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对环境的观察(三)
主 题
对环境的观察(三) 教案
教学内容
重点：1.光的折射
2.光学作图
难点：1. 光的折射定律
2. 光学作图
方法技巧：1.知识点的归类总结
2.识图解题
3.实验题的答题关联性和完整性
①现象：筷子折了、图像通过玻璃后变形了？ 是什么原因？
②光的直线传播……均匀介质，如果介质不均匀，光的传播不是直线吗？猜一猜
进行新课：
1、实验：
空气
界面
水
（先让学生猜想：光线会往哪边折？）
结果： 空气
2、光的折射规律：
（1）光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线偏折。
（2）试验：
空气
其他介质
结果：在折射中，光路是可逆的。
从其他介质斜射入空气中时，折射光线向法线偏折。
（3）、试验：
光垂直界面射入时，传播方向不改变。
4、有关现象：
（1）、水中的物体上升：做图说明（包括水变“浅”、筷子“折”等……）
（2）、海市唇楼：做图说明
知识点一. 光的折射：
1. 光的折射
（1）光的折射：光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。还有一种情况，光在同一种不均匀的物质中传播，方向也会改变，也是光的折射。
（2）光的折射定律
光折射时，入射光线、折射光线、法线在同一平面内（“三线共面”）；折射光线和入射光线分别位于法线两侧（“分居两侧”）；光从空气斜射入水或玻璃时，折射光线向法线靠拢，折射角小于入射角（“光从空气射到其它透明物质，折射角小于入射角”）。入射角增大时，折射角也增大。光垂直射到水或玻璃表面时传播方向不变。
（3）由光路可逆性可知：光从水中或玻璃射向空气中时，折射光线将偏离法线，折射角大于入射角。
2. 光的折射成像：
从空气中看水、玻璃等透明介质中的物体，你会感到物体的位置比实际位置高一些。这是光的折射形成的变“浅”了的虚像。具体例子有：“筷子上折”、“池水变浅”、“像下叉鱼”。
例1.如图所示，光在玻璃和空气的界面上同时发生反射和折射的现象，可以判断 是界面， 是入射光线， 是反射角， 是折射角，界面的 侧是空气。
答案：MN；CO；∠3；∠6；右。
例2.物理老师在实验室用某种方法在长方形玻璃缸内配制了一些白糖水（缸底有很多没溶解的白糖），两天后，同学们来到实验室上课，一位同学用激光笔从玻璃缸的外侧将光线斜向上射入白糖水，发现了一个奇特的现象：白糖水中的光路不是直线，而是一条向下弯曲的曲线，如图所示。关于这个现象的解释，同学们提出了以下猜想，其中能合理解释该现象的猜想是 （ ）
A. 玻璃缸的折射作用
B. 激光笔发出的光线不绝对平行
C. 白糖水的密度不是均匀的，越深密度越大
D. 激光笔发出的各种颜色的光发生了色散
答案：C
例3.如图所示，从点光源S发出四条光线，从空气射到水面上，发生折射，在图中所画的光线中，可能正确的是 （ ）
A. 只有SA和SB
B. 只有SB和SC
C. 只有SA和SC
D. 只有SC和SD
答案：C
例4.如图所示是光从空气斜射到玻璃表面的情况。则反射光线与折射光线的夹角的范围是 （ ）。
A. 100°<θ<140° B. 50°<θ<100° C. 140°<θ<180° D. 90°<θ<100°
答案：A
知识点二. 反射与折射作图
平面镜成像2（通过画像来画光路）
对称法作图1 先通过对称法作出光源S的像，
过点作平面镜的垂线（虚线）使得像与 然后连接像也入射点并延长，注意虚实
物到平面镜距离相等，像为虚像，用虚线
作S的像 （通过反射光线反向延长线交于像点来作像） 光路图法作S的像（原理同左）
注意：一定要画上法线， 折射光线反向延长线交于像点（虚像）
标明光线方向，注明界面，
光在一种介质中传播速度越大，
所对应光线与法线夹角越大
从岸上看水中的物体要比实际浅 从水中看岸上的物体要比实际高
光线通过玻璃砖，发生两次折射， 潜望镜原理:两次镜面反射(两次镜面成像)
例1.通过细管可以看见水底的物块，但从细管穿过的直铁丝，却碰不上物块．请在下图中作出通过细管看见物块的入射光线和法线．
答案：
例2、已知点光源A和两条反射光线，试在图中画出平面镜的位置．
解答：解：将两条反射光线反向延长，交点为点光源的像点A′，根据平面镜成像的特点：像与物关于平面镜对称，则平面镜MN在AA′的垂直平分线上，如图：
例3、右图为一辆轿车的俯视示意图。O点为司机眼部所在位置，司机在右侧的后视镜AB(看作平面镜)中能看到车尾c点。
根据平面镜成像规律画出司机眼睛看到C点的光路图。
答案：
例4、如图所示是小明家阁楼示意图，其中MN是一面带平面镜的墙壁，S为阁楼上一电灯，请通过作图的方法画出地板上能被照亮的区间．
答案：地板上能被照亮的区间为图中的PQ区域．
光学作图
一.光的直线传播类作图
例1.通过作图说明为什么睁开两只眼睛比闭上一只眼睛更能准确地确定物体的位置。
解析：由于光在同种均匀介质里沿直线传播，人们是靠两只眼睛来确定物体位置的。同一个物体同时被两只眼睛看到，说明物体恰好在进入眼睛的两条光线的交点上，而两条直线相交时，交点是唯一的，因此，只有睁开双眼才能确定物体的准确位置(如图1所示)。
例2.如图2所示。AB为一不透明的挡光板，CD为一日光灯管，EF为光屏，请用作图找出光屏上没有照亮的区域。
解析：本题只需作出日光灯管两端点C、D发出的两条光线分别经过挡光板的两端点A、B的光路，如图3所示，可看出光屏上没有照亮的区域为ABHG。
二.直接用光的反射定律类作图
例3：通过作图表示一束太阳光沿与水平面成45°射到水平地面上，并作出其中的一条光线的反射光线。
解析：用光线表示光的传播情况，太阳光可以看成是平行光。先画出水平面，再沿与水平成45°角画出三条入射光线表示一组平行光，即太阳光，如图4所示。作反射光线的方法是，先过入射点作垂直反射面的法线(注：法线不是光线，应用虚线表示)，再根据反射角等于入射角在法线的另一侧画反射光线(注：反射光线一定要用箭头表示光线离开反射面)。
三.确定平面镜的位置类作图
例4：一条与水平地面成60°角的入射光线如图5，若使它的反射光线与地面平行，应该怎样放置平面镜?
解析：从题目的条件可知，入射光线与反射光线的夹角应是60°或120°，因法线是入射光线与反射光线所成夹角的平分线，若法线的位置一经确定镜面的位置就可以找到了。现过O点做反射光线OB，如图6所示，使∠AOB=120°，O为入射点。再作∠AOB的平分线ON，ON为法线。最后根据法线与镜面垂直，因此过O点作ON的垂线MM’，MM’就是平面镜的位置。
做法二：题中只要求光线“水平”射出，所以此题的作图应有两种。一种水平向右，另一种水平向左，所以，平面镜与水平面成30°角也不是唯一的，第二种作图请同学们自己完成。
四、平面镜成像特点类作图
例5：S是一个发光点，S′是它在平面镜中成的像，SA是S发出的一条光线，请在图7中画出平面镜的位置和光线SA经平面镜反射后的反射光线。
解析：根据平面镜成像特点可知，平面镜的位置应在像、物连线的垂直平分线上。作法：①连结光点S和像点S′；②作SS′的垂直平分线即为平面镜的位置；与SA相交于点B；③连结S′与B，向前延伸作光线BC，则BC为入射光线SA的反射光线。如图8所示。
五、寻找平面镜观察范围类作图
例6：如图9，平面镜MN上方有一物体AB，试用作图回答下列问题：
①人眼在什么范围里可以看到整个物体AB在镜中的像？
②要使人眼在E点看不到镜中的像，至少应把平面镜的哪一部分遮住。
解析：本题需根据平面成像的特点运用端点法作图：①首先根据成像的对称性作出物体AB在平面镜中的像A'B'（如图10）；借助像A'B'，作出过A、B射向平面镜N点的入射光线对应的反射光线NA1、NB1；同理，作出过M点的反射光线MA2、MB2，观察范围应该在光线NA1、MA2所夹的范围内。②从像A'、B'连接眼睛E：A'E和B'E，分别与镜面相交于R、Q，（如图11），处于E处的人眼就是通过平面镜QR之间的部分看到平面镜中完整的像A'B'，因而至少应该遮住RQ这一部分。
六、寻找点光源类作图
例7：如图12，在平面镜上有从某一点光源发出的两条光线射到平面镜上反射时的两条反射光线，请通过作图法找到这个发光点。
解析：根据平面镜成像特点可知，像与物是关于平面镜对称，且所成的像点都在所有反射光线的延长线上。所以我们可先延长两条反射光线得到像点S'，然后找到他的对称点S，该点即是点光源。如图13所示。
同学们也可以直接运用光的反射定律作出两条反射光线的入射光线(两条入射光线相交的点)来确定光源的位置。
七、光的折射规律类作图
例8：李华在洪泽湖乘船游玩时，发现水面下某处有一只青蛙（如图14所示），他用激光笔照射到了这只青蛙。请你在图中画出李华在照射青蛙时的入射光线、折射光线和反射光线。
解析：因李华是在空气中用激光笔发射光线，照射到青蛙的光线应是折射光线，画图时只要注意折射角小于入射角就行（如图15所示）。
八、光折射时光路的可逆性类作图
例9：如图16所示是上、下表面平行的玻璃砖，一束光从空气斜射到玻璃砖的上表面，这束光从玻璃砖的下表面透射后的光路是怎样的？
解析：如图17所示，光在上表面折射时，折射角r小于入射角i；在下表面折射时，入射角等于r（因为上、下表面平行），根据光路可逆原理，这时折射角应等于i，因此透射光平行于入射光，并且向左侧移了一段距离，由此可见玻璃砖对光线有侧移作用，进一步研究表明，玻璃砖越厚，侧移距离越大。
1、如图所示：MN为平面镜，AB、CD是点光源S发出的光经平面镜反射后的两条反射光线，请用平面镜成像原理作图确定S的位置和入射光线．考点：作光的反射光路图；平面镜成像的相关作图．
本题有两种作法：
第一种作法：根据反射光线反向延长过像点，作出发光点的像点S′，再根据平面镜成像的特点：像与物关于平面镜对称作出发光点S的位置，补出入射光线．
① ②
第二种作法：根据光的反射定律先过A点垂直镜面作出法线，在法线左侧指向入射点画出入射光线，注意反射角要等于入射角，同理画出反射光线CD的入射光线，两条入射光线的交点S即为发光点的位置，如图所示：
2、如图10所示，考古人员需要对一口古井进行清理，为了解决照明问题，请你帮他们把太阳光反射到井里，并能垂直照亮井底。
【答案】如图所示
3、如图3所示，小聪通过一平面镜看到小猫要偷吃小鱼。图中画出了入射光线和反射光线，但未标出光的传播方向。请你在图中用箭
头标出小聪看到小猫偷鱼吃时的光的传播方向，并根据光的反射规律画出平面镜。
【答案】
4、按照题目的要求作图：
(1)如图甲所示，S是一个发光点，S’是它在平面镜中成的像，SA是S发出的一束光。请在图甲中画出平面镜的位置和SA经平面镜反射后的光线．
【答案】
5、在图8中，作出物体AB在平面镜MN中所成的虚像。
【答案】
6、某校新建成一个喷水池，在池底的中央安装一只射灯。池内无水时，射灯发出的一束光照在池壁上，在S点形成一个亮斑，如图所示，现往池内注水，水面升至a位置时，站在池旁的人看到亮斑的位置在P点；如果水面升至b位置时，人看到亮斑的位置在Q点，则（ ）
A. P点在S点的上方，Q点在S点的上方；
B. P点在S点的上方，Q点在S点的下方；
C. P点在S点的下方，Q点在S点的上方；
D. P点在S点的下方，Q点在S点的下方。
答案：C
7、如图1所示，S’为点光源S在平面镜MN中的像，SA为光源S发出的一条光线，请画出平面镜MN，并完成光线SA的光路。
答案：
本题关键是根据平面镜成像的对称性，即像与物体的连线与平面镜垂直，像与物体到镜面的距离相等，连接SS’并作其中垂线就是平面镜的位置（如图2所示），其它问题迎刃而解。答案如图2所示。
8、一平面镜与水平桌面成45°角，一小球以1m/s的速度沿桌面向平面镜匀速滚去（如图3所示），则小球在平面镜里的像（ ）
图 3
A．以1m/s的速度做竖直向上运动；
B．以1m/s的速度做竖直向下运动；
C．以2m/s的速度做竖直向上运动；
D．以2m/s的速度做竖直向下运动。
精析：解题关键是判断小球在平面镜中的像是怎样运动的。如图4所示，设小球从桌面A滚动到B，根据平面镜成像特点，分别作出小球在平面镜中的像A’和B’，可以知道A’和B’位于竖直方向，且有A’B’＝AB。所以小球在镜中的像以1m/s的速度做竖直向下的运动，选B。
重、难、易错点总结：
1.
2.
3.
知识巩固练习1
1、一束光线从空气斜射到玻璃表面，当入射角逐渐减小时，折射角将（ ）
A、保持不变 B、逐渐增大
C、逐渐减小，而且小于入射角 D、逐渐减小，总是大于入射角
2、池水看起来比实际的浅，这是由于（ ）
A、光在水中不沿直线传播 B、光在水面处发生反射
C、光从水中射人空气时发生折射 D、光从空气射人水中时发生折射
3、下列现象中不属于光的折射的是（ ）
A、灌满水的游泳池看起来变浅了 B、海市屋楼
C、部分插入水中的筷子变弯折了 D、在水面上出现岸上树木的“倒影”
4、下列说法不正确的是（ ）
A、当光垂直人射时，人射角等于0°，折射角也等于0°（ ）
B、光发生折射时，折射角总大于人射角C、折射光线与反射光线总是在法线同侧
D、一般情况下，折射角不等于人射角
5、小明从河边走过，他见到河水中有白云、树木、房屋、鱼、水草，其中属于虚像的有_________，属于折射成像的有__________________。
6、在水中潜泳的人看到岸上的路灯，是变_________(“高”或“低”)的_________(“实”或“虚”)像，这是光从____
_____射入发生的缘故。
7、如图为光从玻璃斜射入空气的光路图，由图可知，反射角_______，折射角_______。
参考答案：
1、D 2、C 3、D 4、B 5、白云、树木、房屋、鱼、水草；鱼、水草6、高 虚 空气 7、30° 46°
知识巩固练习2
1．池水看起来比实际的要_________，这是由于光从________射入________时发生的________造成的，看到的是实际池底的_______像。
2．当光从______斜射入_______时折射光线将偏离法线，这时折射角______于入射角。
3．古诗词中有许多描述光学现象的诗句，如“潭清疑水浅”说的就是光的_______现象；“池水映明月”说的就是光的________现象。4．下列现象属于光的折射的是（ ）
A．通过潜望镜观察海面上的船只 B．观察楼房在水中的倒影
C．从水中看岸上的物体比实际位置高 D．在路灯下出现了人的影子
5．在海上或沙漠上，有时会看到高楼大厦，热闹市场，实际大海、沙漠上并没有这些楼市，这种现象叫“海市蜃楼”，出现“海市蜃楼”的原因是（ ）
A．光在海面上反射的缘故 B．光在云层上反射的缘故
C．光沿直线传播的缘故 D．光在不均匀的大气层中折射的缘故
6．画出图中入射光线或折射光线的大致传播方向。
参考答案：
1、浅、水中、空气、折射、虚 2、水中或玻璃、空气、大于 3、折射、反射4、C 5、D 6、略
提高训练练习3
1、如图所示，光线射到两种介质的分界面时发生了反射和折射，请判断：法线是（ ）；入射光线是（ ）；折射光线是（ ）；反射光线是（ ）；入射角是（ ）度；折射角是（ ）；如果界面是 水和空气组成的，则（ ）侧是水。
2、一束光从空气中射向某一透明介质时发生反射和折射现象，入射光与分界面的夹角为30度，若折射光线和反射光线垂直，则反射光线与入射光线的夹角为________°，折射角为______。
3、在湖边看平静湖水中的“鱼”和“云”，看到的是（ ）
A．“鱼”是光的反射形成的虚像，“云”是光的折射形成的虚像
B．“鱼”是光的折射形成的虚像，“云”是光的反射形成的虚像
C．“鱼”和“云”都是光的反射形成的虚像
D．“鱼”和“云”都是光的折射形成的虚像
4、图中，容器底有一探照灯S发出一束光线投射到MN木板上，在B点形成一光斑，当向容器中注水时，光斑B将移向（ ）
A．B的上方 B．B的下方 C．B的左边 D．B的右边
5、上题中，光射到水面上会发生反射和折射现象，随着水面的升高，反射光线与折射光线的夹角将（ ）
A．越来越大 B．越来越小 C．不变 D．无法确定
6、如图所示，OB是一束光线由空气射到水面后的反射光线，在图中画出入射光线，标出入射角的度数，并画出折射光线的大致方向。
参考答案：
1、CD；BO；OF；OD；60°；∠6；AE右侧； 2、120；30 3、B 4、B 5、C 6、略
作图练习题4
1．作出图1中，人通过池塘中的水面看到对岸树木顶端的光路图，并大致画出入射光线射入水中的折射光线。(答案如图2)
图1 图2
2．如图3所示，S为平面镜前一点光源，根据光的反射定律确定人眼从镜AB中看到S的范围。(答案如图4)
图3 图4
3．如图5所示，平面镜上方有一竖直挡板P，AB和CD是挡板左侧的发光点S经过平面镜反射后的两条反射光线，请在图上作出发光点S（要求留下作图痕迹）。(答案如图6)
图5 图6
4．如图7所示，光从空气斜射入某种液体中，被水平放置于液体底部的平面镜反射，最后返回空气中。请在图中画出经平面镜反射的光线和在水面处的折射光线。(答案如图8)
图7 图8
5．在一个干枯的井底正中央P点趴着一只青蛙，它能看到的视野范围如图9所示，天降大雨时并全部灌满水，若青蛙仍在P点，它的视野将发生变化，请你在图中利用光路图确定青蛙视野变化的大致范围，并用阴影线表示出来。(答案如图10)
图9 图10
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