探究光的折射特点

贾元真

探究光的折射特点实验是光学的重点实验，也是后期学习透镜成像的基础，在光学中具有承上启下的作用。下面通过归纳实验要点和典例精析，帮助同学们提高运用知识和规律解决实际问题的能力。

[实验要点]

1. 实验装置如图1所示，实验中使光线显示明显的方法：在水面上方喷烟雾；在水中滴几滴牛奶；实验在较暗的环境下进行。

2. 使实验结论更具普遍性的操作：改变入射角，进行多次测量；将水换成其他介质（酒精、玻璃砖等）进行实验。

3. 实验结论

光的折射特点：

（1）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（三线共面）；

（2）折射光线和入射光线分别位于法线两侧（法线居中）；

（3）入射角增大（或减少）时，折射角也随之增大（或减少）（同增同减）；

（4）光垂直于介质表面入射时，折射角等于0°；

（5）在光的折射现象中，光路是可逆的。

4. 注意事项

（1）当光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角（折射光线偏向法线方向）；当光从水或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角（折射光线偏离法线方向）。注意，无论是折射角还是入射角，在空气中的角总是较大的。

（2）光的折射看到的是物体的虚像：①如图2，从岸上向水中看，水好像很浅，沿着看见鱼的方向叉鱼，却叉不到；②如图3，从水中看岸上的东西，好像变高了；③如图4，筷子在水中好像“折”了；④如图5，海市蜃楼等。

[能力提升]

1. （2023·山东）小华利用如图6所示的实验装置，做“探究光的反射定律和光的折射特点”实验。她用激光笔发出一束光从空气射向水面，多次改变入射光的方向，将实验数据记录在表1中。

（1）通过分析数据发现：当激光与水面成15°入射时，折射角度数为______；在从空气斜射入水中时，折射角 （选填“>”“<”或“=”）入射角。

（2）当入射角增大时，反射角 _____（选填“增大”“减小”或“不变”）；可从不同方向看到圆盘上的光线，是因为光束中的部分光在圆盘上发生了_____反射。

（3）当激光笔从水下沿BO入射时，折射光线应沿_____方向射出。逐步增大入射角度数时（入射点位置不变），折射光线_____ （选填“一定”或“不可能”）消失。

（4）当光沿着NO方向射入时会沿OM方向射出，此时折射角为_____度。

（5）请你对该同学通过上述探究实验得出光的折射特点的过程作出评价。是否存在不足？答：_____ （选填“是”或“否”）。请简要说明理由： 。

2. （2023·云南）为探究光的折射现象，小明在实验中根据光路绘制了图7光路图。

（1）图7中，光线从空气射入某种透明物质，在分界面处发生反射和折射，其中AE⊥CG，∠4 = ∠5，则_____为折射光线。空气在界面的 _____（选填“上”“下”“左”或“右”）侧，为进一步探究光的折射规律，小明让入射光从玻璃射向空气，得到表2。

（2）根据表格，小明发现光的折射现象一般都会伴随着反射现象的发生，当入射角增大时，反射光线和折射光线的夹角_____（选填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）当入射角i = 42°时，光线_____（选填“能”或“不能”）从玻璃中传播到空气中。

（4）当入射角i ≥_____时，折射光消失，反射光会变得更亮。请教老师后，小明知道此时发生的现象叫做全反射，图8中的图线_____ （选填“a”或“b”）反映了上述实验中的两角关系。

（5）进一步推论可知，根据折射现象中光路可逆原理可以判断：如果光从空气射向玻璃，满足一定角度条件时_____（选填“能”或“不能”）发生全反射现象。

答案：1. （1）46. 5°   < （2）增大   漫   （3）OA   一定   （4）0   （5）是   应该选用更多不同种类的透明介质做此实验   2. （1）HF   下   （2）减小   （3）不能   （4）41.8°   a    （5）不能

[綜合实践]

学习了《光的折射》后，小红思考了以下几个问题：光在其他透明介质的分界面发生折射时有什么规律？即什么条件下折射角小于入射角，什么条件下折射角大于入射角？她在老师的帮助下进行了下面的实验探究：用一厚玻璃缸盛一定量的水，让一激光手电筒射出的光束从空气中斜射入水中，从水中进入玻璃，再次进入空气中，其光路图如图9所示。她又通过网络查到了光在一些透明介质中的传播速度（如表3）。

（1）针对小红提出的问题，请你仔细观察图9中的光路，对照表格中的数据进行分析，得到的结论是：光发生折射的原因是光在不同介质中_____ 不同，具体的关系是：光从_____（选填“传播速度较大”或“传播速度较小”，下同）的介质进入

的介质时，折射角小于入射角。

（2）根据你得出的结论，请在图10中画出光由玻璃斜射入酒精时，折射光线的大致位置。

答案：（1）传播速度 传播速度较大 传播速度较小 （2）如图11