第五節光的折射及其規律

1.光的折射定義

1.1光的折射定義:光從一種介質斜射入另一種介質時,傳播方向發生偏折,這種現象叫做光的折射；

1.2光的反射與折射在兩種不同透明物質當中同時發生:當光從一種透明物質射入另一種透明物質裡時,在兩種物質的分界面上,光線的傳播方向要發生改變.其中一部分光線發生反射,同時還有一部分光進入另一種物質中而發生折射；

1.3注意:

1.3.1折射的産生是光從一種透明物質射入另一種透明物質裡時,在分界面處發生的；

1.3.2因為光是在兩種物質裡傳播的,所以傳播的速度各不相同；

1.3.3發生折射時,同時也一定發生反射.

2.光的折射規律:光發生折射時,折射光線、入射光線,法線在同一平面内,折射光線和入射光線分别位于法線的兩側。具體又可分為以下三種情況:

2.1當光從光速較大的透明介質斜射入光速較小的透明物質中時,折射角小于入射角,如下圖所示;

2.2與光從光速較小的透明物質斜射入光速較大的透明介質中時,折射角大于入射角,如下圖所示;

2.3當入射角等于0°時,折射角也為 0°,如下圖所示。

2.4在光的折射中，折射光路也是可逆的。

3.光的折射現象的解釋

3.1光的折射會造成許多光學現象，比如:

3.1.1水底看起來比實際的淺,

3.1.2一半斜插入水中的筷子變彎曲,

3.1.3魚缸中的魚看起來變大,

3.1.4海市蜃樓等.

3.2要解釋這些現象,首先要知道看見的并非實際物體,而是物體經折射後成的虛像.

3.3人眼之所以看到物體的虛像,都是因為折射光線(或反射光線)進入人的眼睛,而人眼總認為光沿直線傳播,這就使人在折射光線(或反射光線)的反向延長線上看到一個虛像.

4.拓展:大氣中的折射現象舉例

4.1星光閃爍:在晴朗的夜晚,我們看到一閃一閃的星星,這種現象是大氣對星光的折射造成的。由于重力的影響,包圍地球的大氣密度随高度而變化。另外由于氣候的變化,大氣層的各處又在時時刻刻不斷地變化着,有時緊密,密度就大些;有時稀疏,密度就小些,這種大氣的物理變化叫做大氣的抖動。由于大氣的抖動便引起空氣的折射率的不斷變化,我們觀望某一星星時,星光穿過大氣層進人眼睛,于是看到了星光。之後由于大氣的抖動,使空氣的折射率發生變化,星光傳播的路徑便發生了改變,這時星光到達另一地點,我們站在原來地方就看不見它的光了,便形成了一次閃爍。大氣的抖動是時刻不停的,并與氣候密切相關。一般大氣的抖動明顯地改變大氣折射率而形成一次閃爍的時間為1～4 s,所以,我們觀望星空時,看到的星光是閃爍的。

4.2海市蜃樓

4.2.1海市蜃樓的表象與定義源源:

①夏天,在平靜無風的海面上,向遠方望去,有時能看到山峰、船舶、樓台、亭閣、集市、廟宇等出現在遠方的空中。

②古人不明白産生這種景象的原因，認為是海中的蛟龍(即蜃)吐出的氣構成的,因而把這種現象叫做“海市蜃樓”,也叫蜃景.

4.2.2蜃景有兩種:

①發生在海平面上的蜃景:夏天,海平面上的下層空氣,離水面比較近,溫度比上層低,密度比上層大,我們可以把海面上的空氣看作是由折射率不同的許多水平氣層組成的。遠處的山峰、船舶,樓房等發出的光線射向空中時,就像光從水中射向空氣中一樣,會發生偏折,且折射光線越來越遠離法線,所以進入上層空氣的入射角不斷地增大,以緻最後會發生全反射,光線反射回地面上人的眼中,人們逆着光線看去,就感到光是從射入人眼光線的反向延長線發出的一樣,所以人看到的像就懸在半空中。如圖所示,

②發生在沙漠裡蜃景:夏天,太陽照在沙地裡,接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小。從遠處物體射向地面的光線,就像光從水中射向空氣一樣,會發生偏折,且折射光線越來越遠離法線,進入下層空氣的折射角不斷增大,也可能發生全反射,這些光就會射到地面上人的眼中,人們逆着反射光線看去,就會看到遠處物體的倒影,如圖所示,由于被太陽曬熱的空氣層不十分穩定,全反射的光有時也閃爍不定,人們看到的仿佛是從水面反射出來的一樣,沙漠裡的人常認為前方有水源而奔去,結果總是可望而不可及。

③在炎熱夏天的柏油馬路上,黑色對光的吸收較多,升溫較快,貼近熱路面附近的空氣層同熱沙面附近的空氣層一樣,下層比上層的密度小,從遠處物體射向路面的光線,也可能發生全反射,所以從遠處看去,路面顯得格外明亮光滑,路面上仿佛也有一片水塘,但當你走近時,你就會發現,原以為是水塘的地方其實是幹燥的.這也是一種蜃景。