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1、第二章光现象 光的折射折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线跟入射光线分居在法线两侧光从空气斜射入水或玻璃等介质时，折射角小于入射角；光从水或玻璃等介质斜射入空气时，折射角大于入射角。折射角总是随着入射角的增大而增大光垂直介质外表射入时，不改变传播方向要求：会画碗中的硬币升高、岸上的人看河底变浅；光通过平行板玻璃及光通过三棱镜的光路图。 夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、 集市、庙宇等出现在远方的空中。人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼，也叫蜃景。市蜃楼是光在密度分
2、布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的。天，海面上的下层空气，温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大。们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的。处的山峰、船舶、楼房、人等发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中。在沙漠里也会看到蜃景。阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小。远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射
3、出来的一样。漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可及。在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象。贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层空气的折射率小。远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样。 光导纤维光导纤维简称光纤， 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米左右，由内芯和外套两层组成内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。 如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，具有亮暗色彩的图像就可以从一端传到另一端。
4、医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等内脏的内部。以下图。实际的内窥镜装有两组光纤，一组用来把光传送到人体内部，另一组用来进行观察。光导纤维也能够传导声音，只要我们先将声音信号转换为光信号就可以了，不过要在另一端听到声音，还需要再将光信号转换为声音信号。如以下图的光导纤维。 二知识结构图： 【典型例题】例题1：以下现象中，属于光的折射现象的是( ) A.斜插入水中的筷子在水下的局部看起来向上弯折 B.人在河边看到岸边的树在水中的倒影 C.阳光下的树会出现影子 D.用放大镜看地图分析与解答：在光学的学习中要会识别简单的光现象。光在同一种均匀介质中是沿直线传播
5、的，光在传播过程中，照射到不透明物体，被不透明的物体挡住后，在它的后面形成影子，所以影子的形成，日食、月食等都是光沿直线传播的例证，阳光下的树会出现影子是光直线传播形成的。光从一种介质射到另一种介质外表，发生反射现象，并在界面另一侧形成虚像，人在河边看到岸边的树在水中的倒影是光的反射形成的。光的折射是光射到界面后进入另一种物质，也就是观察者与物在界面的两侧，所以此题中插入水中的筷子看起来向上弯折是属于光的折射现象。放大镜是凸透镜的一个应用，当物体放在凸透镜的焦点以内时，可成放大正立的虚像。所以用放大镜观察物体属于光的折射现象。此题正确答案为A，D选项。 例题2：早晨，我们看见太阳的视
6、位置比它的实际位置要高一些，这是光的 现象。因此在“后羿射日的神话里，假设神箭飞行的路径是笔直的，那么后羿射箭，他一定 “偏上或“偏下把箭射出。分析与解答：分析：当光从真空进入空气时也会发生光的折射现象，虽然这种折射的程度非常小，但有时我们仍然不得不考虑它的影响。下左图中画的是来自一个遥远天体的光穿过地球大气层被折射的情景。由于覆盖在地球上的大气是不均匀的，每一层的密度都不相同，因而折射率也不同。这样光在透过大气层时，就好似不断地从一种物质进入另一种物质，这样它的方向就被不断地改变。由于越接近地表，空气密度越大，其偏折程度也越大，因此根据上述结论，这就相当于光在不断地从密度小的大气层进入密度大
7、的大气层，因而光线将不断地向法线偏折。结果，我们看到的星星的位置总比它的实际位置显得高一些。这种效应越是接近地平线越明显。我们看到的地平线上星星的位置要比它的实际位置高37°。在天文观测中，这种效应是必须考虑的。太阳光和星光一样，在大气中也要发生折射，有趣的是太阳直径对人眼睛的张角约为32°，比37° 略小一些，因此，当我们看到太阳从地平面上刚刚升起时如下右图，真实的太阳恰恰是在地平面之下，由于空气的折射，我们才看到它完全处于地平线的上方。光在均匀介质中沿直线传播，但大气层越到高空，越稀薄，光在穿过大气层时，传播路线会发生折射。所以我们看到的是太阳的虚像，在地平线
