3.1 光的折射 2024-2025学年苏科版物理八年级上册

远在古代，人类就渴望认识神秘的宇宙。 他们崇拜眼睛，想象把自己的眼睛延长…… 透镜使人类的夙愿成为现实。 眼镜，矫正人的视力； 显微镜、望远镜，延展人类的视觉空间； 照相机，捕捉美好瞬间。 ………… 这些形形色色的仪器，乃至我们的眼睛，都与透镜成像有关。 透镜为什么会成像？ 透镜成像有什么特点？ 商铜纵目面具 藏于四川广汉三星堆博物馆 第三章 光的折射 透镜 ·光的折射 ·透镜 ·凸透镜成像规律 ·透镜的应用 ·人眼看不见的光 ·跨学科实践 想一想：从岸上看，为什么会觉得水的深度比实际深度浅呢？ 一、光的折射 什么是光的折射？（观察） 活动 3.1 观察光的折射现象 1. 如图所示，将一束光斜射到容器底面点 P 处；向容器中注水，观察底面上光斑的位置是否发生变化。 2. 设法使光束在空气和水中的传播路径显示出来，观察光传播的方向是否变化。 3. 使光束垂直于水面射入，观察光的传播方向的特点。 4. 改变光的入射方向(斜射入)，观察光的传播方向有什么特点。 5. 继续逆时针转动激光笔，你观察到什么现象？ P 什么是光的折射？（比较） 根据你观察到的现象，想一想： ·光由空气进入水中时，传播方向有哪些特点？ ·光从空气斜射入水中，光的传播方向在什么位置发生改变？ ·为了描述光在不同介质中传播的特点，需要一个统一的参照标准，你认为这个参照标准是什么？ 活动 3.1 观察光的折射现象 什么是光的折射？ 通过上述活动发现，当光垂直射入水中时，传播方向不变；当光斜射入水中时，传播方向会发生偏折。光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象叫作光的折射。 如图所示，过入射点 O 且垂直于分界面的直线 NN' 称为法线。AO 是入射光线，OB 是折射光线；入射光线与法线的夹角 α （/alpha）称为入射角，折射光线与法线的夹角 γ（/gama）称为折射角。 O A B C N N' M M' α γ β 空气 水 分界面 法线 入射光线 折射光线 入射角 折射角 想一想：对照光的反射定律并结合你在上述活动中观察到的现象，你觉得光在发生折射时会有哪些特点？ 光发生折射时有哪些特点？ 活动 3.2 探究光的折射特点 O 1. 实验装置如图所示。向水槽中注水，使水面恰好通过背景屏的圆心 O。 ■ 将一束光从空气经圆心 O 射入水中，观察背景屏上显示的光路。 ·折射光线、入射光线和法线是否在同一平面内？ ·从垂直入射开始，逐次增大入射角，折射角如何变化？ ·折射角与入射角的大小关系如何？ ■ 使一束光从水中经圆心 O 射入空气。 ·逐次改变入射角，比较折射角和入射角的大小。 ■ 光从空气斜射入水中和从水斜射入空气中，折射情况有什么不同？ 光发生折射时有哪些特点？ 活动 3.2 探究光的折射特点 1. 实验装置如图所示。向水槽中注水，使水面恰好通过背景屏的圆心 O。 ■ 将一束光从空气经圆心 O 射入水中，观察背景屏上显示的光路。 ·折射光线、入射光线和法线是否在同一平面内？ ·从垂直入射开始，逐次增大入射角，折射角如何变化？ ·折射角与入射角的大小关系如何？ 入射角α/° 0 20 40 60 80 折射角γ/° ■ 使一束光从水中经圆心 O 射入空气。 ·逐次改变入射角，比较折射角和入射角的大小。 ·将背景屏右上部分向后折，你观察到什么现象？ 入射角α/° 0 20 40 60 80 折射角γ/° ■ 光从空气斜射入水中和从水斜射入空气中，折射情况有什么不同？ 光发生折射时有哪些特点？ 活动 3.2 探究光的折射特点 2. 如图所示，假设一束光从空气射入玻璃砖，再从它的另一侧射出。 ·当光从空气空气斜射入玻璃砖后，将向哪个方向偏折？你是如何判断的？ ·当光通过玻璃砖后从另一个侧面射出时，又将向哪个方向偏折？你是如何判断的？ ·试一试，实际情况与你的判断一致吗？画出光传播的路径。 ·光从空气斜射入玻璃中和从玻璃斜射入空气中，折射情况有什么不同？ A B O1 N1 O2 N2 光发生折射时有哪些特点？ 活动 3.2 探究光的折射特点 实验发现，当光从空气斜射入水（或玻璃）中时，折射光线偏向法线方向，即折射角小于入射角；当光从水（或玻璃）斜射入空气中时，折射光线偏离法线方向，即折射角大于入射角。 光发生折射时有哪些特点？ 活动 3.2 探究光的折射特点 人们由大量实验归纳出光的折射特点： 当光从一种介质斜射入另一种介质时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于法线两侧；入射角增大（或减小）时，折射角也随之增大（或减小）。 光发生折射时有哪些特点？ 想一想 ·将另一束光线沿着 BO2 射入玻璃砖，你观察到什么现象？说明了什么？ ·一束光从空气射入玻璃砖，再从它的另一侧射出。入射光线 AO1 和折射光线 O2B 有什么样的位置关系？ 实践与练习 1. 如图是同学们探究光的折射特点时猜想的光路图，哪些是错误的？说一说理由。 2. 