澄池杯物理講座5-光的折射剖析

1、澄池杯講座（五）光的折射知識體系知識復習及解析1光的折射(1)光的折射現(xiàn)象：當光由一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向一般會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做光的折射。(2)光的折射規(guī)律： 折射光線與入射光線、法線在同一平面內； 折射光線和入射光線分居法線兩側； 當光線從空氣斜射入水中或其他介質時，折射角小于入射角，反之，折射角大于人射角； 當光線垂直射向介質表面時，傳播方向不改變，此時入射角為零，折射角也為零2凸透鏡的三條特殊光線(1)平行主光軸的光線折射后會聚于焦點。(2)通過焦點的光線，折射后平行主光軸。(3)通過光心的光線傳播方向不改變3.凹透鏡的三條特殊光線 (1)經過光心的光線傳播方向不改。(

2、2)與主光軸平行的光線折射后的反向延長線過虛焦點。(3)射向虛焦點的光線折射后平行于主光軸。 4凸透鏡成像規(guī)律5透鏡對光線有會聚和發(fā)散作用，可以改變光的傳播方向。下圖是透鏡改變光傳播方向的實例?！皶邸焙汀鞍l(fā)散”都是相對于原入射光線而言的，并不是一定要會聚在一起，才叫“會聚”。同樣，“發(fā)散”時，折射光線也可能是相交或平行的如圖甲，折射光線相對于入射光線來說是“會聚”了，因此方框黑箱中是一個凸透鏡，而不是一個凹透鏡。如乙，折射光線相交，如圖一丙，折射光線平行，但都相對于原入射光線而言“發(fā)散”了，所以，圖乙和丙的黑箱中均應為一個凹透鏡而不是一個凸透鏡。6凸透鏡可成實像，也可成虛像，還可不成像，而凹

3、透鏡總是成虛像；凸透鏡的像可放大，也可縮小，還可與物等大，而凹透鏡成像總是縮小的；凸透鏡的像到透鏡的距離一定大于焦距f，而凹透鏡所成的像隨著物距的連續(xù)變化可分布在與物同側的任何位置。7對凸透鏡而言，焦點是實像與虛像的分界點，即物體放在焦點外成實像，放在焦點內成虛像，物體放在焦點上，不成像；二倍焦點是成放大和縮小實像的分界點，即物體放在二倍焦點外，成縮小的像，放在二倍焦點以內，成放大的像，放在二倍焦點上，成等大的像，而凹透鏡則總是成縮小的虛像基本訓練例1 實驗中有時需要將一束粗平行光變成細平行光，這可以利用兩塊透鏡的組合來解決。請在下圖的兩個方框中各畫出一種組合方式(要在圖中畫清光束粗細的變化)

4、，分別寫出兩塊透鏡間的距離S跟兩塊透鏡到各自焦點的距離f1、f2 的關系。當最下面的出射光線與最上面的光線相對應時，光線經過凸透鏡折射后要會聚于一點，即其右焦點；此時的光線要過第二個凸透鏡的左焦點，然后平行射出才出現(xiàn)圖示的現(xiàn)象故答案如圖所示：若設第一個凸透鏡的焦距為f1，第二個凸透鏡的焦距為f2由此可知兩塊透鏡的距離s跟兩個透鏡到各自焦點的距離f1、f2的關系是：s=f1+f2當兩條最上面的光線是一條光線時，首先經過凸透鏡的會聚，然后要在經過凹透鏡的發(fā)散才能在最上面。因為出射光線與入射光線都是平行光，所以第一次折射后的折射光線要過凸透鏡的焦點，第二次的入射光線要射向凹透鏡的另一個焦點。且兩個透

5、鏡的焦點重合在F點。答案如圖所示：若設第一個凸透鏡的焦距為f1，凹透鏡的焦距為f2。由此可知兩塊透鏡的距離s跟兩個透鏡到各自焦點的距離f1、f2的關系是：s=f1-f2。例2 做透鏡成像的實驗時，燭焰的像成在屏的下邊緣處。如果不改變燭焰及屏的位置，而打算移動透鏡使像移到屏的中央，應將透鏡向 移。解析：透鏡成像時，通過透鏡中心的光線不發(fā)生偏折。由于題述所得燭焰的像能成在屏上，則此像為實像，故此透鏡只可能是凸透鏡。根據(jù)平行于主光軸的光線經過凸透鏡后過焦點，經過光心的光線傳播方向不變和凸透鏡的成像原理，凸透鏡成的像和物體上下左右都相反可知凸透鏡應向上方移動。例3 秋高氣爽的夜晚，當我們仰望天空時會覺

