第4节 光的折射与透镜（导学案）物理鲁科版五四学制2024八年级上册

第4节 光的折射与透镜 【学习目标】 1.通过实验探究，知道折射光线、折射角的含义，了解光从空气射入水中或射入其他介质时的偏折规律。 2.了解光在发生折射时，光路的可逆性。 3.了解透镜的种类。 4.了解透镜的焦点、焦距，认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用。 5.了解生活中的光的折射现象，并能用光的折射规律进行解释。 【学习重点】 光的折射规律的探究及凸透镜和凹透镜的作用。 【学习难点】 学习难点：折射现象中，折射角和入射角的大小关系。 【自主预习】阅读教材《光的折射与透镜》，并完成填空： 1. 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射. 2. 光的折射规律： ①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居在法线两侧。 ②光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角；当入射角增大时，折射角也增大。当光从空气垂直射入水中或其他介质中时，传播方向不变。 ③在折射现象中，光路可逆(选填“可逆”或“不可逆”)。 3．“潭清疑水浅”是光的折射现象。“疑水浅”是指站在岸边向水底看，觉得水底比实际的浅（浅/深）一些。“海市蜃楼”是远处物体发出的光在射向空气的过程中，由于空气疏密不均匀而发生折射产生的现象。 4. 透镜分为凸透镜和凹透镜。边缘薄、中间厚的透镜为凸透镜；边缘厚、中间薄的透镜为凹透镜。 5. 实验表明：凸透镜对光线有会聚作用（也叫会聚透镜），凹透镜对光线有发散作用（也叫发散透镜）。 6. 凸透镜能使平行于主光轴的光会聚在一点，这个点叫作焦点，焦点到光心的距离叫作焦距。凸透镜有两个焦点，凹透镜有两个焦点，都关于光心对称。 【合作探究】 探究一、光的折射 1.实验：用激光斜射水面。 现象：激光斜射入水中时，传播方向发生偏折。 2.定义：光从一种物质斜射入另一种物质时，传播方向通常会发生偏折，这种现象叫做光的折射。 3.与光的折射相关的概念： （1）入射点:入射光线与界面的交点。 （2）入射光线：射向界面的光线。 （3）折射光线：进入另一种介质的光线。 （4）法线：经过入射点且垂直于界面的直线（虚线）。 （5）入射角：入射光线与法线的夹角。 （6）折射角：折射光线与法线的夹角。 4.对光的折射的解析： （1）光从一种物质斜射向另一种物质时，同时会发生反射和折射。 （2）光的折射发生原因：由于光速在不同介质中的传播速度不同。 （3）光线垂直射入另一种介质时，传播方向不改变。 （4）在同种物质中，若介质不均匀，也会发生光的折射。 5.实验：探究光的折射特点 （1）提出问题：在光的折射现象中，折射光与入射光有怎样的关系？ （2）猜想假设： 。 （3）设计实验：让激光笔射出的光从空气沿光屏斜射入水中，观察折射光线、法线与入射光线间的位置关系。 （4）实验装置图： （5）实验步骤： 按装置图把光源、水槽、可折叠光屏装配好。 ①让一束激光从空气斜射入水中观察并描述激光束在空气中和水中的径迹。与入射光线相比，折射光线是否发生了偏折？向哪个方向偏折？ ②改变入射角的大小，观察并记录折射角与入射角的大小变化情况，比较它们之间的大小关系。 ③让光线垂直水面射入水中，观察光是如何传播的？ （6）实验表格： （7）实验结论： 光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角。当入射角增大时，折射角也增大。当光从空气垂直射入水中或其他介质中时，传播方向不变。 （8）交流反思： 如果让光逆着折射光线的方向从水或其他介质射入空气中，可以看到，进入空气中的折射光线逆着原来入射光线的方向射出。