第五讲光的折射现象

第五讲光的折射现象一复习导航1.主要概念和公式（1）光的折射规律折射光线、入射光线和法线在同一平面上；折射光线和入射光线分居在法线两侧.光从空气斜射入水或玻璃时，折射角小于入射角；反之，折射角大于入射角.入射角增大时，折射角也增大.当光线垂直射向介质表面时，传播方向不变.在折射中光路是可逆的.（2）近视眼与远视眼人的眼睛的晶状体相当于一个凸透镜，来自物体的光经晶状体成像于视网膜上，再通过视觉神经把信息传到大脑，产生视觉.①近视眼是指远处的物体通过晶状体所成的像落在视网膜的前方，所以近视眼看不清远处的物体.因为凹透镜对光线有发散作用，所以通过配戴凹透镜可以使像成在视网膜上，起到矫正视力看清远处物体的作用.②远视眼是指近处的物体通过晶状体所成的像落在视网膜的后方，所以远视眼看不清近处的物休.因为凸透镜对光线有会聚作用，所以通过配戴凸透镜可以使像成在视网膜上，起到矫正视力的作用.（3）凸透镜成像的特点①焦点是物体成实像与虚像的分界点，物体在焦点处不成像.②二倍焦距处是成放大与缩小像的分界点，在2f处，物体成等大的像.③实像总是倒立的，虚像总是正立的④实像与物分居在镜的两侧，虚像与物在同侧.⑤物距大于像距时，物大于像（即成缩小的像）；物距小于像距时，物就小于像（即成放大的像）.⑥物体向右移，像也向右移；物体向左移，像也向左移.⑦物距大于一倍焦距时，“物（距）近、像（距）远、像变大；物（距）远、像（距）近、像变小”⑧成实像时，物像“左右相反；上下颠倒”2.基本物理方法（1）建模法：通过建立折射光线、入射光线、法线等物理模型表述相关规律.（2）对比法：通过对比了解凸透镜的会聚作用与凹透镜发散作用的区别.（3）归纳法：通过归纳探讨凸透镜成像规律及特点.3.易错易混的问题（1）实像和虚像的区别实像是实际光线会聚而形成的，在像的所在位置，有实际光线到达，是能用光屏接收得到的；虚像是反射光线或折射光线的反向延长线相交而成的，反射延长线并不是实际光线，因而在虚像所在的位置，并没有实际光线到达，用光屏是接收不到的.实像和虚像的成因不同.如：小孔成实像是由于光的直线传播；凸透镜能成实像（uf）是由于光的折射，平面镜成虚像是由于光的反射.（2）凸透镜成像规律中u2f和fU（3）光从空气斜射入水中与从水中斜射入空气中的两种情况的区别.（4）放大与变大、缩小与变小放大或缩小是像与物相比较而言；变大或变小则是指像的变化情况或变化过程.（5）会聚与相交会聚是指折射光线比入射光线更靠拢主光轴，不一定相交.二考点聚焦1.命题趋势这部分内容在各地中考题中均有出现，是光学部分知识考查的重点内容，多以填空、选择、作图为主，试题主要以“日常生活”、“社会生产”、“现代科技发展”和“自然现象”等同学们熟悉的现象，特别是一些同学们感兴趣的“熟悉而又陌生”的自然现象和天文奇观（如“日出”）为命题背景，考查同学们对基础知识、基本技能和基本原理的理解掌握情况，使同学们感受并领悟物理知识的应用价值.充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念.同时，也重视开放性试题的设计，突出了科学研究方法、猜想与假设、数据分析以及得出结论等环节的考查.较好地考查了同学们运用知识分析问题、解决问题的能力，2.典题解析题1在我国古代就有关于光现象的描述，如“捞不到的是水中月，摘不到的是镜中花”、“潭清疑水浅”等.其中“水中月”、“镜中花”是光的现象；“疑水浅”是光的现象.解析“水中月”，“镜中花”和各自的实物的大小相同，它们是由于光在水面和镜面发生反射形成的虚像；“潭清疑水浅”是由于光的折射使潭底在水中形成一个虚像，像的位置比潭底高，所以潭看起来要浅.点评我国古代很多文学词语都蕴含着丰富的物理知识，这要求我们在学好知识的同时，用心去挖掘蕴藏在这些词语内部的物理知识，感受物理知识的价值和物理学的美，激发我们对物理学习的兴趣.题2光线从空气斜射到水中，入射角为α，折射角为β，光线射到液体底部水平放置的平面镜上又反射出来，最后光线回到空气中.