登录
情境探究
一根铅笔插入水中，铅笔看起来向（选填“上”或“下”）弯折了。在水池边看水中的鱼，你会发现，看到的鱼比实际位置（选填“高”或“低”）。你能画光路图解释这种现象吗？
探究归纳
注意:光的折射现象中眼睛看到的物体的像是虚像。
[拓展]
海市蜃楼
不同高度的空气疏密不同。远方景物发出或反射的光本来不能到达我们的眼中,但有一些射向空中的光,由于不同高度空气的疏密不同而发生弯曲,逐渐弯向地面,进入观察者眼中,观察者逆着光望去,就看见了远处的景物,如图所示。
一根铅笔插入水中，铅笔看起来向（选填“上”或“下”）弯折了。在水池边看水中的鱼，你会发现，看到的鱼比实际位置（选填“高”或“低”）。你能画光路图解释这种现象吗？
探究归纳
注意:光的折射现象中眼睛看到的物体的像是虚像。
[拓展]
海市蜃楼
不同高度的空气疏密不同。远方景物发出或反射的光本来不能到达我们的眼中,但有一些射向空中的光,由于不同高度空气的疏密不同而发生弯曲,逐渐弯向地面,进入观察者眼中,观察者逆着光望去,就看见了远处的景物,如图所示。
答案
解：
上
高
光路解释：水中铅笔水下部分（或水中的鱼）反射的光从水斜射入空气中时，折射光线向远离法线的方向偏折，折射角大于入射角；人眼逆着折射光线看去，默认光沿直线传播，因此看到的是物体的虚像，虚像的位置比物体的实际位置偏高，所以铅笔看起来向上弯折，看到的鱼比实际位置高。
光路图绘制要点：
1. 在水面下标注物体的实际位置S，在S的上方适当位置标注人眼看到的虚像S'；
2. 从S引出两条射向水面的入射光线，在两个入射点处分别作出垂直于水面的法线；
3. 依据光从水斜射入空气时折射角大于入射角的规律，画出两条折射光线，使折射光线远离法线后最终指向人眼；
4. 用虚线将两条折射光线在人眼一侧反向延长，两条虚线的交点即为虚像点S'。
上
高
光路解释：水中铅笔水下部分（或水中的鱼）反射的光从水斜射入空气中时，折射光线向远离法线的方向偏折，折射角大于入射角；人眼逆着折射光线看去，默认光沿直线传播，因此看到的是物体的虚像，虚像的位置比物体的实际位置偏高，所以铅笔看起来向上弯折，看到的鱼比实际位置高。
光路图绘制要点：
1. 在水面下标注物体的实际位置S，在S的上方适当位置标注人眼看到的虚像S'；
2. 从S引出两条射向水面的入射光线，在两个入射点处分别作出垂直于水面的法线；
3. 依据光从水斜射入空气时折射角大于入射角的规律，画出两条折射光线，使折射光线远离法线后最终指向人眼；
4. 用虚线将两条折射光线在人眼一侧反向延长，两条虚线的交点即为虚像点S'。
解析
【分析】
要解决这两个情境问题，需运用光的折射规律：当光从水（光密介质）斜射入空气（光疏介质）时，折射角大于入射角。对于水中的铅笔，水下部分反射的光经水面折射后，人眼逆着折射光线看去，会默认光沿直线传播，因此形成的虚像位置比实际物体位置偏高，导致铅笔看起来向上弯折；同理，水中的鱼反射的光经水面折射后，人眼看到的虚像位置也比实际鱼的位置高。绘制光路图时，需明确实际物体位置、法线、入射光线、折射光线，以及虚像的形成（反向延长折射光线得到虚像）。
【解析】
根据光的折射规律，光从水斜射入空气中时，折射光线向远离法线的方向偏折，折射角大于入射角。人眼看到物体是因为物体反射的光进入眼睛，逆着折射光线的方向观察时，会误以为光沿直线传播，从而形成虚像，且虚像的位置高于实际物体的位置。因此，插入水中的铅笔看起来向上弯折，在水池边看到的鱼比实际位置高。
光路图绘制步骤：
1. 在水面下标注物体（铅笔水下部分或鱼）的实际位置S，在S的上方标注人眼看到的虚像位置S'；
2. 过水面上的入射点作垂直于水面的法线；
3. 从S引出两条射向水面入射点的入射光线，再根据折射角大于入射角的规律，画出对应的折射光线，使折射光线远离法线后指向人眼；
4. 用虚线将两条折射光线向人眼一侧反向延长，两条虚线的交点即为虚像点S'。
【答案】