也就是说，在折射现象中，光路是可逆的。（请利用现有器材完成实验） 6.生活中的折射现象 （1）河水被看浅：河水看起来为什么比实际的浅? 根据光的折射特点，池底某点反射的光从水中斜射向空气时会发生偏折，逆着折射光看去，就会感觉这个点的位置升高了，即池水看起来比实际的浅。 请思考：（1）沿着你看见鱼的方向去叉它，却叉不到。为什么？ （2）水中铅笔、厚玻璃下面的尺子为什么会错位？ 原来，光从水中斜射向空气，折射角大于入射角，我们把鱼看浅了。 （2）海市蜃楼： 海市蜃楼是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像，因为当大气层内的空气疏密不均匀时，就会发生光的折射。 7.光的折射作图： （1）一束激光从空气中以图示角度射入水中，其反射光线与折射光线刚好垂直。请在图中画出折射光线，并标出折射角的角度大小。 【答案】 【解析】过入射点O的垂直于界面是法线，根据反射角等于入射角等于53°画出反射光线；反射光线与界面的夹角为90°-53°=37°，光从空气斜射向某透明介质，折射角小于入射角画出折射光线，折射光线与反射光线垂直，则折射光线与界面之间的夹角为90°-37°=53°，折射角为90°-53°=37°。 （2）为测量容器中水的深度，一同学将刻度尺竖直插入水中，如图所示。从A处向水中看去，看到刻度尺上B点在水中所成的像位于C点，同时看到水中D点的像也位于C点。请据此：（1）用虚线画出水面位置；（2）完成看到D点的光路图。      【答案】 【解析】为测量容器中水的深度，一同学将刻度尺竖直插入水中，如图所示。从A处向水中看去，看到刻度尺上B点在水中所成的像位于C点，根据平面镜成像时，像与物到镜面的距离相等，则水面在BC的中点处，根据BC长度为30.0cm-10.0cm=20.0cm，则水面在20.0cm刻度处，如图所示，同时看到水中D点的像也位于C点，连接AC与水面相交点O是入射点，连接DO是入射光线，OA是折射光线 （3）小明将两个大小相同的红、蓝环粘在一起形成“8”字。手拿红环将蓝环竖直放入水中，使蓝环刚好浸没，从水面上方C点可以观察到红环的“倒影”和蓝环的像并不完全重合，如图甲所示。请在乙图中作出： （1）红环最上端A点在水中的像点； （2）点为蓝环最下端B点的像，请完成从C点看到B点的光路。    【答案】   【解析】（1）平静的水面可视为平面镜，平面镜成的像与物关于镜面对称，据此确定红环最上端A点在水中的像点（已知两个大小相同的红、蓝环粘在一起形成“8”字，故点与蓝环最下端B点重合），如下所示： （2）蓝环最下端B点反射的光由水中斜射入空气中时，折射角大于入射角，折射光线远离法线，人逆着折射光线看去，看到最下端B点的像比最下端B偏高，连接交水面于O点，连接BO即为入射光线，OC为折射光线  助学释疑二　透镜及其对光的作用 1.观察与实验 （1）做一做：让几束平行激光分别照射到方形玻璃砖、三角形玻璃砖、凸形玻璃砖、凹形玻璃砖上，观察并描述不同形状的玻璃砖对光。 （2）现象：观察实验现象发现：平行光经过方形玻璃砖折射后仍然平行，方向保持不变，光线位置会发生侧向平移；平行光经过三角形玻璃砖后仍然平行，折射光线向玻璃砖厚的一侧偏折；平行光经过凸形玻璃砖和凹形玻璃砖后，方向发生偏折，不再保持平行，折射光线向玻璃砖厚的一侧偏折。 2.透镜 （1）定义：利用光的折射可以制成各种改变光路的光学器件，应用最普遍的是透镜。一般透镜的两个表面中至少有一个表面是球面的一部分，如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜就叫作薄透镜。 （2）分类：透镜有两大类，包括凸透镜和凹透镜。 3.凸透镜：（1）特点：它的中央较厚、边缘较薄，两个表面中至少有一个是球面的一部分。 （2）作用：凸透镜对光的会聚作用。 （3）凸透镜的光心、光轴、焦点、焦距： 光心：凸透镜的中心0称为光心。