光的折射一、教法建议

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1、1 第六章 光的折射一、教法建议【抛砖引玉】 为了培养具有创新能力的人材，教师不但要传授科学的定理、定律，还要 传授这些定理，定律是如何被发现的。因此，讲一点相关的物理学史的内容，也 是符合目前物理教学改革方向的措施之一。 几何光学是以反射定律和折射定律为理论基础的科学。而人们探索光的折射 竟花费了 1 千多年的时间。 公元二世纪希腊人托勒密（Claudius Ptolemy，公元 70-147）研究了折射现 象，写了光学一书。书中记载了他通过实验测定的光由空气进入水中时，对 应于不同的入射角所产生的折射角。根据他做的实验， 托勒密认为折射角入射角 成正比。虽然结论并不正确，但他是第一个用实验

2、定量的研究折射现象的人。 随后有荷兰人斯涅耳（ Willibrord Snell,1591-1626）和法国人笛卡耳（ Rene Descartes,1596-1650 ）对折射现象进行更为精细的定量的实验研究，分别发现了 具有现代形式的光的折射定律。 对物理现象进行精确的定量研究，才使之发展成为一门实验科学， 随后将数 学引进来，使之进一步理论化，使物理学具有了今天的面目。 光的折射定律和光的反射定律为几何光学奠定了基础。为了扩大人的观察能 力，荷兰人李普赛制作了第一架望远镜，后经意大利人伽利略的研究， 千方百计 增加它的放大倍数，创制了用凸透镜作物镜，用凹透镜做目镜的伽里略望远镜。 他的不

3、朽的功勋之一是第一个把望远镜指向天空，当时的目的是为了证实哥白尼 的日心说。 他得到了比预期更好的效果，发现了大量用肉眼看不见的新星；证明 了银河是由大量极小的星星汇集而成；发现了月球上存在山和凹地，并于1610 年用放大率为 30 倍的望远镜观察到木星的四个卫星，它们好像月亮绕地球转动 一样绕木星转动。这些观察到的事实，就完全证实了哥白尼学说的正确性。【指点迷津】 学生学习本章，一般会对凸透镜在照相机、幻灯机、放大镜三种情况下的成 像条件感到困难。 这一方面要加强实验教学； 另一方面可以通过组织光学课外小 组来解决。二、学海导航【思维基础】 本章是光现象的第二部分， 讲述折射现象、 透镜初步

4、知识和照相机、 幻灯机、 放大镜的原理。 本章最后讲了物体的颜色的初步知识，是选学内容。 研究光的折 射现象是理解透镜作用的基础， 也是理解日常生活中许多光现象的基础。本章的 知识重点是透镜对光的作用和凸透镜成像的各种情况。 做下面一组填空题：2 光从一种介质射入另一种介质，传播方向一般_，这种现象叫光的 折射。 _与_的夹角叫做折射角。 如果光垂直射向介质表面时， 入射角是 _度，折射角是 _度。 光源发生的光由水中斜射入空气，发生折射现象时，折射角_入射 角。（填“大于”“小于”或“等于”） 一束光在玻璃和空气的界面上发生反 射和折射时，它们的光路图如图6-1 所示，其 中 _是 界面 ，

5、_侧是 玻璃 ， _是入射光线， _是反射光线， _是折射光线。 中间厚边缘薄的透镜叫 _，这种 透镜有会聚作用，这种透镜能使与主光轴平行 的 光 线 会 聚 在主 光 轴 上 的 一 点 ， 这 点叫 _，一个透镜有两个 _。 当凸透镜到物体的距离大于2倍焦距时 构成_的_的实像。 物体在凸透镜的焦点以内，在物体的 _得到正立、放大的虚像， 若再使物距减少，像距将_。 参考答案 改变 折射光线，法线 0 ，0 大于 NN ，右， BO ，OC ，OA 凸透镜，焦点，焦点 倒立，缩小 同侧，加大【学法指要】 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化， 这种现象叫 做光的反射。实验

6、表明，光从空气斜射入水或其它介 质时，折射光线与入射光线、法线在同一平面上；折 射光线与入射光线分居法线两侧；折射角小于入射角； 入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向 介质表面时，传播方向不改变。学完后要求能正确叙 述这个实验的结论。还要知道在折射现象中光线也是 可逆的。 例题 1：图 6-2 所示，是光在水面的反射、折射情 况，NN 为法线，图中反射光线是_，折射光线 是_，入射角是_，折射角是_。 分析：由图上来看， 这是光从空气斜射入水发生的光的折射现象，同时在水 面上发生光的反射现象。 O 点是入射点， NN 是法线， AO 是入射光线， OB 是反射光线， OD 是折射3

7、光线，2 是入射角，3 是反射角，6 是折射角。还应注意到在这种情况下， 反射角等于入射角，而折射角小于入射角。 答：此题应填 OB，OD，2，6。 例题 2：一束光线从水射向空气，如图6-3 所示。请你画出：反射光线并 标明反射角的大小；折射光线的大致方向。分析：由图来看，入射角应为40 ，根据光的反射定律，反射角应等于40 。 再根据光从空气斜射入水时折射角要小于入射角，和在折射现象中光路是可逆的 来考虑，光线从水射向空气时，折射角应大于入射角。 答：此题答案如图6-4 所示。 透镜有两类： 中间厚边缘薄的叫凸透镜， 中间薄边缘厚的叫凹透镜。 通过透 镜两个球面球心的直线叫做透镜的主光轴。