上；高；光路解释：水中铅笔水下部分（或鱼）反射的光从水斜射入空气时，折射光线向远离法线方向偏折，折射角大于入射角；人眼逆着折射光线看去，默认光沿直线传播，形成虚像，虚像位置比实际位置偏高，故铅笔向上弯折，看到的鱼位置偏高。光路图绘制要点：①标注实际位置S和虚像S'；②作水面法线；③画入射光线和折射光线；④反向延长折射光线得虚像S'。
【知识点】
光的折射规律、虚像的形成
【点评】
本题结合生活常见情境考查光的折射规律的应用，既要求学生掌握光从水斜射入空气时的折射特点，又能运用该规律解释生活中的现象，还涉及光路图的绘制，是基础光学知识的典型应用，有助于加深对光的折射的理解。
【难度系数】
0.7
要解决这两个情境问题，需运用光的折射规律：当光从水（光密介质）斜射入空气（光疏介质）时，折射角大于入射角。对于水中的铅笔，水下部分反射的光经水面折射后，人眼逆着折射光线看去，会默认光沿直线传播，因此形成的虚像位置比实际物体位置偏高，导致铅笔看起来向上弯折；同理，水中的鱼反射的光经水面折射后，人眼看到的虚像位置也比实际鱼的位置高。绘制光路图时，需明确实际物体位置、法线、入射光线、折射光线，以及虚像的形成（反向延长折射光线得到虚像）。
【解析】
根据光的折射规律，光从水斜射入空气中时，折射光线向远离法线的方向偏折，折射角大于入射角。人眼看到物体是因为物体反射的光进入眼睛，逆着折射光线的方向观察时，会误以为光沿直线传播，从而形成虚像，且虚像的位置高于实际物体的位置。因此，插入水中的铅笔看起来向上弯折，在水池边看到的鱼比实际位置高。
光路图绘制步骤：
1. 在水面下标注物体（铅笔水下部分或鱼）的实际位置S，在S的上方标注人眼看到的虚像位置S'；
2. 过水面上的入射点作垂直于水面的法线；
3. 从S引出两条射向水面入射点的入射光线，再根据折射角大于入射角的规律，画出对应的折射光线，使折射光线远离法线后指向人眼；
4. 用虚线将两条折射光线向人眼一侧反向延长，两条虚线的交点即为虚像点S'。
【答案】
上；高；光路解释：水中铅笔水下部分（或鱼）反射的光从水斜射入空气时，折射光线向远离法线方向偏折，折射角大于入射角；人眼逆着折射光线看去，默认光沿直线传播，形成虚像，虚像位置比实际位置偏高，故铅笔向上弯折，看到的鱼位置偏高。光路图绘制要点：①标注实际位置S和虚像S'；②作水面法线；③画入射光线和折射光线；④反向延长折射光线得虚像S'。
【知识点】
光的折射规律、虚像的形成
【点评】
本题结合生活常见情境考查光的折射规律的应用，既要求学生掌握光从水斜射入空气时的折射特点，又能运用该规律解释生活中的现象，还涉及光路图的绘制，是基础光学知识的典型应用，有助于加深对光的折射的理解。
【难度系数】
0.7
例3 中华文化博大精深，有些古诗词中蕴含着丰富的物理知识。下列诗句中的情境能用光的折射原理解释的是（）
A.起舞弄清影
B.潭清疑水浅
C.风吹草低见牛羊
D.楼台倒影入池塘
A.起舞弄清影
B.潭清疑水浅
C.风吹草低见牛羊
D.楼台倒影入池塘
答案
B
解析
【分析】
要解决这道题，需先明确光的三种基本现象（直线传播、反射、折射）的核心区别，再逐一分析每个诗句对应的光学原理：首先回忆，光在同种均匀介质中沿直线传播，会形成影子等现象；光的反射是光遇到障碍物返回原介质，形成倒影等；光的折射是光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向改变，会形成池水变浅等现象。接着逐个判断选项，找到符合光的折射的选项。
【解析】
1. 明确光学现象的定义：
光的直线传播：光在同种均匀介质中沿直线传播，如影子的形成；
光的反射：光传播到两种介质的分界面时返回原介质，如平面镜成像；
光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，如池水变浅。
2. 分析各选项：
A选项“起舞弄清影”：影子是光沿直线传播被人体遮挡形成的，属于光的直线传播，不符合；
B选项“潭清疑水浅”：池底的光从水中斜射入空气中时发生折射，折射角大于入射角，人眼逆着折射光线看到的是池底的虚像，位置比实际池底高，因此感觉水变浅，属于光的折射，符合；