光从空气斜射到玻璃表面，除了发生折射，还会发生反射。试在图中标明入射光线、折射光线和反射光线，并用箭头标出光的传播方向。 实践与练习 例题 如图所示，将硬币放在碗底，然后后退至恰好看不到硬币的位置停下。请另一位同学向碗中缓缓注水（注意不要移动硬币的位置），当水面上升到一定高度时，你就能再次看到硬币了。试一试，并解释其原因。 如何用光的折射特点解释生活中的现象？ 如何用光的折射特点解释生活中的现象？ 分析 看不到硬币，是由于来自硬币的光被碗壁挡住了。加水后，光从水射向空气，由于折射角大于入射角，因而能再次看到硬币。解答时可借助示意图说明。 如何用光的折射特点解释生活中的现象？ 解答 如图（a）所示，眼睛从 A 处移到 B 处的过程中都能看到硬币，再稍向后移（如 C 处），碗壁挡住了来自硬币的光，因而看不到硬币。 如图（b）所示，加水后来自硬币 P 的光 PO 从水射向空气，由于折射角大于入射角，折射光 OC 得以进入眼睛，因而能再次看到硬币。 如何用光的折射特点解释生活中的现象？ 反思 回顾本节开头的情景，现在你知道从岸上看会觉得水的深度比它的实际深度浅的原因了吗？ 来自池底点 P 的两条光线，从水中斜射入空气中时，折射角大于入射角，折射光线向远离法线的方向偏折后进入人眼，它们的反向延长线相交与点 P'。当我们从岸上观察水中的物体时，眼睛沿着折射光线的方向看去，大脑会习惯于认为光是沿直线传播的，光线好像来自于点 P'，点 P' 就是点 P 的虚像（如图）。虚像的位置向上偏移，这意味着我们看到的虚像点 P' 的位置比实际位置高。同理，物体上其他点也能通过折射形成对应的虚像点，从而形成物体完整的虚像。我们看到的物体位置比实际位置要高，这就造成了池底看起来比实际深度要浅。 实践与练习 3. 把玻璃杯放在有字的卡片上，往杯内注水近满，如图所示，由上向下观察，比较你看到的杯外和杯内的文字。描述你看到的现象，并解释产生这一现象的原因。 实践与练习 4. 如图所示，将筷子插入圆柱形的透明玻璃杯中。请用多种方式试一试：改变筷子在水杯中的位置和角度，从不同的方向观察，并分别拍摄照片与同学分享。 实践与练习 4. 如图所示，将筷子插入圆柱形的透明玻璃杯中。请用多种方式试一试：改变筷子在水杯中的位置和角度，从不同的方向观察，并分别拍摄照片与同学分享。 5.如图所示，在清澈的水中可以清清楚楚地看到水中的游鱼。如果用鱼叉对准看到的鱼，却总是叉不到鱼。有经验的渔民都知道，叉鱼时只有瞄准鱼的下方才能叉到，试说明其中的道理。如果不用鱼叉而改用激光束捕鱼，应该把激光束瞄准哪里，为什么？ 实践与练习 读一读 太阳奇观 太阳变形的奥秘 我们知道，光从一种介质进入另一种介质时会发生折射。其实，即使在同一种介质中，如果介质的疏密分布不同，光也会发生折射。例如，夏天的傍晚，海水温度和空气温度相差较大，造成海面附近空气的疏密分布不同。当光在疏密分布不同的空气中传播时，就会发生折射。下图所示是我们看到的由于光的折射而变形的太阳。 （a）变扁的太阳 （b）变方的太阳 变扁的太阳 读一读 太阳奇观 太阳变形的奥秘 光穿过疏密分布不均匀的大气时会发生偏折，传播方向会向密度较大的近地区域偏移。夏天的傍晚，当观察者位于海平面附近时，海水温度与空气温度相差较大，造成海面附近空气的疏密分布不均匀，距海面越近，温度越低，空气密度越大。太阳光穿过密度不均匀的大气层时不断发生偏折，越靠近海面，偏折程度越大，因此，太阳看上去好像变形了，呈现出“变扁”或“变方”的奇特视觉效果。 朝阳和夕阳 海市蜃楼 读一读 太阳奇观 罕见的“三日同辉”——幻日 如图所示，在太阳的左右两侧各有一个特别明亮的地方，看上去像天空中同时有三个大小不同的太阳，这种现象称为幻日。 产生这种奇特现象的原因是什么？ 原来，高空中悬浮着许多形状规则的小冰晶，当太阳光经过它们时，会发生反射和折射，在特定的环境下就会产生幻日现象。 幻日现象需要满足一些特定条件:要有冰晶;云层要薄，透光率要好;太阳与冰晶以及观察者之间的角度要合适。 色散现象 想一想 ·三棱镜对哪种色光的偏折能力强？ ·改变入射光线的位置，你还观察到什么现象？ 雨后，有时天空中会出现美丽的彩虹。大 家还记得彩虹出现在哪个方向吗? 实际上，彩虹出现在太阳的对面，也就是人背 对太阳时才能看到彩虹。原因在于，彩虹是空 气中的水滴像镜子一样反射阳光时出现的现象。 雨后，当阳光照射到漂浮在空气中的水滴 表面后，一部分光会折射进入水滴中。光的折 射角度因颜色(波长)而变化。阳光是由各种颜 色的光混合而成的白光，射入水滴发生折射时， 光被分解为“七色”,这与三棱镜的作用原理相 同。 被分解的光在水滴内经过一次反射后射入我们的眼睛中，我们就看到了彩虹(主虹)。由于水滴像镜子一样反射光线，所以彩虹只出现在太阳对面。 条件好的时候，有时也能看到光线在水滴内再次反射所形成的彩虹——霓(又称“次虹”或“副虹”)。霓出现在主虹的外侧，其颜色次序与主虹相反，内侧为红色，外侧为紫色。由于每次光线在水滴内反射时都会有一部分光射出水滴，因此霓的颜色会比主虹浅一些。 彩虹与霓 $$