通过光心的光，传播方向不变。 光轴：通过光心且垂直于透镜表面的直线称为主光轴，简称光轴。 焦点：平行于主光轴的光经凸透镜折射后会聚的点称为凸透镜的焦点，用符号F表示。（凸透镜的两侧各有一个焦点） 焦距：焦点到光心的距离称为焦距，用字母f表示。（凸透镜的焦距越大，凸透镜对光的会聚作用越小） （4）凸透镜的三条特殊光线： （5）测量凸透镜的焦距： 把一只放大镜正对着太阳光，再把一张纸放在它的另一侧，调整放大镜与纸的距离，纸上会出现一个很小、很亮的光斑（即焦点），用刻度尺量出该点到凸透镜的距离即焦距。 4.凹透镜： （1）特点：它的中央较薄、边缘较厚，两个表面中至少有一个是球面的一部分。 （2）作用：凸透镜对光的发散作用。 （3）凹透镜的光心、光轴、焦点、焦距： 与凸透镜类似，凹透镜也有主光轴、光心。通过凹透镜光心的光，其传播方向也不变。 平行于主光轴的光经凹透镜发散后，其反向延长线的交点叫凹透镜的焦点。凹透镜的两侧各有一个焦点称为凸透镜的焦点，用符号F表示。 （4）凹透镜的三条特殊光线： 【课堂练习】 1. 下列光现象中，由于光的折射形成的是（　　） A．手影 B．筷子错位 C．水中倒影 D．小孔成像 【答案】B 【详解】A．由于光的直线传播，被物体挡住后，在物体后面就会呈现阴影区域，这就是影子，因此手影的形成说明光在同种均匀介质中沿直线传播的，故A不符合题意； B．筷子在装有水的杯中发生错位，这是光从水中斜射入空气发生的折射现象，故B符合题意； C．拱桥在水面的倒影，属于平面镜成像，是光的反射现象，故C不符合题意； D．小孔成像是由光的直线传播形成的，故D不符合题意。 故选B。 2．小华用所学物理知识给同学们讲解防溺水常识，劝告同学们不要私自下水游泳，因为看起来很浅的水池实际会很深。图中A是水池底的一点，B为人眼看到的该点的位置，请帮洛洛画出造成此现象的光路图。 【答案】见右图。 【详解】池底反射的光线从水中斜射向空气时，在水面处发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，看到是池底变浅了的虚像；连接眼睛和B点与水面的交点即为折射点，连接折射点和A点即为入射光线，连接折射点和眼睛即为折射光线，如图所示。 3. 如图所示，是两束光在玻璃和空气中传播的光路，①和②是入射光线，③和④是折射光线。其中入射光线②与折射光线______是同一束光，界面的上方是______（选填“玻璃”或“空气”）。 【答案】③，空气。 【解析】根据光的折射定律的内容可知：入射光线、法线、折射光线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧，当光线从空气射入玻璃时，折射角小于入射角；当光线从玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角。由图可知，②和③是同一束光线，界面上方为空气。 4．有一圆柱形敞口容器，从其左侧某上高度斜射入一束激光，在容器底部产生一个光斑O，如图所示。下列操作将使光斑向左移动的是（ ） A．保持水面的高度和入射点不变，使激光的入射角增大 B．保持激光射入的角度不变，使水面上升 C．保持水面的高度不变，使激光笔向右平移 D．保持激光射入的角度不变，使水面下降 【答案】B. 【详解】A．保持水面高度和入射点不变，使激光的入射角增大，激光束远离法线，折射角随之变大，光斑会向右移动，故A不符题意； BD．保持激光射入的角度不变，使水面上升，如图所示，入射点向左移动，则光斑向左移动；同理使水面下降，入射点向右移动，则光斑向右移动，故B符合题意，D不符合题意；C．保持水面高度不变，使激光笔向右平移，则入射光线和折射光线都向右平移，所以光斑右移，故C不符合题意。 故选B。 5．如图是光线通过透镜（图中未画出）的情形，其中是凸透镜的是（　　） A．① B．② C．③ D．