C选项“风吹草低见牛羊”：草遮挡光线，风吹后光沿直线传播，人能看到牛羊，属于光的直线传播，不符合；
D选项“楼台倒影入池塘”：楼台的倒影是平面镜成像，属于光的反射，不符合。
综上，答案为B。
【答案】
B
【知识点】
光的折射、光的直线传播、光的反射
【点评】
本题结合古诗词考查光学基本现象，将物理知识与文学情境结合，侧重考查学生对光学现象的区分能力，属于基础应用类题目，难度不大。
【难度系数】
0.8
要解决这道题，需先明确光的三种基本现象（直线传播、反射、折射）的核心区别，再逐一分析每个诗句对应的光学原理：首先回忆，光在同种均匀介质中沿直线传播，会形成影子等现象；光的反射是光遇到障碍物返回原介质，形成倒影等；光的折射是光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向改变，会形成池水变浅等现象。接着逐个判断选项，找到符合光的折射的选项。
【解析】
1. 明确光学现象的定义：
光的直线传播：光在同种均匀介质中沿直线传播，如影子的形成；
光的反射：光传播到两种介质的分界面时返回原介质，如平面镜成像；
光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，如池水变浅。
2. 分析各选项：
A选项“起舞弄清影”：影子是光沿直线传播被人体遮挡形成的，属于光的直线传播，不符合；
B选项“潭清疑水浅”：池底的光从水中斜射入空气中时发生折射，折射角大于入射角，人眼逆着折射光线看到的是池底的虚像，位置比实际池底高，因此感觉水变浅，属于光的折射，符合；
C选项“风吹草低见牛羊”：草遮挡光线，风吹后光沿直线传播，人能看到牛羊，属于光的直线传播，不符合；
D选项“楼台倒影入池塘”：楼台的倒影是平面镜成像，属于光的反射，不符合。
综上，答案为B。
【答案】
B
【知识点】
光的折射、光的直线传播、光的反射
【点评】
本题结合古诗词考查光学基本现象，将物理知识与文学情境结合，侧重考查学生对光学现象的区分能力，属于基础应用类题目，难度不大。
【难度系数】
0.8
例4 我们站在桥上看水中的风景，桥下的鱼也在水中看着我们。已知A点和B点，一个代表真实的我们，一个代表我们的像。请完成鱼在水中看我们的光路图。
答案
解：
① 根据光的折射成像规律，鱼在水中看到的人的虚像位置比真实人的位置偏高，因此位置更高的A是我们的虚像，B是真实的我们。
② 用虚线连接A点与鱼的位置，该线与空气和水的分界面的交点即为入射点O，保留水面上方A到O的线段为虚线。
③ 用实线连接B点与入射点O，在该线段上标注指向O的箭头，作为入射光线。
④ 用实线连接入射点O与鱼的位置，在该线段上标注指向鱼的箭头，作为折射光线。
① 根据光的折射成像规律，鱼在水中看到的人的虚像位置比真实人的位置偏高，因此位置更高的A是我们的虚像，B是真实的我们。
② 用虚线连接A点与鱼的位置，该线与空气和水的分界面的交点即为入射点O，保留水面上方A到O的线段为虚线。
③ 用实线连接B点与入射点O，在该线段上标注指向O的箭头，作为入射光线。
④ 用实线连接入射点O与鱼的位置，在该线段上标注指向鱼的箭头，作为折射光线。
解析
【分析】
鱼在水中看岸上的人时，光从空气斜射入水中会发生折射，根据光的折射规律，折射角小于入射角，折射光线向法线偏折，人在水中的虚像是折射光线的反向延长线会聚形成的，因此虚像位置比真实的人位置更高，由此可判断A是虚像，B是真实的人。接下来需确定入射点，连接虚像A与鱼的位置，该连线与空气和水的分界面的交点即为入射点，再根据入射光线、折射光线的方向绘制光路。
【解析】
1. 判断虚实像：光从空气斜射入水中时，折射光线靠近法线，折射光线的反向延长线形成的虚像位置比实物高，故位置更高的A是我们的虚像，B是真实的我们。
2. 确定入射点：用虚线连接A点与鱼的位置，该线与空气和水的分界面的交点为入射点O。
3. 画入射光线：用实线连接B点与入射点O，标注箭头指向O（表示光从B射向水面）。
