；

（3）入射角增大（或減少）時，折射角也隨之增大（或減少）（同增同減）；

（4）光垂直于介質(zhì)表面入射時，折射角等于0°；

（5）在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。

4. 注意事項

（1）當(dāng)光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中時，折射角小于入射角（折射光線偏向法線方向）；當(dāng)光從水或其他介質(zhì)斜射入空氣中時，折射角大于入射角（折射光線偏離法線方向）。注意，無論是折射角還是入射角，在空氣中的角總是較大的。

（2）光的折射看到的是物體的虛像：①如圖2，從岸上向水中看，水好像很淺，沿著看見魚的方向叉魚，卻叉不到；②如圖3，從水中看岸上的東西，好像變高了；③如圖4，筷子在水中好像“折”了；④如圖5，海市蜃樓等。

[能力提升]

1. （2023·山東）小華利用如圖6所示的實驗裝置，做“探究光的反射定律和光的折射特點”實驗。她用激光筆發(fā)出一束光從空氣射向水面，多次改變?nèi)肷涔獾姆较?，將實驗?shù)據(jù)記錄在表1中。

（1）通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)激光與水面成15°入射時，折射角度數(shù)為______；在從空氣斜射入水中時，折射角 （選填“>”“<”或“=”）入射角。

（2）當(dāng)入射角增大時，反射角 _____（選填“增大”“減小”或“不變”）；可從不同方向看到圓盤上的光線，是因為光束中的部分光在圓盤上發(fā)生了_____反射。

（3）當(dāng)激光筆從水下沿BO入射時，折射光線應(yīng)沿_____方向射出。逐步增大入射角度數(shù)時（入射點位置不變），折射光線_____ （選填“一定”或“不可能”）消失。

（4）當(dāng)光沿著NO方向射入時會沿OM方向射出，此時折射角為_____度。

（5）請你對該同學(xué)通過上述探究實驗得出光的折射特點的過程作出評價。是否存在不足？答：_____ （選填“是”或“否”）。請簡要說明理由： 。

2. （2023·云南）為探究光的折射現(xiàn)象，小明在實驗中根據(jù)光路繪制了圖7光路圖。

（1）圖7中，光線從空氣射入某種透明物質(zhì)，在分界面處發(fā)生反射和折射，其中AE⊥CG，∠4 = ∠5，則_____為折射光線?？諝庠诮缑娴?_____（選填“上”“下”“左”或“右”）側(cè)，為進一步探究光的折射規(guī)律，小明讓入射光從玻璃射向空氣，得到表2。

（2）根據(jù)表格，小明發(fā)現(xiàn)光的折射現(xiàn)象一般都會伴隨著反射現(xiàn)象的發(fā)生，當(dāng)入射角增大時，反射光線和折射光線的夾角_____（選填“增大”“減小”或“不變”）。

（3）當(dāng)入射角i = 42°時，光線_____（選填“能”或“不能”）從玻璃中傳播到空氣中。

（4）當(dāng)入射角i ≥_____時，折射光消失，反射光會變得更亮。請教老師后，小明知道此時發(fā)生的現(xiàn)象叫做全反射，圖8中的圖線_____ （選填“a”或“b”）反映了上述實驗中的兩角關(guān)系。

（5）進一步推論可知，根據(jù)折射現(xiàn)象中光路可逆原理可以判斷：如果光從空氣射向玻璃，滿足一定角度條件時_____（選填“能”或“不能”）發(fā)生全反射現(xiàn)象。

答案：1. （1）46. 5°? ?< （2）增大? ?漫? ?（3）OA? ?一定? ?（4）0? ?（5）是? ?應(yīng)該選用更多不同種類的透明介質(zhì)做此實驗? ?2. （1）HF? ?下? ?（2）減小? ?（3）不能? ?（4）41.8°? ?a? ? （5）不能

[綜合實踐]

學(xué)習(xí)了《光的折射》后，小紅思考了以下幾個問題：光在其他透明介質(zhì)的分界面發(fā)生折射時有什么規(guī)律？即什么條件下折射角小于入射角，什么條件下折射角大于入射角？她在老師的幫助下進行了下面的實驗探究：用一厚玻璃缸盛一定量的水，讓一激光手電筒射出的光束從空氣中斜射入水中，從水中進入玻璃，再次進入空氣中，其光路圖如圖9所示。她又通過網(wǎng)絡(luò)查到了光在一些透明介質(zhì)中的傳播速度（如表3）。

（1）針對小紅提出的問題，請你仔細觀察圖9中的光路，對照表格中的數(shù)據(jù)進行分析，得到的結(jié)論是：光發(fā)生折射的原因是光在不同介質(zhì)中_____ 不同，具體的關(guān)系是：光從_____（選填“傳播速度較大”或“傳播速度較小”，下同）的介質(zhì)進入

的介質(zhì)時，折射角小于入射角。

（2）根據(jù)你得出的結(jié)論，請在圖10中畫出光由玻璃斜射入酒精時，折射光線的大致位置。

答案：（1）傳播速度 傳播速度較大 傳播速度較小 （2）如圖11