6、得星光在閃爍不定，這主要是因為( )。A星光在運動 B地球在繞太陽公轉 C地球自轉D大氣的密度分布不穩(wěn)定，星光經過大氣層后，折射的方向隨大氣密度的變化而變化解析：我們看到的星光，絕大部分是宇宙中的恒星發(fā)射出來的光，恒星的發(fā)光是持續(xù)不斷的，星光傳播到地球表面前，先通過浩瀚的宇宙真空區(qū)域，再通過包圍著地球的大氣層。星光從真空進入大氣層時，發(fā)生反射和折射。我們所看到的星光，是經大氣層折射后的部分經大氣層反射的星光，在地面上是看不到的。地球的大氣層很厚，且密度不均勻，當星光經過不同密度的空氣層時也要發(fā)生折射，一般來說，空氣相對地面是運動的，隨著空氣的流動，在觀察者注視的區(qū)域內，空氣的密度會時大時小，因

7、而穿過該區(qū)域的星光被折射的情況會有所不同，于是折射光線忽而射到我們眼中，忽而又射到眼睛以外的地方。折射光線不停地顫動、搖擺，因而我們看到星光閃爍不定，故應選D。例4 若水中的魚能看到岸上的人，它看到的人其實是( )。A變矮了的人的實像 B變高了的人的實像C變矮了的人的虛像 D變高了的人的虛像解析：如圖所示，以人的頂點A為例，經A點反射的光線由空氣進入水中時，在水面處發(fā)生折射，折射角小于入射角，折射光線靠近法線偏折，這些折射光線進入魚的眼睛，魚看到這些折射線是從它的反向延長線的交點A發(fā)出的。因此， A點是A點的虛像點。同理，人體的其它部分的情形也都一樣，所以魚所看到的是變高了的人的虛像。因此D正

8、確競賽知識及技巧1光的折射由于光在不同的介質中傳播速度不同，所以當光斜射到兩種介質的表面上時，進入另一種介質中的光線的傳播方向會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的折射。當光垂直射到兩種介質的界面上時，入射角和折射角都等于0，光的傳播方向不變。在發(fā)生折射現(xiàn)象時，一定同時發(fā)生了反射，所以折射光的能量比入射光的能量小，這樣就導致在拍照時折射光成的像暗些。由于光在光速大的介質中光線和法線的夾角大，而且折射角隨入射角的增大而增大，所以光從光速小的介質射入光速大的介質時折射角大于入射角，當入射角等于或大于某個值時，折射角等于或大于90，折射光全部回到原來的介質中，這種現(xiàn)象叫做全反射，此時沒有折射，所以光射到界面上

9、時，一定有反射現(xiàn)象，但不一定有折射現(xiàn)象。2折射成像物體發(fā)出或反射的光在兩種不同的介質的界面處發(fā)生折射，折射光線的反向延長線交于交點，這個交點就是物體的像。從物體來的光在兩種不同的介質的界面處還會發(fā)生反射，反射光線的反向延長線也有一交點，這個交點也是物體的像。這兩個像雖然都是虛像，但形成的原理不同，前者是折射形成的，后者是反射形成的。雖然兩個像都在界面同側，但前者物、像在界面的同側，后者物、像在界面的兩側。判斷這兩個像的試題很多，如“蝶在水中飛，魚在云中游的美景，蝶在水中飛中的蝶是由光的_形成的，魚在云中游中的魚是由光的_形成的”做這樣的題先分析人看到的“蝶”和“魚”的位置和性質，空中飛的“蝶”

10、在水中，水中游的“魚”在空中，說明看到的都是像。然后分析人的位置，和人在同種介質中的物體的像是反射形成的，和人分處兩種介質中的物體的像是折射形成的。3物體的顏色人看到的顏色是由進入人眼的色光的顏色決定的，什么顏色的光進入眼睛，看到的就是什么顏色。對于一個物體來說：它反射或透過某一種色光，吸收其他的色光。當太陽光照射一個不透明的物體時，它反射一種色光，進入眼睛引起視覺，所以不透明的物體的顏色是由它反射的色光決定的。如太陽光照射紅色衣服時，紅光被反射，其他的色光被衣服吸收，只有紅光射進眼睛，看到的衣服就是紅色的。當太陽光照射一個透明的物體時它透過的色光進入眼睛引起視覺，其它的色光被物體吸收了，不能

