第五节光的折射及其规律
1.光的折射定义
1.1光的折射定义:光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折,这种现象叫做光的折射；
1.2光的反射与折射在两种不同透明物质当中同时发生:当光从一种透明物质射入另一种透明物质里时,在两种物质的分界面上,光线的传播方向要发生改变.其中一部分光线发生反射,同时还有一部分光进入另一种物质中而发生折射；
1.3注意:
1.3.1折射的产生是光从一种透明物质射入另一种透明物质里时,在分界面处发生的；
1.3.2因为光是在两种物质里传播的,所以传播的速度各不相同；
1.3.3发生折射时,同时也一定发生反射.
2.光的折射规律:光发生折射时,折射光线、入射光线,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。具体又可分为以下三种情况:
2.1当光从光速较大的透明介质斜射入光速较小的透明物质中时,折射角小于入射角,如下图所示;
2.2与光从光速较小的透明物质斜射入光速较大的透明介质中时,折射角大于入射角,如下图所示;
2.3当入射角等于0°时,折射角也为 0°,如下图所示。
2.4在光的折射中，折射光路也是可逆的。
3.光的折射现象的解释
3.1光的折射会造成许多光学现象，比如:
3.1.1水底看起来比实际的浅,
3.1.2一半斜插入水中的筷子变弯曲,
3.1.3鱼缸中的鱼看起来变大,
3.1.4海市蜃楼等.
3.2要解释这些现象,首先要知道看见的并非实际物体,而是物体经折射后成的虚像.
3.3人眼之所以看到物体的虚像,都是因为折射光线(或反射光线)进入人的眼睛,而人眼总认为光沿直线传播,这就使人在折射光线(或反射光线)的反向延长线上看到一个虚像.
4.拓展:大气中的折射现象举例
4.1星光闪烁:在晴朗的夜晚,我们看到一闪一闪的星星,这种现象是大气对星光的折射造成的。由于重力的影响,包围地球的大气密度随高度而变化。另外由于气候的变化,大气层的各处又在时时刻刻不断地变化着,有时紧密,密度就大些;有时稀疏,密度就小些,这种大气的物理变化叫做大气的抖动。由于大气的抖动便引起空气的折射率的不断变化,我们观望某一星星时,星光穿过大气层进人眼睛,于是看到了星光。之后由于大气的抖动,使空气的折射率发生变化,星光传播的路径便发生了改变,这时星光到达另一地点,我们站在原来地方就看不见它的光了,便形成了一次闪烁。大气的抖动是时刻不停的,并与气候密切相关。一般大气的抖动明显地改变大气折射率而形成一次闪烁的时间为1～4 s,所以,我们观望星空时,看到的星光是闪烁的。
4.2海市蜃楼
4.2.1海市蜃楼的表象与定义源源:
①夏天,在平静无风的海面上,向远方望去,有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中。
②古人不明白产生这种景象的原因，认为是海中的蛟龙(即蜃)吐出的气构成的,因而把这种现象叫做“海市蜃楼”,也叫蜃景.
4.2.2蜃景有两种:
①发生在海平面上的蜃景:夏天,海平面上的下层空气,离水面比较近,温度比上层低,密度比上层大,我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的。远处的山峰、船舶,楼房等发出的光线射向空中时,就像光从水中射向空气中一样,会发生偏折,且折射光线越来越远离法线,所以进入上层空气的入射角不断地增大,以致最后会发生全反射,光线反射回地面上人的眼中,人们逆着光线看去,就感到光是从射入人眼光线的反向延长线发出的一样,所以人看到的像就悬在半空中。如图所示,
②发生在沙漠里蜃景:夏天,太阳照在沙地里,接近沙面的热空气层比上层空气的密度小。从远处物体射向地面的光线,就像光从水中射向空气一样,会发生偏折,且折射光线越来越远离法线,进入下层空气的折射角不断增大,也可能发生全反射,这些光就会射到地面上人的眼中,人们逆着反射光线看去,就会看到远处物体的倒影,如图所示,由于被太阳晒热的空气层不十分稳定,全反射的光有时也闪烁不定,人们看到的仿佛是从水面反射出来的一样,沙漠里的人常认为前方有水源而奔去,结果总是可望而不可及。
③在炎热夏天的柏油马路上,黑色对光的吸收较多,升温较快,贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样,下层比上层的密度小,从远处物体射向路面的光线,也可能发生全反射,所以从远处看去,路面显得格外明亮光滑,路面上仿佛也有一片水塘,但当你走近时,你就会发现,原以为是水塘的地方其实是干燥的.这也是一种蜃景。
