探究光的折射

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日常生活中，同学们经常看到这样一些现象：（1）斜插入水中的筷子向上弯折（如图1）；（2）雨后的天空会出现彩虹（如图2）；（3）露珠也会灼伤植物的叶片.（如图3）

原来，这些现象都与光的折射有关.当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生改变，这就是光的折射.光在同种介质中，如果介质密度不均匀，光的传播方向也会改变，海市蜃楼现象就是光在不均匀的同种介质中发生的折射.

那么，光在折射时遵循什么规律呢？

1.实验猜想

同学们在学过光的反射定律后可以做出这样的猜想：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两侧.

折射角与入射角的大小关系是什么关系呢？可以先简单观察光从水槽上方的空气中沿水槽壁斜射入水中的情形（如图4），同学们做一做就会猜想出当光从空气斜射入水中时折射角小于入射角；与光的反射类似，光在折射时光路也是可逆的，就会猜想出当光从水中斜射入空气中时，折射角大于入射角.

2.设计并进行实验

实验所选器材：激光笔、光的折射实验组合器材（包括透明水槽、玻璃砖、量角器）、折叠板等.

步骤1 在透明水槽中注满水，用激光笔沿组合器材的内壁从空气斜射入水中（如图5所示），观察折射光线和入射光线的位置，发现折射光线和入射光线分居在法线两侧，同时折射光线和入射光线也在界面两侧.

步骤2 将折叠板插入水槽中，向前折叠，向后折叠，使折叠板的两个面不在同一平面上，观察是否能够找到折射光线（如图6所示），结果发现，折叠板上不会出现折射光线.

步骤3 记录折射角和入射角的大小，改变入射角的大小，测量多组数据，并记录.

步骤4 将光从水中斜射入空气中（如图7所示），记录折射角和入射角的大小，改变入射角的大小，测量多组数据，并记录.

步骤5 光从空气中垂直射入水中（如图8所示），观察光的传播方向是否改变；光从水中垂直射入空气中，观察光的传播方向是否改变.

步骤6 将上述实验中的透明水槽换成玻璃，重复步骤1到5.

3.搜集证据，得出结论

（1）根据步骤1和图5可得出：折射光线和入射光线分居在法线两侧.

（2）根据步骤2和图6可得出：折射光线、入射光线和法线在同一平面内.

（3）根据步骤3、步骤6和图5可得出：当光线从空气中斜射入水（或玻璃）中时，折射光线偏向法线，即折射角小于入射角.

（4）根据步骤4、步骤6、图7和光路可逆的知识，可得出：当光线从水（或玻璃）中斜射入空气中时，折射光线偏离法线，即折射角大于入射角.

（5）根据步骤5、步骤6和图8可得出：垂直于分界面入射时，光的传播方向不变，即折射角和入射角的大小都为0.

4.总结与交流

光在两种介质的分界面发生折射时，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居在法线两侧；空气中的折射角（或入射角）总大于其他介质中的入射角（或折射角）.垂直于分界面入射时，光的传播方向不变.

为方便同学们记忆，可总结成十六个字的口诀：三线共面、两线分居、空气角大、垂直不折.