11、進入人眼，所以透明的物體的顏色是由它透過的色光決定的。黑色的物體吸收所有的色光，不反射光也沒有光透過，就沒光進入眼睛，所以是黑的白色的物體反射所有色光，所以用太陽光照射時，這些被反射的色光混合在一起便是白光了。還有一種情況就是：本來物體不是黑色的，但用和物體不同顏色的色光照射它，光被衣服吸收了，人看起來也是黑的，如綠光照射紅色衣服，衣服吸收了綠光；另外用色光照射白色物體，物體看起來的顏色就是色光的顏色。顏料的顏色是它反射的色光決定的，但是一種顏料往往反射的是幾種色光，那么人看到的顏色應該是它們共同反射的色光的顏色，當然，人看到的顏料的顏色也象人看到的物體的顏色一樣，與照射的色光有關。4光學元件

12、的分解將平行玻璃磚從中間分開，分成一個凸透鏡和凹透鏡，拉開一段距離后，讓光線通過這兩個透鏡，會怎樣折射呢？若再把它們無縫隙的拼合在一起，又變成了平行玻璃磚，平行光經過它平移一段距離后仍平行射出，說明凸透鏡對光的會聚作用和凹透鏡對光的發(fā)散作用一樣大，那么平行光通過它的問題可以一個透鏡一個透鏡的單獨考慮，最后的出射光到底是發(fā)散還是會聚，取決于兩透鏡間的距離。正方體玻璃中有一個氣泡，那么光通過它怎樣折射，物體通過它怎樣成像？這些生活中的元件可以經過切割，分成幾個透鏡來分析，我們從氣泡中間將正方體玻璃分開，就是兩個凹透鏡，光經過它兩次發(fā)散，物體通過它兩次成虛像。ABCD【賽點精析】賽點賽點1光光的折射

13、規(guī)律的折射規(guī)律例1 如圖，在一塊玻璃磚上挖去一塊半圓形的玻璃，如有一條通過圓心的光線射到該玻璃磚上，則正確的光路圖為( )【切題技巧】一條通過圓心的光線射到半球面上，它和界面的法線重合，其入射角和折射角都等于0，傳播方向不改變；到了玻璃中以后在同種介質中，繼續(xù)沿直線傳播；從玻璃中射出，光從光速小的介質進入光速大的介質，所以折射光應遠離法線?！疽?guī)范解答】A【借題發(fā)揮】若兩種介質的界面是曲面，其法線應該和曲面的切面垂直，即先過入射點作曲面的切線，然后過入射點作切線的垂線即為該曲面的法線若曲面是圓面或球面，則法線就是過入射點的圓面或球面的半徑了，所以過圓面或球面半徑的光線進入另種介質，傳播方向不改變

14、?！就愅卣埂咳鐖D，一塊矩形玻璃磚切割成圖中形狀后拉開一段距離，平行于主光軸的光線從左面射入，則從最右邊射出的光線( ) A仍然保持平行光線 B一定是平行光線 C一定是會聚光線 D結論與d有關，以上結論都可能C圖可看出矩形玻璃磚被切割以后，左邊一塊可視為凹透鏡，右邊一塊可視為凸透鏡凹透鏡可以使光線發(fā)散，凸透鏡可以使光線會聚當d=0時，虛實焦點重合，平行光進，平行光線出；當d0時，光線會聚，如圖所示賽點賽點2 光折射成像及像的應用光折射成像及像的應用例2 如圖，把由同種玻璃制成的正方體玻璃磚A和半球形玻璃磚B放在報紙上，若正方體的邊長和半球的半徑相同，則從正上方沿圖中中心線方向往下看中心線對準的

15、文字( ) AA和B中看到的都比實際的高BA中看到的比實際的高B中看到的比實際的低CA中看到的比實際的高，B中看到的與實際的一樣高DA和B中看到的都與實際一樣高【切題技巧】從半球形玻璃磚B正上方沿圖中虛線（中心線）方向往下看中心線對準的文字，字反射的光進入玻璃時都經過球心，沿法線傳播，光的傳播方向不變，光線的反向延長線的交點仍在字處，位置不變；但正方體玻璃磚A下的字反射的光除垂線那條外，都是斜射入玻璃磚中，在界面處會折射，折射光線反向延長線的交點就是字的像，比字的位置高【規(guī)范解答】C【借題發(fā)揮】透過玻璃看下面的物體，看到的是物體的像，可以通過作光路圖來確定像的位置。像和物的錯位程度與玻璃的厚度

