【第4.04讲】一滴水也可以折射太阳的光辉

【第4.04讲】一滴水，也可以折射太阳的光辉

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。

我们常说“一滴水，也可以折射太阳的光辉”。可这是为什么呢？这就是我们今天要一起探讨的折射的规律。

如果你留心生活，就会发现插在水中的筷子或铅笔，看起来像是被折断了一样。这也是折射现象引起的。我们已经知道当光传播到两种透明介质的分界面时，一部分光被吸收，一部分光会反射，还有一部分光会穿透界面，进入另一种介质中继续传播。透过去的这部分光，方向会发生偏折。光从一种介质斜射入另一种透明介质时，传播方向发生偏折的现象，就叫做光的折射。

要注意，光发生折射是有条件的：光要斜射到界面上。当光线垂直入射时，传播方向并不发生改变。

为了方便研究，我们先明确几个概念。

1.法线：过入射点作界面的垂线，即为法线。

2.折射光线：进入另一介质中的光线叫做折射光线。

3.折射角：折射光线与法线的夹角叫做折射角。

4.入射角：自然就是入射光线与法线的夹角。

图1：光的折射

光从空气斜射入水中，折射角入射角。

跟反射定律一样：入射光线、法线和折射光线“三线”共面，入射光线、折射光线在法线两侧。跟反射定律不一样的是：输入光线和折射光线分别在界面的两侧。

光线如果垂直入射，入射角0°，折射角也是0°，“三线”合一，传播方向不变，不发生折射。

关于折射角与入射角的关系，我们现在只需要知道，在几种常见介质中它们谁大谁小，就可以了。更准确的计算方法，等到高中再学，它需要用到更深的数学知识。

空气、水、玻璃这三种介质，无论是入射角还是折射角，空气中的夹角>水中的夹角>玻璃中的夹角。它们的大小关系和这三种介质中的光速排序是一致的：空气中的光速>水中的光速>玻璃中的光速。你可以把这两组关系结合在一起记，就不容易忘了。

如果入射角增大或减小，折射角也随之增大或减小。

简单地说，光的折射规律就是：三线共面，法线、界面居中，两角随大随小。

光的反射能形成一个对称的虚像，那光的折射是否也能成像？

当然也能成像，并且成的也是虚像，一般像的位置比物体的实际位置高。比如刚才讲到的例子，铅笔插入水中，我们看到铅笔浸在水中的那一截被折弯了。实际上就是看到了折射所形成的虚像，像的位置比铅笔实际的位置更高。同样的道理，在河里用鱼叉叉鱼，你看到的也是鱼的虚像，鱼在水中的真实位置并没有你看到的那么高，所以，有经验的渔民就会瞄准鱼下方的位置去叉。

还有一种情况，当光斜射入一种不均匀的介质中，也会发生偏折。

不均匀的介质，可以把它分解，看成很多均匀的薄层拼接而成，光线经过每一层的界面都要发生折射，所以光经过不均匀介质时，会走出一道弧线。

我们地表的大气层就是一个不均匀的透明介质，高空大气稀薄、地表空气稠密。早晨第一缕曙光进入大气层后，由于折射，光线沿弧线传播，到达地表。结果是，你看到太阳起山老高了，实际上太阳的位置还在地平线以下呢。人眼逆着光线看过去，提前看见了太阳，以为太阳已经升起来了，实际上，他看到的只是折射形成的一个虚像。

同样的道理，黄昏时太阳落山，其实我们看到的也是已经在地平线以下的太阳。

图2：日出的折射现象

咱们再回到开头的问题，一滴水这么小，为什么可以折射出太阳的光辉？

因为阳光在水滴的表面发生折射，射入水滴时折射一次，射出水滴时又一次折射，经过两次折射，阳光被水滴汇聚，其结果就像放大镜一样。更详细的知识我们会在后面关于透镜的章节中继续讨论。

【小结一下】

这一节，我们初步了解了折射，有这3个要点你需要记住的：

1. 折射的概念：光从一种介质斜射入另一种透明介质时，传播方向发生偏折的现象，就叫做光的折射。要注意：当光线垂直入射时，不发生折射。

2. 折射光线偏折的方向：光线与法线的夹角，空气>水>玻璃。这个顺序与这几种介质中光速的排序是一样的。

3. 折射成像：折射成虚像，如果是从上向下看水中的像，一般会高于实际位置。另外，不均匀的介质也为发生连续折射，形成虚像。

【思考题】

用激光射水里的鱼，该瞄准什么方位呢？

下一讲，我还会聊更多生活中的折射现象。咱们下一讲再见！

【备课手稿】