8、上。答案：光的折射 偏下 例题3：如图是一束光线射到空气和玻璃的界面上发生方向改变的光路。图中相互垂直的直线分别表示界面和过O点的法线，可以断定L1是_光线，L2是_光线，L3是_光线。反射角是_，折射角是_。光的传播是从_射向_物质里。 分析与解答：如图1和6对称相等，那么L3与L2应为入射光线和反射光线。MN为法线，EF为界面。 又L2与L1同一侧面 ，而L3在另一侧。 根据“三线关系可知：L3为入射光线，L2为反射光线，L1为折射光线。 入射角为1，反射角为6，折射角为3。 又3>1 光线是从玻璃射向空气中的 例题4：在碗底放一枚硬币，把碗移到眼睛刚好看不到硬币
9、的地方，如图。保持眼睛和碗的位置不变，请一位同学向碗里加水，将观察到_，产生这种现象的原因是_。 分析与解答：当人在一种介质中观察另一种介质中的物体时，观察到的都不是物体的本身，而是由物体发出的光经折射后，折射光线反向延长线相交所得的虚像。如左图，人在空气中看水中的硬币，实际上看到的是硬币的虚像。再有类似的如在岸边看水中的鱼，看到的也是鱼的虚像答案：硬币；光的折射相反，在水中观看岸边的景物，景物要比实际变高了 例题5：如图ABC为一玻璃三棱镜，一束细光线射向AB面，经棱镜折射从AC面射出。画出光线从进入到射出整个过程的大致位置和方向 分析与解答：此题画图的关键是要熟知光的折射规律内
10、容，一束细光线射向AB面，即光从空气斜射入玻璃中时，根据折射角小于入射角，能够画出折射光线的大致方向，也就是发生第一次折射；然后光由玻璃棱镜从AC面折射斜射入空气时，根据折射角大于入射角，发生第二次折射。发生两次折射后的光线将向棱镜底端偏折。 例题6：S为一点光源，M为一厚平板玻璃，S发出的光线SA射在玻璃上外表的A点，试画出SA通过玻璃前进的光路示意图 分析与解答：此题画图的关键也是要熟知光的折射规律内容，S发出的光线SA射在平板玻璃上外表的A点，即光从空气斜射入玻璃中时，发生第一次折
11、射；然后光再由玻璃斜射入空气时，发生第二次折射。发生两次折射后的光线与原光线方向相同，但错位了。 例题7：在一个枯槁的井底正中央P点趴着一只青蛙，它能看到的视野范围如图a所示，天降大雨时井中全部灌满水如图(b)所示，假设青蛙仍在P点，它的视野将发生变化。请在图中利用光路图确定青蛙视野变化的大致范围，并用阴影线表示出来。 分析与解答：在枯槁的井底正中央P点趴着的那只青蛙，它能看到的视野范围如图a所示，说明光在均匀介质中是沿直线传播的，当井中全部灌满水，假设青蛙仍在原处，它的视野发生变化是由于光由水中射向空气时发生了折射现象，如图(b)所示。 【模拟试题】1. 秋高气爽的夜里，
12、当我们仰望天空时会觉得星光闪烁不定，这主要是因为： A星星在运动B地球在绕太阳公转C地球在自转D大气的密度分布不稳定，星光经过大气层后，折射光的方向随大气密度的变化而变化2. 以下现象中，不属于光的折射现象的是 A斜射入水中的筷子，从水面上看，水下局部向上弯折了B奇妙的“海市蜃楼景观C在太阳光照射下树木出现了影子D盛了水的碗，看上去好似变浅了3. 当光从空气斜射入玻璃时，如果改变入射角，使入射角减小，那么： A反射角减小，折射角不变；B反射角减小，折射角减小；C反射角不变，折射角减小；D反射光线与折射光线间的夹角减小4. 如下图的四个光路能正确表示光线由玻璃射入空气的是 5. 某同学在水池边看
13、到水里“鱼在云中游那么他看到的“鱼和“云 A.都是光的反射现象形成的B.都是光的折射现象形成的C. “鱼是光的反射现象形成的，“云是光的折射现象形成的D. “鱼是光的折射现象形成的，“云是光的反射现象形成的6. 如下图的四个实例中，利用光的折射的是 A B C D7. 多项选择以下现象中，属于光的折射现象的是 A人观察玻璃砖后的手指错位了 B盛夏，人看到远处柏油公路上有水，走近一看，路面却是枯燥的。C在太阳光照射下树木出现了树的影子 D盛了水的碗，看上去好似变浅了8. 多项选择当光从空气射入水中时，以下说法中正确的选项是 A. 折射光线一定向远离法线的方向偏折 B. 光线不一定发生偏折C折射角
14、小于入射角 D折射角可能等于入射角也可能小于入射角9.古诗词中有许多描述光学现象的诗句，如“潭清疑水浅说的就是光的_现象；“池水映明月说的就是光的_现象10. 如下图，是光由玻璃射入空气时发生折射的不完整的光路图，在图中，入射光线是 ，折射光线是 ，折射角是 ，入射角为 ， 是玻璃。11. 把一根筷子插入水中，如下图。筷子在水里的局部，从水面上斜着看起来向上折了；这是因为光的_的缘故。将一块厚玻璃放在一只铅笔上，斜着看上去铅笔似乎折成了三段，这种“一笔三折，也是因为光的_的缘故。 12. 往脸盆里倒水，会看到盆底的深度变 ，潜水员从水下观察岸边的树，看到的树变 。13. 如下图，只给出了光线的
15、折射光线，请画出并注明入射光线的大致方向14. 有两只干净的玻璃杯，一只盛满不含气泡、污物、颜料的纯洁水，一只是空的，上面都盖了盖子，你怎样用眼睛来判断哪只杯中有水？15. 图中的漫画说明了什么问题？ 【试题答案】1. D 2. C 3. B 4. B 5. D 6. B 7. ABD 8. BC 9. 折射 反射 10. AO OB 4 2 左侧 11. 折射 折射 12. 浅 高 13. 14. 把手靠近杯子的一面，从另一面透过杯子观察手指，如果发现手指明显地变了变长或变短，就说明杯中有水，如果发现手指根本不变形，就说明杯子是空的。15. 由于光的折射现象，这位先生看到水池的底要比实际的浅，所以进入水中发生了溺水现象。