16、有關系。本題中是一種特殊情況，如果透過半球形玻璃磚B看的不是中心線對準的文字，那么看到的就比實際的高?！就愅卣埂考毿牡男∶髯⒁獾竭@樣一個現(xiàn)象：如果打開窗戶，直接看遠處的高架電線，電線呈規(guī)則的下彎弧形；而如果隔著窗玻璃看，電線雖然整體上也呈弧形，但電線上的不同部位有明顯的不規(guī)則彎曲，當輕微擺動頭部讓視線移動時，電線上的不規(guī)則彎曲情景也在移動產生這種現(xiàn)象的主要原因是( )A玻璃上不同部位對光的吸收程度不同 B玻璃上不同部位的透光程度不同C玻璃上不同部位的厚度不同 D玻璃上不同部位對光的反射不同C 例3 如圖水面上方有一發(fā)光點A1，水中另有一發(fā)光點A2，人在空氣中看到A2在水中的位置就是A1在水中

17、的像的位置，畫出： (1)A1發(fā)出的光經水面反射進入人眼的光路圖 (2)A2發(fā)出的光進入人眼的光路圖【切題技巧】先用平面鏡成像特點作出A1關于水面的對稱點，即為A1經水面反射的像A1，然后連接眼睛和A1，作出反射光線OB。與界面交點即為入射點O，連接A1O，就是入射光線了由于人在空氣中看到A2在水中的位置就是A1在水中的像的位置，所以A1也是A2經水面折射成的虛像的位置，則OB同時也是折射光線，連接A2O，就是入射光了?！疽?guī)范解答】如圖乙【借題發(fā)揮】眼睛看到水中的物體的像有兩種作圖方法：第一，可以直接用折射規(guī)律作出像的大概位置；第二，在知道像位置的情況下，可以作出成像的精確光路圖，連接像和眼睛

18、就得到折射光線和入射點，再連接物體和入射點，就能作出入射光線。在作圖時應特別注意光線的傳播方向，不是從眼睛射到物體上。 【同類拓展】如圖，小明站在游泳池邊A處，看到路燈B在池水中的像與他看到的池中一條魚在C點重合，用光學作圖法確定路燈B的位置和魚的大致位置。賽點賽點3 光的色散和色光的折射光的色散和色光的折射例4 一些科研工作者受到三棱鏡對自然光的色散現(xiàn)象的啟發(fā)，通過精細實驗發(fā)現(xiàn)：分別用紅光和藍光以如圖的方式照射凸透鏡時，凸透鏡的焦點位置略有差異（圖中a、b點）。根據(jù)你的分析，紅光照射時的焦點位置應是圖中的_點，藍光照射時的焦點位置應是圖中的_點?！厩蓄}技巧】自然光通過三棱鏡兩次折射后，在光屏

19、在得到一條彩色光帶，從上到下依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種色光，這個現(xiàn)象說明同個棱鏡，對不同的色光的折射能力不同，對紅光的折射能力弱，對紫光的折射能力強若是凸透鏡，對紫光的會聚能力就比對紅光的強，所以紫光的焦距小，紅光的焦距大，這種現(xiàn)象就是攝影上照片色差的形成原因。ba【借題發(fā)揮】對光的折射的程度不僅與介質有關，還于色光的種類有關。不同的介質對同種色光的偏折程度不同，同種介質對不同色光的偏折程度也不同，光的色散就利用這個原理將自然光中的不同色光分開的?！就愅卣埂拷衲?月17日中午，我市部分市民看到了太陽周圍出現(xiàn)個七彩“光環(huán)”，如圖，這就是“日暈”。這種天象形成的重要原因是陽光通過無數(shù)小

20、冰晶后發(fā)生了色散，其中各色光按紅、橙、黃、_、藍、靛、紫的順序依次排列，說明了陽光是_（填“單色光”或“復色光”）綠綠復色光復色光賽點賽點4 眼睛看到的物體的顏色眼睛看到的物體的顏色例5 黑白照片在暗室進行加工時，所用的安全燈是紅色的，用的溫度計的液柱是藍色的，而不是紅色的，下列有關的說法中正確的是( ) A暗室安全燈是紅燈，因而一切物體看起來都是紅色的，溫度計的紅色液柱在這種環(huán)境中不易看清楚 B溫度計的藍色液柱在紅光照射下是黑的 C藍色液柱在紅光下看得更清楚 D紅色液柱在紅燈下反射白光【切題技巧】紅色的安全燈發(fā)出紅光，藍色的液柱只透過藍光，吸收其他的色光，所以當紅光照射到藍色的液柱時，溫度計

