“潭清疑水淺”

孫雪娟

我國(guó)有很多描述大自然美景的詩(shī)詞.詩(shī)詞中也顯示了古人對(duì)自然界的認(rèn)識(shí).隱含著物理知識(shí).例如“潭清疑水淺”這句詩(shī)描述的是俯首碧潭，水清見底，看起來(lái)似乎潭水很淺的樣子，而實(shí)際上，潭水遠(yuǎn)比看起來(lái)的要深.這是光的折射現(xiàn)象.

一、光的折射現(xiàn)象

光的折射是指光由一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí).光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象.讓一束光從空氣中斜射入水中.觀察到光束進(jìn)入水中以后傳播方向發(fā)生了偏折.

為了方便研究.我們仿照光的反射現(xiàn)象引入入射光線、折射光線、入射點(diǎn).如圖1.以經(jīng)過(guò)入射點(diǎn)O并垂直于水面的直線NO為法線.入射光線和法線的夾角叫作入射角.折射光線和法線的夾角叫作折射角.

折射現(xiàn)象最顯著的特征就是光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì).這是判斷是否是折射現(xiàn)象的一個(gè)重要依據(jù).

例1 下列屬于光的折射現(xiàn)象的是（ ）.

A.坐井觀天.所見甚小

B.從魚缸側(cè)面看魚.發(fā)現(xiàn)魚會(huì)變大

C.“豬八戒”照鏡子。里外不是人

D.漫步在巴河的濱江大道.看到岸邊垂柳在水中的倒影

解析：坐井觀天，所見甚小，這是由于光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播；從魚缸側(cè)面看魚.發(fā)現(xiàn)魚會(huì)變大，能看到魚，是因?yàn)轸~反射的光經(jīng)過(guò)水、魚缸、空氣進(jìn)入了人的眼睛，可見是光的折射現(xiàn)象；照鏡子是平面鏡成像，垂柳在水中的倒影也是平面鏡成像，都是光的反射現(xiàn)象.

答案：B

二、光的折射實(shí)驗(yàn)探究

在探究光的折射規(guī)律時(shí)，為了能看到光路，需要在空氣中加一些煙霧，在水中滴幾滴牛奶，這是為了能增加光的漫反射.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如果光從空氣斜射入另一種介質(zhì)時(shí)。折射光線會(huì)向法線方向偏折，如圖1；但是如果光從空氣垂直射人另一種介質(zhì)，傳播方向不變，如圖2.由此可以得出，光發(fā)生折射的條件是：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì).

觀察實(shí)驗(yàn)可得出光在折射時(shí)的規(guī)律：折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)：折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)：當(dāng)光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中時(shí)，折射光線向法線方向偏折，折射角小于入射角；當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角會(huì)隨之增大.當(dāng)光從空氣垂直射入水中或其他介質(zhì)中時(shí).傳播方向不變.在發(fā)生光的折射時(shí).光路是可逆的.

需要注意的是，由于折射角是由入射角決定的。所以在比較折射角和入射角的大小關(guān)系時(shí).只能說(shuō)折射角大于入射角或者折射角小于入射角.而不能說(shuō)入射角大于折射角或者入射角小于折射角.

例2 某同學(xué)在做“探究光的折射特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn).如圖3是光從空氣斜射入水中時(shí)的光路，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi).折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè).通過(guò)實(shí)驗(yàn)還得到表1所示數(shù)據(jù).

（1）分析表中數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論：

①光從空氣斜射到水面時(shí)，將同時(shí)發(fā)生________和___________現(xiàn)象；

②光從空氣斜射到水面時(shí)，折射角隨入射角的增大而__________，折射角_________（填“大于”“等于”或“小于”）入射角.當(dāng)光從空氣垂直射到水面時(shí)，折射角等于零.

（2）該同學(xué)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論②，總結(jié)出了光的折射特點(diǎn).請(qǐng)你對(duì)該同學(xué)通過(guò)上述探究實(shí)驗(yàn)得出光的折射特點(diǎn)的過(guò)程作出評(píng)價(jià).

是否存在不足？答：_________（填“是”或“否”）.請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：_________.

解析：（1）光從空氣斜射到水面時(shí)，水面同時(shí)充當(dāng)反射時(shí)的反射面和折射時(shí)的兩種介質(zhì)的界面.由表中的數(shù)據(jù)可知，光從空氣斜射入其他介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角，而且，當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也增大.當(dāng)光從空氣垂直射到水面時(shí)，折射角等于零.（2）本實(shí)驗(yàn)次數(shù)太少。結(jié)論具有偶然性.多次測(cè)量是為了獲得多組數(shù)據(jù)，得出普遍性的結(jié)論，故，應(yīng)換用其他透明介質(zhì)再做此實(shí)驗(yàn).使得出的結(jié)論更具普遍性.

答案：（1）①反射 折射 ②增大 小于

（2）是 五次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確，但沒有換用其他透明介質(zhì)做此實(shí)驗(yàn)

三、光的折射規(guī)律的應(yīng)用

用光的折射規(guī)律可以解釋生活中很多問題和現(xiàn)象.例如文章開始提到的“潭清疑水淺”.如圖4所示.人能看到水下的物體.是因?yàn)樗挛矬w發(fā)出或者反射的光從水中射向空中進(jìn)入了人的眼睛.光從水中斜射入空氣的過(guò)程中發(fā)生了折射現(xiàn)象.折射光線偏離法線.可是人的眼睛不會(huì)認(rèn)為光線偏折了，而是感覺物像來(lái)自直線方向.即眼睛接收到的光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)位置.所以，潭水看起來(lái)比實(shí)際要淺一些.同理.叉魚時(shí)應(yīng)該對(duì)準(zhǔn)看到的魚的下方、插在水中的筷子向上彎折、透過(guò)玻璃磚看到鋼筆錯(cuò)位等.都是光的折射現(xiàn)象.

例3 炎熱的夏天開車行駛在公路上.常覺得公路遠(yuǎn)處似乎有水，水中還有汽車、電桿等物體的倒影。但當(dāng)車行駛至該處時(shí).水卻消失了.出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)楣獾模?）.

A.漫反射

B.鏡面反射

C.折射

D.直線傳播

解析：因?yàn)椴煌目諝鈱佑胁煌拿芏?所以光線在路面上方的空氣中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象.遠(yuǎn)處物體的光經(jīng)路面上方的空氣傳播.發(fā)生折射后進(jìn)入人的眼睛，人由于錯(cuò)覺始終認(rèn)為光沿直線傳播。所以看到“公路遠(yuǎn)處似乎有水，水中還有汽車、電桿等物體的倒影”，這是汽車、電桿等物體的虛像.C符合題意.

答案：C

責(zé)任編輯 程哲endprint