日常生活中,同學(xué)們經(jīng)??吹竭@樣一些現(xiàn)象:(1)斜插入水中的筷子向上彎折(如圖1);(2)雨后的天空會(huì)出現(xiàn)彩虹(如圖2);(3)露珠也會(huì)灼傷植物的葉片.(如圖3)
原來,這些現(xiàn)象都與光的折射有關(guān).當(dāng)光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向一般會(huì)發(fā)生改變,這就是光的折射.光在同種介質(zhì)中,如果介質(zhì)密度不均勻,光的傳播方向也會(huì)改變,海市蜃樓現(xiàn)象就是光在不均勻的同種介質(zhì)中發(fā)生的折射.
那么,光在折射時(shí)遵循什么規(guī)律呢?
1.實(shí)驗(yàn)猜想
同學(xué)們?cè)趯W(xué)過光的反射定律后可以做出這樣的猜想:折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi);折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè).
折射角與入射角的大小關(guān)系是什么關(guān)系呢?可以先簡單觀察光從水槽上方的空氣中沿水槽壁斜射入水中的情形(如圖4),同學(xué)們做一做就會(huì)猜想出當(dāng)光從空氣斜射入水中時(shí)折射角小于入射角;與光的反射類似,光在折射時(shí)光路也是可逆的,就會(huì)猜想出當(dāng)光從水中斜射入空氣中時(shí),折射角大于入射角.
2.設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)所選器材:激光筆、光的折射實(shí)驗(yàn)組合器材(包括透明水槽、玻璃磚、量角器)、折疊板等.
步驟1 在透明水槽中注滿水,用激光筆沿組合器材的內(nèi)壁從空氣斜射入水中(如圖5所示),觀察折射光線和入射光線的位置,發(fā)現(xiàn)折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè),同時(shí)折射光線和入射光線也在界面兩側(cè).
步驟2 將折疊板插入水槽中,向前折疊,向后折疊,使折疊板的兩個(gè)面不在同一平面上,觀察是否能夠找到折射光線(如圖6所示),結(jié)果發(fā)現(xiàn),折疊板上不會(huì)出現(xiàn)折射光線.
步驟3 記錄折射角和入射角的大小,改變?nèi)肷浣堑拇笮?,測量多組數(shù)據(jù),并記錄.
步驟4 將光從水中斜射入空氣中(如圖7所示),記錄折射角和入射角的大小,改變?nèi)肷浣堑拇笮?,測量多組數(shù)據(jù),并記錄.
步驟5 光從空氣中垂直射入水中(如圖8所示),觀察光的傳播方向是否改變;光從水中垂直射入空氣中,觀察光的傳播方向是否改變.
步驟6 將上述實(shí)驗(yàn)中的透明水槽換成玻璃,重復(fù)步驟1到5.
3.搜集證據(jù),得出結(jié)論
(1)根據(jù)步驟1和圖5可得出:折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè).
(2)根據(jù)步驟2和圖6可得出:折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi).
(3)根據(jù)步驟3、步驟6和圖5可得出:當(dāng)光線從空氣中斜射入水(或玻璃)中時(shí),折射光線偏向法線,即折射角小于入射角.
(4)根據(jù)步驟4、步驟6、圖7和光路可逆的知識(shí),可得出:當(dāng)光線從水(或玻璃)中斜射入空氣中時(shí),折射光線偏離法線,即折射角大于入射角.
(5)根據(jù)步驟5、步驟6和圖8可得出:垂直于分界面入射時(shí),光的傳播方向不變,即折射角和入射角的大小都為0.
4.總結(jié)與交流
光在兩種介質(zhì)的分界面發(fā)生折射時(shí),折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi);折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè);空氣中的折射角(或入射角)總大于其他介質(zhì)中的入射角(或折射角).垂直于分界面入射時(shí),光的傳播方向不變.
為方便同學(xué)們記憶,可總結(jié)成十六個(gè)字的口訣:三線共面、兩線分居、空氣角大、垂直不折.