21、的液柱將紅光吸收了，沒有從溫度計來的光線進入眼睛，所以應是黑色的?！疽?guī)范解答】B【借題發(fā)揮】我們談論物體的顏色指的是用太陽光照射物體時，人看到的物體的顏色，我們稱這時的顏色為物體的“本色”，但是如果照射的光線不是自然光，而是色光，此時物體反射或透過的就不是它的本色光，所以人看到的物體的顏色不僅與物體的本色有關，還與照射物體的光源有關。用一種色光照射其他本色的物體時，色光被吸收了，人看到的物體都是黑色用一種色光照射本色為黑色的物體時，人看到的物體是黑色用一種色光照射到白色物體上時，人看到物體的顏色和色光的顏色一致。【同類拓展】用一支可以寫出紅顏色字的筆在一張白紙上寫一行字，則下列說法中正確的是(

22、 ) A白紙上的這一行字，在陽光下會吸收白光中的紅色光，所以這一行字是紅色的 B白紙上的這一行字，在陽光下會反射白光中的紅色光，所以這一行字是紅色的 C白紙上的這一行字，由于它能發(fā)出紅光，所以這一行字是紅色的D白紙上的這一行字，如果只用綠色光照射上去，這一行字就會是綠色的B賽點賽點5 散射散射例6 沙塵暴是一種土地沙化形成的惡劣的氣候現(xiàn)象，發(fā)生沙塵暴時能見度只有幾十米，天空變黃發(fā)暗，產生這種現(xiàn)象的原因( )A只有波長較長的一部分光才能達到地面 B只有波長較短的一部分光才能達到地面C只有頻率較大的一部分光才能達到地面 D只有能量較大的一部分光才能達到地面 【切題技巧】這是空氣和灰塵對光的散射現(xiàn)象

23、，空氣分子和灰塵對波長短的光散射多，散射光回到空中，留下來射到地面的是波長長的紅光和黃光、橙光，所以發(fā)生沙塵暴時天空變黃變暗【規(guī)范解答】A【借題發(fā)揮】光在大氣中傳播時，空氣分子和空氣中的灰塵對光有散射的現(xiàn)象，波長較短的光容易被散射，波長較長的光不容易被散射，它們的穿透能力強些，所以禁止通行的燈用紅光，汽車的防霧燈用黃光，就是因為就是在能見度低的天氣里，它們傳播的比波長短的光遠，便于司機及早發(fā)現(xiàn)光的波長和頻率的關系是：波長長的光，頻率小，能量??；波長短的光，頻率大，能量大。【同類拓展】香煙點燃后，冒出的煙霧看上去是藍色的，這是因為( )A煙霧的顆粒本身是藍色的B煙霧將光線中其他色光濾掉，只有藍光

24、透射出來C煙霧的顆粒對藍色光散射強烈D煙霧的顆粒吸收光線后，發(fā)出藍色熒光C1一束光從空氣斜射到某種透明物質的表面，光線與界面的夾角為30。，反射光線與折射光線恰好垂直，則入射角和折射角分別為( )A60。，60。 B60。 ，30。C30。，30。 D30。 ，60。2關于凸透鏡的應用，下列說法中正確的是( )A使用凸透鏡觀察物體，觀察到的一定是放大的像；B使用幻燈機時，應將幻燈片倒置于幻燈機鏡頭的焦點以內；C照像時，應使被照的物體置于照相機鏡頭焦點與二倍焦距之間；D使用修表用的放大鏡時，必須把物體放在焦點以內3在凸透鏡成像時，當物體由很遠處向著透鏡以速度v勻速移近，直到位于透鏡一倍焦距的整個過程中( )。A像的移動方向與物體的移動方向總相同；B像與物體間的距離先減小后增加然后又減少；C像的移動速度先大于v后小于vD像的移動速度先小于v后大于v4利用光具座做凸透鏡成像的實驗，透鏡擺放在燭焰和光屏間。在保持燭焰與透鏡的距離不變時，如果沿光具座無論怎樣移動，光屏上都收不到像，下列原因中正確的是( )。A