当光线由水中回到空气中时折射角为多大？解析光线由空气斜射到水面发生一次折射，然后由水中的平面镜发生反射，最后由水到空气再次发生折射.根据光的反射和折射的规律，按题意要求画出光路图.如图1所示，入射光线斜射到水面，入射角为α，折射角为β，光线在水中按直线入射到平面镜上，则此时的入射角大小也为β，则反射角大小也等于β.根据光路的可逆性，当光线从水中斜射到空气中时，由于入射角为β，则空气中的折射角也为α，因此，光线由水中回到空气中时折射角为α.点评借助于图像建立物理模型是光学知识学习的重要方法之一，也是解决光学问题的重要途径.解决此类问题行之有效的方法是，画出满足题意的示意图，然后根据光的反射和折射特性以及光路的可逆性来加分析，从而解决问题.题3在图2中的虚线框内的适当位置，填入符合要求的面镜或透镜.解析A、B、C三图中的入射光相同，均为平行光.图A、B的出射光为发散光，图C中的出射光仍为平行光，由此可判定图A、B的框内装有透镜，图C的框内装有平面镜.延长各光线，它们的交点为入射点，也为出射点，即面镜或透镜所在的位置.由此可定出图C中的平面镜是斜放的，图A、B中的透镜是直立的.通过画图还可知，图A中的光线经过透镜后发散，框内装的是凹透镜；图B中的光线先会聚再发散，框内装的是凸透镜，结果如图3所示.点评“黑盒子”问题是难度较大、综合性较强的填图题.解决这类问题时，要明确以下三点：（1）根据光线在盒中是反射还是折射，判断其中的光学元件是面镜还是透镜；（2）入射光线与反射光线或折射光线的交点，就是面镜或透镜所在的位置；（3）根据面镜或透镜对光线的作用判断面镜或透镜的种类.在初中阶段，只要求平面镜、凸透镜和凹透镜三种.平面镜只改变光路，凸透镜使光线会聚，凹透镜使光线发散.总之，光学复习时要注重联系生活实际，分析总结规律，运用作图法去解决实际问题.题4如图4（a）所示，一条光线对着凸透镜另一侧的焦点射去，试确定它经过凸透镜偏折后的传播的方向.解析此题如果直接作图比较困难，不妨转换一下思路，便可方便解题，如图（b）在入射光线上任找一点S，假设它是发光点，现利用三条特殊光线中任两条作出S的像S′，因为折射光线一定要通过像点，所以以连接PS′点即为所求的折射光线.点评光路作图是光学考查的基本内容，应熟练掌握三条特殊光线的作图方法，在此基础上，我们应把握像是折射光线相交而成的，物体发出的入射光线经凸透镜后，其所有的折射光线必经过像点.利用特殊光线作出像点，再利用以上规律作出任意光线的折射光线是解决此类问题的重要方法.题5小宇做完凸透镜成像实验后，又想用手表代替蜡烛，看到光屏上能成什么样的像.于是他在透明的玻璃板上用黑色笔画了个手表盘，如图5（甲）所示.把这个玻璃板放在蜡烛的位置上，并用平行光源对着玻璃板上的表盘照射，如图5（乙）所示.移动光屏直到成清晰像为止.此时表盘在光屏上所成的像是图5（丙）中的哪一个？（）.解析像对于原来的物体而言：左右颠倒、上下颠倒.将手表左右颠倒如图B，再上下颠倒如图D所示，故选D.点评特别强调的是重视实验，注意观察实验现象，亲历实验探究过程，从实验中总结规律和结论，列表对比相近或相类似的现象及规律，灵活运用，加深理解光学规律，升华内化为自己的知识和技能.题6在研究凸透镜成像情况的实验中，当烛焰到凸透镜的距离是20cm时，在透镜另一侧的光屏上得到一个放大的像，则下列判断不正确的是（）.A.该透镜的焦距是20cmB.该透镜可作为放大镜C.当蜡烛距透镜的距离是40cm时，光屏上可得到缩小的像D.当蜡烛距透镜的距离是10cm时，在光屏上得不到像解析本题是考查灵活运用凸透镜成像规律分析问题的能力.在凸透镜成像中，若要分析物体经过透镜后的成像性质，必须知道凸透镜的焦距和物距，按凸透镜成像规律“抓两点，观两变”.