4. 画折射光线：用实线连接入射点O与鱼的位置，标注箭头指向鱼（表示光从水面射向鱼的眼睛）。
【答案】
光路图绘制：①A为虚像，B为实物；②连接A与鱼，交水面于O；③连接B-O，箭头指向O；④连接O-鱼，箭头指向鱼。
【知识点】
光的折射规律，虚像的形成
【点评】
本题考查光的折射在生活中的应用，核心是理解岸上物体在水中的虚像位置偏高的成因，掌握光路图的绘制方法，属于基础光学应用题。
【难度系数】
0.6
鱼在水中看岸上的人时，光从空气斜射入水中会发生折射，根据光的折射规律，折射角小于入射角，折射光线向法线偏折，人在水中的虚像是折射光线的反向延长线会聚形成的，因此虚像位置比真实的人位置更高，由此可判断A是虚像，B是真实的人。接下来需确定入射点，连接虚像A与鱼的位置，该连线与空气和水的分界面的交点即为入射点，再根据入射光线、折射光线的方向绘制光路。
【解析】
1. 判断虚实像：光从空气斜射入水中时，折射光线靠近法线，折射光线的反向延长线形成的虚像位置比实物高，故位置更高的A是我们的虚像，B是真实的我们。
2. 确定入射点：用虚线连接A点与鱼的位置，该线与空气和水的分界面的交点为入射点O。
3. 画入射光线：用实线连接B点与入射点O，标注箭头指向O（表示光从B射向水面）。
4. 画折射光线：用实线连接入射点O与鱼的位置，标注箭头指向鱼（表示光从水面射向鱼的眼睛）。
【答案】
光路图绘制：①A为虚像，B为实物；②连接A与鱼，交水面于O；③连接B-O，箭头指向O；④连接O-鱼，箭头指向鱼。
【知识点】
光的折射规律，虚像的形成
【点评】
本题考查光的折射在生活中的应用，核心是理解岸上物体在水中的虚像位置偏高的成因，掌握光路图的绘制方法，属于基础光学应用题。
【难度系数】
0.6
例5 地球的自转让我们每天都能看到“日出”和“日落”现象，我们看到的“日出”并非太阳的实际位置，而是光经过不均匀大气时发生所成的太阳的像，如图所示，太阳实际在图中（选填“甲”或“乙”）位置。假如地球表面不存在大气层，则“日出”的时间相比现在会（选填“提前”或“推迟”）。
答案
解：
光经过不均匀大气时发生折射所成的太阳的像，由于光的折射，我们看到的太阳虚像位置比太阳实际位置偏高，因此太阳实际在图中乙位置。
假如地球表面不存在大气层，光将沿直线传播，只有太阳上升到地平线以上时才能被观测到，因此“日出”的时间相比现在会推迟。
光经过不均匀大气时发生折射所成的太阳的像，由于光的折射，我们看到的太阳虚像位置比太阳实际位置偏高，因此太阳实际在图中乙位置。
假如地球表面不存在大气层，光将沿直线传播，只有太阳上升到地平线以上时才能被观测到，因此“日出”的时间相比现在会推迟。
解析
【分析】
要解答本题，需明确：①地球周围的大气层不均匀，光在不均匀介质中传播时会发生折射；②我们看到的日出是太阳的虚像，虚像位置比太阳实际位置偏高；③若没有大气层，光沿直线传播，只有太阳实际位置到地平线以上才能被观测到，据此分析各空。
【解析】
1. 太阳光进入地球大气层时，因大气层不均匀，会发生折射，折射光线向地面偏折，人眼逆着折射光线看，认为光沿直线传播，看到的是偏高的太阳虚像，因此我们看到日出时，太阳实际在图中地平线以下的乙位置。
2. 若地球表面不存在大气层，光将沿直线传播，只有太阳实际位置上升到地平线以上时，光线才能直接到达人眼被观测到，所以“日出”时间相比现在会推迟。
【答案】
折射；乙；推迟
【知识点】
光的折射；光的直线传播
【点评】
本题结合“日出”这一生活现象，考查光的折射和直线传播的应用，需要理解大气层对光传播的影响，属于基础应用类题目，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解答本题，需明确：①地球周围的大气层不均匀，光在不均匀介质中传播时会发生折射；②我们看到的日出是太阳的虚像，虚像位置比太阳实际位置偏高；③若没有大气层，光沿直线传播，只有太阳实际位置到地平线以上才能被观测到，据此分析各空。