①②③④ 【答案】C。 【解析】由图可知，①②④中经透镜折射后的光线与射向透镜的光线相比，远离主光轴，说明透镜对光线具有发散作用，所以是凹透镜； ③图中的光线经透镜折射后，与透镜前的光线相比，与主光轴的分离程度小，说明透镜对光线具有会聚作用，所以是凸透镜。 故ABD不符合题意，C符合题意。 所以选C。 6. 如图所示，小明手持凸透镜正对着太阳，下面放一张白纸，调节透镜到白纸的距离，会在白纸上得到最小最亮的光斑，在该光斑处能将火柴点燃，该光斑所处位置就是透镜的_____，该光斑到透镜中心的距离叫_____，经过______的光不改变方向。 【答案】焦点，焦距，光心. 【解析】太阳光在白纸上最小最亮的光斑，就是透镜的焦点，该光斑到透镜中心的距离叫焦距。经过光心的光不改变方向。 7. 公元前2世纪，西汉淮南王刘安的《淮南万毕术》记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生”，其描述的现象如图所示，下列说法错误的是（ ） A．“削冰令圆”指的是把冰削成凹透镜 B．“举以向日”指的是冰透镜正对太阳光 C．“以艾承其影”中的“影”指冰透镜的焦点 D．“则火生”是因为冰透镜能会聚光线 【答案】A. 【解析】A．古人将冰磨成一种冰透镜，该透镜中间厚、边缘薄，属于凸透镜，“削冰令圆”指的是把冰削成凸透镜，故A错误，符合题意； B．“举以向日”指的是冰透镜正对太阳光，让太阳光平行于凸透镜的主光轴照到凸透镜上，故B正确，不符合题意； C．凸透镜能将平行光会聚在焦点处，所以“以艾承其影”中的“影”指冰透镜的焦点，故C正确，不符合题意； D．“则火生”是因冰透镜是凸透镜，能会聚光线，从而将太阳光的能量集中，产生高温，引燃艾草，D正确，不符题意。 故选A。 8. 光通过透镜会发生折射，请将图中的入射光线或折射光线补画完整。 【答案】右图。 【解析】图中透镜是凸透镜，凸透镜有三条特殊光线：过焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴；穿过光心的光线传播方向不变；与主光轴平行的光线折射后穿过凸透镜的焦点，光路图如图所示. 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 光的折射与透镜 【学习目标】 1.通过实验探究，知道折射光线、折射角的含义，了解光从空气射入水中或射入其他介质时的偏折规律。 2.了解光在发生折射时，光路的可逆性。 3.了解透镜的种类。 4.了解透镜的焦点、焦距，认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用。 5.了解生活中的光的折射现象，并能用光的折射规律进行解释。 【学习重点】 光的折射规律的探究及凸透镜和凹透镜的作用。 【学习难点】 学习难点：折射现象中，折射角和入射角的大小关系。 【自主预习】阅读教材《光的折射与透镜》，并完成填空： 1. 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生 ，这种现象叫做光的折射. 2. 光的折射规律： ①折射光线、入射光线和法线在同一 内；折射光线和入射光线分居在法线 侧。 ②光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向 方向偏折，折射角 于入射角；当入射角增大时，折射角也 。当光从空气垂直射入水中或其他介质中时，传播方向 。 ③在折射现象中，光路 (选填“可逆”或“不可逆”)。 3．“潭清疑水浅”是光的 现象。“疑水浅”是指站在岸边向水底看，觉得水底比实际的 （浅/深）一些。“海市蜃楼”是远处物体发出的光在射向空气的过程中，由于空气疏密不均匀而发生 产生的现象。 4. 透镜分为 透镜和 透镜。边缘薄、中间 的透镜为凸透镜；边缘厚、中间 的透镜为凹透镜。 