本题的关键是算出焦距f的大小及物体在镜前不同位置与焦点的相对位置，再判断像的性质，根据题意，当u=20cm时，在光屏上得到放大的像，可以知道此像一定是倒立的实像，则fU2F，即F20CM2F，所以10CMFF2f，在光屏上可以得到缩小的像；当物距u″=10cm时，物体的位置u″点评凸透镜成像的题目是初中光学中数量最多、难度最大的一类题目，在初中光学中占有重要的地位，这类题目考查的知识点是凸透镜成像规律，熟练掌握凸透镜成像的条件是解答这类题目的前提，而凸透镜成像性质的变化取决于物距与焦距关系的变化.因此，解答这类题目，首先要去弄清凸透镜的焦距或焦距大小的范围，比较物距与焦距的大小，根据物距与焦距的关系的大小和凸透镜的成像规律，运用数学知识正确解答.题7将物体从物距为1.5f处移向3f处，在移动过程中，物体的像（）.（两解）A.先是放大像后是缩小像B.先是缩小像后是放大像C.逐渐变大D.逐渐缩小解析根据凸透镜的成像规律可知，物体在2f处所成的像是等大倒立实像，在物距大于f时所成的像均为倒立实像.在物体由1.5f移至3f的过程中，物体所成的像均为倒立的实像.在1.5f至2f区域，像是放大的（即像比物大）；在2f至3f区域，像是缩小的.选项A正确，B错误.在移动过程中，像的大小在变化.比较像的变化情况可知，随着物体向3f处移动，像越来越小.具体地说，在1.5f时像最大，此时像比物大，由1.5f移至2f的过程，像始终比物大，但相差越来越小；在2f处时像与物一样大；由2f移至3f的过程，像都比物小，而且差别越来越大.通过上述分析可知，选项C不正确，选项D正确.应选A、D.点评“放大”、“缩小”指像与物相比较的结果.像比物大称为放大的像，像比物小则为缩小的像.“变大”、“变小”则指像本身的变化情况，如果后一次的像比前一次的像大，称为变大，后一次像比前一次像小则称为变小.题8小华去参观展览会，在一个小展室里看见一个女导游正在介绍商品，试着与她握手，却发现是一个虚拟导游，可望而不可及.后来他发现这个女导游只是在一个玻璃屏风后倒立的电视机屏幕上经过处理的一个形象而已解析从图中不难发现，屏风前的“女导游”相对屏风后电视机里的女导游是倒立的，且两者在屏风的两侧，故屏风相当于一个凸透镜，这个“女导游”是电视机里的女导游经屏风成的实像.再比较发现，看到的“女导游”比电视机里的女导游要大，根据凸透镜的成像规律可知，电视机屏幕与玻璃屏风的距离（即物距u）应满足：fU点评实像由实际光线的交点组成，能够用屏幕显示.虚像处没有实际光线通过，它由出射光线的反方向延长线交点组成，无法在屏幕上显示，只能用眼睛或仪器观察.平面镜、凹透镜所成物体的像是虚像，在凸透镜焦距以内的物体也成虚像.位于凸透镜焦距以外的物体则成实像.题9初三年级同学在拍毕业照时，照相机镜头上正停着一只苍蝇，则拍出来的照片（）A.会有一只正立、放大的苍蝇B.不会出现苍蝇，但有一个大黑点C.不会出现苍蝇，但比正常情况下暗一些D.会有一只倒立、放大的苍蝇解析物体经过凸透镜成像的过程是：物体上一点反射后到达凸透镜各点的光线，经凸透镜折射后都交于一点，一只苍蝇停在凸透镜上时遮住这一点折射后成像的光线，但其余各点的光线仍交于一点.从能量的角度看，只是到达光屏上的能量减少了一点.苍蝇自身在一倍焦距内，不会在胶片上成像，所以应选C.点评即使凸透镜碎成两半，用其中的一半仍能成完整的像.像是有多条光线会聚而成的，而不是只有三条特殊光线会聚而成的.题10在探究凸透镜成像规律的实验中：第一组同学依次把点燃的蜡烛、透镜、光屏放在光具座上.但是，在实验中无论怎样移动光屏都找不到清晰的像，请你帮他们找出一个可能的原因：.第1、2两个实验小组分别进行了若干次操作，并把实验数据准确记录在下面表格中.请分析以上数据，你能得到什么结论？（写出两条即可）解析本题是一道发散性的实验现象分析题.（1）在光屏上找不到清晰的像可能是成虚像不能出现在屏上，或成实像但不在光屏上.在物距小于焦距时，凸透镜不会成实像；凸透镜到物体的距离在1倍焦距处时，成像在无穷远处；当凸透镜到物体的距离在1倍焦距外，但接近1倍焦距时，虽然成像，但像的位置离凸透镜很远，光具座的