8、主光轴 上有个特殊的点叫做透镜的光心。薄透镜的光心就 在透镜的中心。 如图 6-5，实验表明凸透镜能使跟主光轴平行 的光线会聚在主光轴上一点。 这个点叫做凸透镜的 焦点，用 F 表示，焦点到光心O 的距离叫做焦距， 用 f 表示。凸透镜两侧各有一个焦点。 凸透镜对光线 有会聚作用，所以也叫会聚透镜。 如图 6-6，实验表明跟主光轴平行的光线经过凹 透镜后变得发散，这些发散光线的反向延长线相交于 主光轴上的一点，这个点叫做凹透镜的焦点，用F 来表示。由于它不是实际光线的会聚点， 所以叫虚焦 点。凹透镜对光线有发散作用， 所以凹透镜也叫做发 散透镜。 例题 3：图 6-7 中画出光通过透镜前后的方

9、向， 在图中填上适当类型的透镜。分析：若既没有会聚作用，也没有发散作用，则光线通过透镜后，应如图 6-8 中虚线所示。而现在由于透镜对光线作用的结果，图中(1)折射后的两条边界 光线比两条虚线收敛了，所以这个透镜是对光线有会聚作用的凸透镜。图中(2) 折射后两条边界光线比两虚线散开了，所以这个透镜是对光线有发散作用的凹透 镜。实际上 F 点就是凹透镜的虚焦点。 答：图中 (1)是凸透镜， (2)是凹透镜。填上透镜后的图如图6-8 所示。4 凸透镜到物体的距离大于2 倍焦距时，成倒立、缩小的像。 这个像是物体射 向凸透镜的光经过凸透镜后会聚成的，能用光屏显现出来， 叫做实像。 照相机就 是利用上

10、面的原理制作的。 例题 4：使用照相机拍照时，景物在底片上所成的像是（） (A)正立、等大的虚像 (B)倒立、缩小的实像 (C)倒立、放大的实像 (D)正立、放大的虚像 分析：景物是在照相机镜头前距离大于2 倍镜头（相当于凸透镜） 焦距的地 方，所以胶片拍到的像是景物的倒立、缩小的实像。 答：此题应选 (B)。 例题 5：用镜头焦距一定的照相机照相，想使照片上的人像大一些，照相机 应离被照的人 _，这里感光胶片到镜头的距离比原来应_。 分析：用照相机给别人拍过照的人，一般会有这样的体验， 要想使照片上的 人像大一些， 应使相机离被照的人近些。 而拍摄近的景物时， 镜头要调节得往前 伸，这时感光

11、胶片到镜头的距离比原来大。 答：此题应填近些，大些。 在用凸透镜成像的实验中，当物体到凸透镜的距离在2 倍焦距和焦距之间 时，成倒立、放大实像。幻灯机就是利用凸透镜能成倒立、放大的实像这个原理 制成的。 实验表明，当物体到凸透镜的距离小于焦距时，成正立、放大的虚像。放大 镜就是一个短焦距的凸透镜， 靠近被观察的物体，用来观察物体正立放大的虚像。 例题 6：在做“研究凸透镜成像”的实 验时，保持透镜的位置不变， 先后把烛焰放 在 a,b,c,d,e各点，如图 6-9 所示，分别调整 光屏的位置。（图中 f 为凸透镜的焦距） 则： (1)把烛焰放在 _点时，光屏上出现 的实像最大。 (2)把烛焰放

12、在 _时， 在与物体同侧 成正立放大的像。 分析：设烛焰到透镜的距离即物距为u，实验表明当 uf 时，烛焰经凸透镜 成实像，当 u2f 时，物体经凸透镜成缩小实像。 可以说 2 倍焦距点（图 中的 b 点）是凸透镜成实像时，实像是放大还是缩小的分界点。所以(1)中烛焰5 应放在 d 点，这样光屏上成出的像最大。 答：此题应真 d，e。 例题 7：在平面镜、幻灯机、照相机、放大镜的成像中，因光的反射成像的 有_；因光的折射成像的有 _；成实像的有 _；成虚像的有 _；像大于物的有 _ ；像小于物的有 _ 。 分析：平面镜所成的像是虚像，像是正立的，像与物体大小相等，像与物体 在镜的两侧， 像与物

13、体到平面镜的距离相等。幻灯机是利用凸透镜折射成像，像 的性质是倒立、 言辞大实像， 像与物体在透镜的两侧。 照相机也是利用凸透镜折 射成像，像的性质是倒立、 缩小实像，像与物体在透镜两侧。 放大镜是折射成像， 像的性质是正立、 放大虚像，像与物体在透镜的同侧。 根据这些像的不同的性质， 就可以正确的答出上面的各个问题。 答：此题应填平面镜、 幻灯机、照相机、放大镜、幻灯机、照相机、平面镜、 放大镜、幻灯机、放大镜、照相机。 例题 8： 在研究凸透镜成像的实验中， 若在光屏上得到一个倒立缩小的实像， 量得光屏到透镜的距离为12 厘米。则该凸透镜的焦距可能为（） (A)8 厘米(B)15 厘米(C

14、)6 厘米(D)4 厘米 分析：因为像是一个倒立、缩小的实像，这与照相机成像的情况相同。照相 机镜头是相当于一个凸透镜的光学器件，它成像时 f2f 时，凸透镜能够成放大的实像 (B)当 2fuf 时，凸透镜能成缩小倒立实像 (C)当 u、2f B. f2f B. uuf D. u 5. BOE， COF 6. 凸透镜，焦点， 焦点7. 倒立，缩小二、选择题1.D 2.A 3. B,C 4. C 5. B 6. A 7. B 14 三、做图题（略）B 组一、填空题1NN，右， BO，OC，OA 2. 折射现象3. 会聚，发散4. 高5. 加大6同侧，加大二、选择题1A、D 2. A、C、D 3. C 4. B 5. D 6. C 7. A 8. D 三、实验题1中心，大于1 倍焦距2.8；正立，放大，虚；倒立，放大，实；倒立，缩小，实