5. 实验表明：凸透镜对光线有 作用（也叫会聚透镜），凹透镜对光线有 作用（也叫发散透镜）。 6. 凸透镜能使平行于主光轴的光 在一点，这个点叫作焦点，焦点到光心的距离叫作 。凸透镜有 个焦点，凹透镜有 个焦点，都关于 对称。 【合作探究】 探究一、光的折射 1.实验：用激光斜射水面。 现象：激光斜射入水中时，传播方向发生 。 2.定义：光从一种物质 入另一种物质时，传播方向通常会发生 ，这种现象叫做光的折射。 3.与光的折射相关的概念： （1）入射点:入射光线与界面的交点。 （2）入射光线：射向界面的光线。 （3）折射光线：进入另一种介质的光线。 （4）法线：经过入射点且垂直于界面的直线（虚线）。 （5）入射角：入射光线与法线的夹角。 （6）折射角：折射光线与法线的夹角。 4.对光的折射的解析： （1）光从一种物质斜射向另一种物质时，同时会发生反射和折射。 （2）光的折射发生原因：由于光速在不同介质中的传播速度不同。 （3）光线垂直射入另一种介质时，传播方向不改变。 （4）在同种物质中，若介质不均匀，也会发生光的折射。 5.实验：探究光的折射特点 （1）提出问题：在光的折射现象中，折射光与入射光有怎样的关系？ （2）猜想假设： 。 （3）设计实验：让激光笔射出的光从空气沿光屏斜射入水中，观察折射光线、法线与入射光线间的位置关系。 （4）实验装置图： （5）实验步骤： 按装置图把光源、水槽、可折叠光屏装配好。 ①让一束激光从空气斜射入水中观察并描述激光束在空气中和水中的径迹。与入射光线相比，折射光线是否发生了偏折？向哪个方向偏折？ ②改变入射角的大小，观察并记录折射角与入射角的大小变化情况，比较它们之间的大小关系。 ③让光线垂直水面射入水中，观察光是如何传播的？ （6）实验表格： （7）实验结论： 光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角 入射角。当入射角增大时，折射角也 。当光从空气垂直射入水中或其他介质中时，传播方向 。 （8）交流反思： 如果让光逆着折射光线的方向从水或其他介质射入空气中，可以看到，进入空气中的折射光线逆着原来入射光线的方向射出。也就是说，在折射现象中，光路是 的。（请利用现有器材完成实验） 6.生活中的折射现象 （1）河水被看浅：河水看起来为什么比实际的浅? 根据光的折射特点，池底某点反射的光从水中斜射向空气时会发生偏折，逆着折射光看去，就会感觉这个点的位置 了，即池水看起来比实际的浅。 请思考：（1）沿着你看见鱼的方向去叉它，却叉不到。为什么？ （2）水中铅笔、厚玻璃下面的尺子为什么会错位？ 原来，光从水中斜射向空气，折射角大于入射角，我们把鱼看浅了。 （2）海市蜃楼： 海市蜃楼是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像，因为当大气层内的空气疏密不均匀时，就会发生光的 。 7.光的折射作图： （1）一束激光从空气中以图示角度射入水中，其反射光线与折射光线刚好垂直。请在图中画出折射光线，并标出折射角的角度大小。 （2）为测量容器中水的深度，一同学将刻度尺竖直插入水中，如图所示。从A处向水中看去，看到刻度尺上B点在水中所成的像位于C点，同时看到水中D点的像也位于C点。请据此：（1）用虚线画出水面位置；（2）完成看到D点的光路图。      （3）小明将两个大小相同的红、蓝环粘在一起形成“8”字。手拿红环将蓝环竖直放入水中，使蓝环刚好浸没，从水面上方C点可以观察到红环的“倒影”和蓝环的像并不完全重合，如图甲所示。请在乙图中作出： （1）红环最上端A点在水中的像点； （2）点为蓝环最下端B点的像，请完成从C点看到B点的光路。    助学释疑二　透镜及其对光的作用 1.观察与实验 （1）做一做：让几束平行激光分别照射到方形玻璃砖、三角形玻璃砖、凸形玻璃砖、凹形玻璃砖上，观察并描述不同形状的玻璃砖对光。 （2）现象：观察实验现象发现：平行光经过方形玻璃砖折射后仍然平行，方向保持不变，光线位置会发生侧向平移；平行光经过三角形玻璃砖后仍然平行，折射光线向玻璃砖厚的一侧偏折；平行光经过凸形玻璃砖和凹形玻璃砖后，方向发生偏折，不再保持平行，折射光线向玻璃砖厚的一侧偏折。 2.透镜 （1）定义：利用 可以制成各种改变光路的光学器件，应用最普遍的是透镜。一般透镜的两个表面中至少有一个表面是球面的一部分，如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜就叫作薄透镜。 （2）分类：透镜有两大类，包括 。 3.凸透镜：（1）特点：它的中央较 、边缘较 ，两个表面中至少有一个是球面的一部分。 （2）作用：凸透镜对光的 作用。 （3）凸透镜的光心、光轴、焦点、焦距： 光心：凸透镜的中心0称为光心。通过光心的光，传播方向不变。 光轴：通过光心且垂直于透镜表面的直线称为主光轴，简称光轴。 焦点：平行于主光轴的光经凸透镜折射后会聚的点称为凸透镜的焦点，用符号F表示。（凸透镜的两侧各有一个焦点） 焦距： 的距离称为焦距，用字母 表示。（凸透镜的焦距越大，凸透镜对光的会聚作用越小） （4）凸透镜的三条特殊光线： （5）测量凸透镜的焦距： 把一只放大镜正对着太阳光，再把一张纸放在它的另一侧，调整放大镜与纸的距离，纸上会出现一个很小、很亮的光斑（即焦点），用刻度尺量出该点到凸透镜的距离即焦距。 4.凹透镜： （1）特点：它的中央较 、边缘较 ，两个表面中至少有一个是球面的一部分。 （2）作用：凸透镜对光的 作用。 （3）凹透镜的光心、光轴、焦点、焦距： 与凸透镜类似，凹透镜也有主光轴、光心。通过凹透镜光心的光，其传播方向也不变。 平行于主光轴的光经凹透镜发散后，其反向延长线的交点叫凹透镜的焦点。凹透镜的两侧各有一个焦点称为凸透镜的焦点，用符号F表示。 （4）凹透镜的三条特殊光线： 【课堂练习】 1. 下列光现象中，由于光的折射形成的是（　　） A．手影 B．筷子错位 C．水中倒影 D．小孔成像 2．小华用所学物理知识给同学们讲解防溺水常识，劝告同学们不要私自下水游泳，因为看起来很浅的水池实际会很深。图中A是水池底的一点，B为人眼看到的该点的位置，请帮洛洛画出造成此现象的光路图。 3. 如图所示，是两束光在玻璃和空气中传播的光路，①和②是入射光线，③和④是折射光线。其中入射光线②与折射光线______是同一束光，界面的上方是______（选填“玻璃”或“空气”）。 4．有一圆柱形敞口容器，从其左侧某上高度斜射入一束激光，在容器底部产生一个光斑O，如图所示。下列操作将使光斑向左移动的是（ ） A．保持水面的高度和入射点不变，使激光的入射角增大 B．保持激光射入的角度不变，使水面上升 C．保持水面的高度不变，使激光笔向右平移 D．保持激光射入的角度不变，使水面下降 5．如图是光线通过透镜（图中未画出）的情形，其中是凸透镜的是（　　） A．① B．② C．③ D．①②③④ 6. 如图所示，小明手持凸透镜正对着太阳，下面放一张白纸，调节透镜到白纸的距离，会在白纸上得到最小最亮的光斑，在该光斑处能将火柴点燃，该光斑所处位置就是透镜的_____，该光斑到透镜中心的距离叫_____，经过______的光不改变方向。 7. 公元前2世纪，西汉淮南王刘安的《淮南万毕术》记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生”，其描述的现象如图所示，下列说法错误的是（ ） A．“削冰令圆”指的是把冰削成凹透镜 B．“举以向日”指的是冰透镜正对太阳光 C．“以艾承其影”中的“影”指冰透镜的焦点 D．“则火生”是因为冰透镜能会聚光线 8. 光通过透镜会发生折射，请将图中的入射光线或折射光线补画完整。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $