物理八年级上册4.3-4.4光的折射、光的色散-导学案-沪科版

年
级
八年级
学
科
物理
版
本
上海科技版
课程标题
第四章
第三节
光的折射；第四节
光的色散
一、考点突破：
知识点
要求
学习目标
光的折射
知道
知道光的折射概念和发生折射的条件；
光的折射规律
理解
理解光的折射规律及光的可逆性；
折射现象解释
理解
应用光的折射规律解释简单的折射现象；
光的色散
知道
知道光的色散及色光的混合，物体的颜色。
二、重难点提示：
重点：探究光的折射规律。
难点：用光的折射规律解释简单的折射现象。
知识梳理：
一、知识脉络图
二、知识点拨
（一）光的折射现象
（1）概念
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生偏折，这种现象叫做光的折射。
【说明】从“发生条件”、“传播方向”和“传播速度”三个方面理解光的折射现象。
①光发生折射的条件是光从一种介质射入另一种介质，且光要斜射；光垂直射到两种
介质界面时，光的传播方向不变。
②当光从一种介质斜射入另一种介质中时，在两种介质的分界面上，光线的传播方向一般要发生改变，其中一部分光线发生反射，同时还有一部分光射入另一种介质里而发生折射，即光线在介质的分界面上传播方向发生改变。
③光从一种介质斜射入另一种介质，光的传播速度会发生改变。
（2）基本名词：一点、两角、三线
一点
入射点O：入射光线与界面的交点
两角
入射角α：入射光线与法线的夹角折射角γ：折射光线与法线的夹角
三线
入射光线AO；折射光线OB；法线：通过入射点与界面垂直的直线
【说明】①
发生光的折射时，在界面也同时发生光的反射现象；
②
折射时光路是可逆的。
（二）光的折射规律
（1）实验探究：光发生折射时遵循什么规律？
实验器材：激光手电筒、水槽、水、一个可折叠的光屏和一块玻璃砖。
实验步骤及分析：如图所示。
①
观察折射光线、法线与入射光线之间的位置关系。
结果：a.
折射光线、入射光线、法线在同一平面内；
b.
折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。
②
比较折射角与入射角的大小。
结果：光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角。
③
改变入射角大小，观察折射角的变化情况。
结果：折射角随着入射角的改变而改变，入射角增大时，折射角也增大；入射角减小时，折射角也减小。
④
换用玻璃砖代替水槽，将上面的实验过程重复一次。
结果：得到的实验现象与在水中的实验现象相同。
⑤
如果让光逆着折射光线OB的方向从水或玻璃射入空气中，可以看到，射入空气中的折射光线就逆着入射光线AO的方向射出，此时的入射角变为γ，折射角变为α，如图乙所示，也就是说，在折射时光路是可逆的，这时折射角α大于入射角γ。
（2）光的折射规律：
光折射时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，折射角随入射角的增大而增大，随入射角的减小而减小。
说明：
①
明确入射点、入射角、折射角、入射光线、折射光线、法线的含义，特别是法线，它是界面的垂线，作图时法线是画入射角和折射角的参照标准；
②
无论是光从空气斜射入其他介质中，还是光从其他介质斜射入空气中，光在空气中的角总是大于在其他介质中的角。
③
折射角随入射角的增大而增大，但不成正比；
④
当光从空气垂直射入水或玻璃等其他透明物质时，传播方向不变，此时折射光线、入射光线、法线重合，折射角、入射角都为0°；如图所示。
注意：
①
实验中的光源最好使用激光手电筒，光线均匀且更醒目。
②
实验中的背景最好使用白纸屏，一是可使光线发生漫反射，便于从各个角度观察；二是可使光线醒目。
（三）生活中的折射现象
现象探究：由于光的折射引起的光学现象。
现象
现象分析
图示
举例
结论
从岸上看水里的物体
我们能够看见物体是由于物体表面有光射入（或反射入）我们的眼睛里。假设A点射出的两条光线经折射后射入人眼（如右图所示），根据光的直线传播原理，我们感觉光好像是从点发出射入我们眼睛里的，水里的A点看起来变浅了。
水中的鱼看上去比实际的位置要浅
从岸上看水里的物体，物体变浅了；从水中看岸上的物体，物体变高了，都是看到升高了的虚像
从水中看岸上的物体
若从水中观察岸上的物体，正好出现与上述现象相反的现象，水面上的P点位置将会升高（如右图所示）
跳水运动员在水下观察10m跳台，就会感觉其高度超过10m
说明：（1）从一种介质看另一种介质中的物体，所看到的不是物体本身，而是物体的虚像。
（2）看物体的方向要注意，是物体发光射到人眼，别找错方向。
拓展：海市蜃楼的形成
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海市蜃楼是在海面上、公路上或沙漠上出现的虚幻景象，是一种奇特的景观，它是由于空气疏密不均匀使光线发生折射造成的，与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。如：夏季沙漠中烈日当头，沙土被晒得灼热，因温度上升极快，沙土附近的下层空气温度上升得很高，而上层空气的温度相对较低。由于热胀冷缩，接近沙土的下层热空气比上层冷空气稀疏。当远处较高物体反射出来的光，从上层较密的空气进入下层较疏的空气时被不断折射，在某一特殊角度中，人要是逆着光线看去，就会看到海市蜃楼。
（四）光的色散
（1）实验探究：光的色散
如图所示，让一束太阳光射到三棱镜上，通过三棱镜后，分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光。
说明：
①
白光不是单色光，而是由七种颜色的光组成的，所以太阳光是复色光；
②
不同颜色的光通过棱镜时偏折程度是不同的，实验中红光偏折程度最小，紫光偏折程度最大；
③
各种颜色的光偏折程度从小到大按照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列。
（2）概念：
一束太阳光经过三棱镜折射后，分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，这一现象在物理学中称为光的色散。
思考：天空中的彩虹是怎样形成的？
分析：彩虹是太阳光在传播过程中被空气中的小水滴色散而形成的。
（五）色光混合及物体颜色
（1）光的混合：由三棱镜分解的七色光再通过另一个三棱镜后，七色光又复合成了白色，这种现象叫光的混合。
（2）光的三基色
实验研究表明，自然界中红、绿、蓝三种颜色的光是无法用其他颜色的光混合而成的，其他颜色的光都可以通过红、绿、蓝三种色光的适当混合而得到，因此，红、绿、蓝三种颜色被称为光的“三基色”。
应用：彩色电视机
电视画面的颜色是由红、绿、蓝三种色条合成的
彩色电视机的荧光屏上有很多微小的格子，分别涂有能发出红、绿、蓝色光的物质，当三束电子流分别打到这三种物质上时，会发出红、绿、蓝三种色光。这三束电子流的强弱分别影响着三种色光的强弱，由此混合出绚丽多彩的各种颜色。看彩色电视机时，如果用放大镜观察电视机的荧光屏，就能看到荧光屏上红、绿、蓝的光点。
拓展：颜料的三原色
自然界的色彩种类繁多，人们可以用红、黄、蓝颜料调出其他色彩，却不能用其他颜料调出这三种颜色，因此，红、黄、蓝被称为颜料的“三原色”。
（3）物体的颜色
自然界和生活中的物体是五彩缤纷、绚丽多彩的，如下图。物体多数都不是光源，那么它们为什么会有颜色呢？
思考1：透明物体的颜色是由什么决定的？
分析：透明物体的颜色是由它透过的色光决定的，其余的色光被物体吸收了。
思考2：不透明物体的颜色是由什么决定的？
吸收其他光线反射
没有吸收光线完全
完全吸收光线没有
红色光线，看到红色
反射光线，看到白色
反射光线，看到黑色
分析：不透明物体的颜色由它反射的色光决定。
白色物体反射所有色光；
黑色物体吸收所有色光，完全不反射光。
说明：通常看到由物体进入我们眼睛的光有三类：反射光、透射光及发射光。
我们常见到的太阳光、白炽灯光或日光灯光都是发射光且都是白光，它们由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光复合而成。
当白光照射到透明物体上时，一部分被物体吸收，另一部分会透过物体，这就是透射光。
当白光照到不透明的物体上时，一部分被物体吸收，另一部分被物体反射，这就是反射光。
不同颜色的物体会透过或反射不同颜色的光，有的透过或反射红光，有的透过或反射蓝光，有的透过或反射绿光……
这些透射或反射光线进入我们的眼睛，我们就看到有的物体是红色的，有的物体是蓝色的，有的物体是绿色的……能透过所有色光的物体是无色透明的，不反射任何色光的物体的颜色是黑色的。
典型例题：
知识点1：光的折射
例题1
下列现象由光的折射形成的是（
）
A.
小孔成像
B.
站在岸上的人看到水中的鱼
C.
树在水中的倒影
D.
日食的形成
思路导航：小孔成像是由于光的直线传播形成的，站在岸上的人看到水中的鱼是光线从水中斜射入空气中时发生了折射形成的虚像，树在水中的倒影是光的反射现象，日食是由于光沿直线传播形成的。
答案：B
例题2
（齐齐哈尔中考）如图所示，属于光的折射现象的是（
）
思路导航：（1）光在同种、均匀、透明介质中沿直线传播，产生的现象有小孔成像、激光准直、影子的形成、日食和月食等；（2）光线传播到两种介质的表面上时会发生光的反射现象，例如水面上出现岸上物体的倒影、平面镜成像、玻璃等光滑物体反光都是光的反射形成的；
（3）光线在同种不均匀介质中传播或者从一种介质进入另一种介质时，就会出现光的折射现象，例如水池底变浅、水中筷子变弯、海市蜃楼等都是光的折射形成的。
选项A遥控器调电视，属于光的反射；选项B激光准直，是光沿直线传播形成的，属于光的直线传播；选项C我们在岸上看到水中的鱼，并不是鱼的实际位置，而是由于光的折射形成的鱼的虚像，所以渔民叉鱼时要瞄准像的下方，本选项符合题意；选项D照镜子是平面镜成像，属于光的反射。故选C。
答案：C
随堂练习：下列现象中，由于光的折射而形成的是（
）
A.
平面镜使物体成等大的虚像
B.
月光下的人影
C.
小孔成像
D.
看到水中的鱼儿游来游去
思路导航：平面镜成等大的虚像是由于光的反射而形成的；月光下的人影和小孔成像是由于光的直线传播而形成的；我们在岸上看到水中的鱼，并不是鱼的实际位置，而是由于光的折射形成的鱼的虚像。
答案：D
知识点2：光的折射规律
例题1
如图甲所示，一束光线垂直射到玻璃砖的一个面。作出这束光线进入玻璃砖内的径迹和从斜面离开玻璃砖后的大致径迹。要求在斜面处标出法线。
甲
乙
思路导航：当光垂直入射到玻璃砖时，光的传播方向不发生改变，当光从玻璃砖斜射入空气中时，入射角小于折射角。在画光从玻璃砖射入空气中的光线时，一定要找准界面，画出法线，然后根据折射角大于入射角作出折射光线。
答案：如图乙所示
例题2
如图甲所示，是入射光线AO的折射光线，请大致画出入射光线BO的折射光线。
甲
乙
思路导航：由光的折射规律可知，当入射角减小时，折射角也减小，由此判断入射光线BO的折射光线大致在下方。
答案：如图乙所示。
点评：（1）发生光的折射时一般同时发生光的反射。（2）无论光从空气斜射入水或其他介质中，或光从水或其他介质斜射入空气中，在空气中的角都是大角。
例题3
你能解释：“坐井观天，所见甚小”吗？请你在图甲中用光学知识画图说明。若井中有水，井底青蛙的位置不变，由于
，青蛙观察到的井上范围将
（选填“变大”“变小”或“不变”）。
甲
乙
思路导航：由于光是沿直线传播的，坐在井中的青蛙只能看见光沿直线传播所能观察到的天空的范围，当井中有水时，由于光的折射，光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，
折射光线向法线靠拢，使原来光沿直线传播所观察范围外边部分的光折射后也能进入到青蛙的眼中，所以看到的范围变大了。
答案：如图乙所示
光的折射
变大
点评：光从空气中斜射入水中，折射角小于入射角，折射光线靠近法线（空气角大）。
例题4
图中的两架敌机，一架是实际飞机，一架是从潜水艇上观察到的该飞机的像，请用光的作图法确定哪架是实际飞机。
思路导航：根据光的折射规律确定，光从空气斜射入水中时，
在水面处发生折射，折射角小于入射角，折射光线靠近法线，从观察口看到的这些光线是从它的反向延长线的交点发出的，是飞机的虚像，这个像比实际飞机高。
答案：如图所示
例题5
如图所示为光从空气斜射入水的光路图，请在图中画出界面和法线的位置。
思路导航：首先要确定界面的位置。用光的反射定律来判断，根据反射角等于入射角，反射光线和入射光线分居法线两侧，由图可以看出三条光线中有一条为入射光线，另两条可能为反射光线或折射光线，可能是界面的有两条直线，究竟哪一条光线为反射光线?可以假设是其中的某一条，画出反射光线和入射光线所成夹角的平分线——法线，根据法线垂直界面画出界面。再根据光的折射规律确定，光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，折射光线跟入射光线分居在法线两侧，判断假设是否正确，即可确定出界面。
答案：如图，实线为界面，虚线为法线。
例题6
如图所示，一束光在空气和玻璃两种介质的界面上发生了反射和折射，请判断：
是入射光线，玻璃在
。（填“AB面的右方”、“AB面的左方”、“CD面的上方”、“CD面的下方”）。
思路导航：观察反射角等于入射角可锁定CD是法线，AB是界面，OG是折射光线，然后据光的反射、折射规律：反射光线、折射光线和入射光线分居法线两侧，可判定EO是入射光线；观察折射角大于入射角可判定光是由玻璃斜射入空气中。即玻璃在AB面的左方。
答案：EO
AB面的左方
知识点3：用光的折射规律解释一些简单的现象
例题1
如图所示的四种现象中，属于光的折射现象的是（
）
A.
景物在观后镜中成像
B.
筷子在水面“断开”
C.
拱桥在水中的倒影
D.
蜡烛通过小孔成像
思路导航：（1）光在同一均匀介质中沿直线传播。光沿直线传播的实例有：小孔成像、激光准直、影子、日食和月食等；（2）光照在不同介质面上时，会发生反射现象，平面镜成像就是具体应用；（3）光从一种介质斜射入另一种介质时，光的传播方向会发生偏转，即光的折射现象。
答案：A.
汽车观后镜，是利用凸面镜能使光线发散的特点扩大视野，是光的反射原理，故本选项不符合题意。B.
当光从空气斜射入水中或者其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，出现了筷子好像在水面处折断了的现象，属于光的折射现象，故本选项符合题意。C.
平静的水面相当于平面镜，在水中形成拱桥的“倒影”是平面镜成像，平面镜成像属于光的反射，故本选项不符合题意。D.
蜡烛通过小孔成像，是因为光在同一均匀介质中沿直线传播。故本选项不符合题意。故选B。
点评：此题通过几个日常生活中的现象考查了对光的折射、光的直线传播、光的反射的理解，在学习过程中要善于利用所学知识解释有关现象，达到学以致用的目的。
例题2
观察拍摄于水边的风景照片时，总会发现倒影部分比景物本身暗一些，这是光从空气射到水面上时，由于光的
（选填“反射”或“折射”）使一部分光进入了水中。
思路导航：用照相机拍风景照时，实物反射的光线直接进入镜头，对底片感光，而倒影是实物反射的光线经水面反射后进入镜头对底片感光，当光线经过水面时，有一部分光会折射入水中，射入镜头的光线比实物直接反射进入镜头的光线弱，故倒影部分总比景物本身暗一些。
答案：折射
例题3
如图所示，人眼在A处看见河里B处有一白色鹅卵石，若从A处用激光手电筒的激光束能照射到白色鹅卵石上，请画出从A处射出的激光束照射到白色鹅卵石上的光路图。
思路导航：人在岸上看水中的物体或在水中看岸上的物体，虚像位置均比实物高。
答案：如图所示
随堂练习：秋高气爽的夜里，我们仰望天空时会觉得星光闪烁不定，这主要是因为（
）
A.
星星在运动
B.
地球在绕太阳公转
C.
地球在自转
D.
大气的密度分布不均匀，星光经过大气层后，折射光的方向随大气密度的变化而变化
思路导航：星星的运动、地球绕太阳的公转和自转，都是不断进行而没有停息的，若它们是导致我们看到星光闪烁不定的原因，则我们在任何夜晚都应该看到星光闪烁，事实上，我们在不少时候看到的星光却并不闪烁，可见上述三者并非是使星光闪烁的原因。造成星光闪烁的真正原因是由于大气中密度分布不均匀的空气的流动，而星光通过这些气层时，折射光的方向会随之发生变化，而使我们感到星光在闪烁变化。
答案：D
知识点4：光的色散
例题1
以下现象中，反映了光的色散现象的是（
）
A.
雨后天空，弧状光带
B.
岸边树木，水中倒立
C.
水中铅笔，水面折断
D.
井底之蛙，所见甚小
思路导航：解答此题要明确：混合光分散为单色光的过程叫光的色散；色散的特点是形成了光带。A.
雨过天晴时，常在天空出现彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分解成各种彩色光，这种现象叫做光的色散现象。所以说雨后的天空出现彩虹是由光的色散形成的。此选项符合题意。B.
水中倒影是由光的反射形成的，不属于光的色散。此选项不符合题意。C.
水中铅笔，水面折断是光的折射现象，不属于光的色散。此选项不符合题意。D.
“井底之蛙，所见甚小”，这一现象说明了光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。此选项不符合题意。
答案：A
点评：此题考查的是光色散现象的判断，牢记光的色散现象的特点是形成了彩色的光带，这是解答此题的关键所在。
例题2
2010年5月
17日中午，我市部分市民看到了太阳周围出现一个七彩“光环”，
如图所示，这就是“日晕”，形成这种现象的重要原因是阳光通过无数小冰晶后发生了色散，其中各色光按红、橙、黄、______、蓝、靛、紫的顺序依次排列，说明了太阳光是
（选填“单色光”或“复色光”）。
思路导航：色散后太阳光可以分解成七种颜色的光——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，说明太阳光是复色光。
答案：绿
复色光
例题3
如图甲所示，让一束太阳光通过棱镜射到白屏上，在白屏上就形成一条彩色光带，其颜色自上而下依次是
不同颜色的光。若在白屏上贴一张红纸（图乙），则光屏上只能看到
色光带。
思路导航：由于红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射角依次增大，所以光线偏折最小的是红光，偏折最大的是紫光。
答案：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
红
点评：本题考查了光的色散和紫外线，是一道基础题。红外线、紫外线是复习时容易忽视的知识点，需要引起注意。
知识点5：色光混合及物体颜色
例题1
下列说法中正确的是（
）
A.
白色光是最单纯的色光
B.
色光的三基色是指天然存在的三种色光，其他色光非天然存在
C.
色光的混合与颜料的混合有相同的规律
D.
将太阳光分解成各种色光的现象是色散
思路导航：白光是由七种色光混合而成的光，故A选项错；光的三基色是指能搭配混合成各种色光的三种色光，故B选项错；色光的混合与颜料的混合规律不同，故C选项错。
答案：D
例题2
红领巾只能反射
色光，绿叶只能反射
色光，所有颜色都不能反射的物体是
色的。
思路导航：实验表明，透明物体的颜色是由它透过的色光决定的，不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的。
答案：红
绿
黑
高频疑点：
1.
折射角与入射角的大小关系
发生折射时，主要分两种情况：一是光从空气斜射入其他介质，这时折射角小于入射角；二是光从其他介质斜射入空气，这时折射角大于入射角。
例题
如图甲所示，光从玻璃砖斜射入空气中，请在图中画出该入射光线的折射光线的大概位置，并标出折射角。
思路导航：当光从玻璃砖斜射入空气中时，折射角大于入射角，先画出法线，然后根据两角的关系作出折射光线。
答案：如图乙所示
2.
光的反射现象与光的折射现象区分不清
光发生反射时，反射光线与入射光线在同种介质中传播；光发生折射时，折射光线与入射光线在两种不同介质中传播。
例题
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。
思路导航：本题是物理与语文古诗词的学科渗透题，“潭清疑水浅”是光的折射现象，“池水映明月”是光的反射现象（水面相当于平面镜）。
答案：折射
反射
点评：一般地，观察者与被观察的物体位于界面同侧，看到的是光的反射现象；位于界面两侧，看到的是光的折射现象。
提分技巧：
一、巧记入射角与折射角的大小关系。
入射角、反射角、折射角是某一光线与法线的夹角，光在空气与其他介质之间发生折射时，其角的关系有一个不变的规律——空气中的角总是大角，即无论空气中的角是入射角还是折射角，总要比其他介质中的角要大一些（垂直入射除外）。也就是说，如果折射角大于入射角，那么折射角所在处为空气；如果入射角大于折射角，那么入射角所在处是空气。
二、比较法：在识记光的折射规律时与光的反射定律进行比较，有利于记忆。
相同点
不同点
1.
当光传播到两种介质的交界面时，一般要同时发生反射和折射
1.
反射光线与对应的入射光线在同种介质中，折射光线与对应的入射光线不在同一介质中
2.
反射光线和折射光线都与对应的入射光线、法线在同一平面上
3.
反射光线、折射光线都和对应的入射光线分居在法线的两侧
2.
反射角始终等于对应的入射角，而折射角与对应的入射角一般不相等。只有当光垂直于界面入射时，折射角才与入射角相等，都等于0°。
4.
反射角和折射角都随对应的入射角的增大而增大；随它的减小而减小
5.
光在反射和折射时，光路都是可逆的
三、折射规律记忆口诀：
三线共面，法线居中；空气角大，垂直不变，角度随变；光路可逆。
四、人眼看到物体颜色记忆口诀：
某物透，反某色光，某光入眼呈某色；
黑物色光都吸收，白物色光都反射；
所有色光都能通过，该物透明无颜色。