【解析】
1. 太阳光进入地球大气层时，因大气层不均匀，会发生折射，折射光线向地面偏折，人眼逆着折射光线看，认为光沿直线传播，看到的是偏高的太阳虚像，因此我们看到日出时，太阳实际在图中地平线以下的乙位置。
2. 若地球表面不存在大气层，光将沿直线传播，只有太阳实际位置上升到地平线以上时，光线才能直接到达人眼被观测到，所以“日出”时间相比现在会推迟。
【答案】
折射；乙；推迟
【知识点】
光的折射；光的直线传播
【点评】
本题结合“日出”这一生活现象，考查光的折射和直线传播的应用，需要理解大气层对光传播的影响，属于基础应用类题目，难度适中。
【难度系数】
0.6
易错判断
判断下列说法的正误。（正确打“√”，错误打“×”）
（1）光从空气射入水中时，传播方向一定发生改变。（）
（2）光发生折射时，折射角总是小于入射角。（）
（3）当入射光线垂直于分界面时折射角为$90°$。（）
（4）渔民叉鱼时，要把鱼叉对准看到的鱼的下方才能叉到鱼。（）
判断下列说法的正误。（正确打“√”，错误打“×”）
（1）光从空气射入水中时，传播方向一定发生改变。（）
（2）光发生折射时，折射角总是小于入射角。（）
（3）当入射光线垂直于分界面时折射角为$90°$。（）
（4）渔民叉鱼时，要把鱼叉对准看到的鱼的下方才能叉到鱼。（）
答案
解：
（1）×
（2）×
（3）×
（4）√
（1）×
（2）×
（3）×
（4）√
解析
【分析】
要判断各说法的正误，需结合光的折射定律及折射现象的应用逐一分析：①光从空气射入水中时，仅斜射会改变传播方向，垂直入射时方向不变；②折射角与入射角的大小关系由光传播的介质决定，并非总是折射角小于入射角；③垂直入射时折射角为0°；④渔民看到的鱼是虚像，位置偏高，需叉向下方。
【解析】
（1）光从空气斜射入水中时传播方向改变，若垂直射入水中，传播方向不变，故该说法错误，打“×”；
（2）光发生折射时，折射角与入射角的大小取决于介质：光从空气（光疏介质）斜射入水（光密介质）时折射角小于入射角，光从水斜射入空气时折射角大于入射角，因此“折射角总是小于入射角”的说法错误，打“×”；
（3）当入射光线垂直于分界面时，光的传播方向不变，折射角为0°，而非90°，故该说法错误，打“×”；
（4）水中鱼反射的光经水面折射后，折射光线的反向延长线形成的虚像位置比实际鱼偏高，因此渔民需对准看到的鱼的下方叉鱼，该说法正确，打“√”。
【答案】
（1）×（2）×（3）×（4）√
【知识点】
光的折射规律；光的折射现象应用
【点评】
本题考查光的折射的基本规律及生活中的折射现象，属于基础易错题，需准确掌握折射定律的细节（如垂直入射的折射角、折射角与介质的关系），避免概念混淆。
【难度系数】
0.5
要判断各说法的正误，需结合光的折射定律及折射现象的应用逐一分析：①光从空气射入水中时，仅斜射会改变传播方向，垂直入射时方向不变；②折射角与入射角的大小关系由光传播的介质决定，并非总是折射角小于入射角；③垂直入射时折射角为0°；④渔民看到的鱼是虚像，位置偏高，需叉向下方。
【解析】
（1）光从空气斜射入水中时传播方向改变，若垂直射入水中，传播方向不变，故该说法错误，打“×”；
（2）光发生折射时，折射角与入射角的大小取决于介质：光从空气（光疏介质）斜射入水（光密介质）时折射角小于入射角，光从水斜射入空气时折射角大于入射角，因此“折射角总是小于入射角”的说法错误，打“×”；
（3）当入射光线垂直于分界面时，光的传播方向不变，折射角为0°，而非90°，故该说法错误，打“×”；
（4）水中鱼反射的光经水面折射后，折射光线的反向延长线形成的虚像位置比实际鱼偏高，因此渔民需对准看到的鱼的下方叉鱼，该说法正确，打“√”。
【答案】
（1）×（2）×（3）×（4）√
【知识点】
光的折射规律；光的折射现象应用
【点评】
本题考查光的折射的基本规律及生活中的折射现象，属于基础易错题，需准确掌握折射定律的细节（如垂直入射的折射角、折射角与介质的关系），避免概念混淆。
【难度系数】
0.5
