光的折射

2019-10-14 08:13:05

  【目的和要求】

  观察光的折射现象,总结折射现象的一些规律。

  【仪器和器材】

  学生光源,半圆柱状透镜,量角器,白纸。

  【实验方法】

  一、光线由光疏媒质进入光密媒质(光束由空气进入半圆柱状透镜)

  l.在桌上放一张白纸,将量角器放在白纸上。再将半圆柱状透镜放在量角器上,透镜的直边和圆心与量角器的直达和圆心相重合(图1)。

  2.让光源射出的光束斜射到透镜的圆心上。这时可以看到在入射点A处,有一条较暗的反射光线;另外还有一条较明亮的光线射向玻璃中(即由光疏媒质进入光密媒质)。玻璃中的光线偏离了原来的入射方向发生了折射。过A点垂直于透镜直边的90°线是过入射点A的透镜直边的法线。改变入射角的大小,从量角器上测出入射角分别为60°、45°、30°时相应的折射角(入射角可用三角板或量角器来确定)。并将结果填入表中。

  3.观察入射角为零时的情况。这时入射光线垂直干半圆透镜的直边射向圆心(图2.4-2),因而入射光线与法线重合,观察光线进入透镜后。有没有发生折射。这时的折射角多大?由此可以得出什么结论?

  二、光线由光密媒质进入光疏媒质(光束由透镜进入空气)

  1.继续上图的实验,观察光线AB经过透镜后在与光流媒质(空气)交界处B点的折射情况;这时我们发现,光线AB经过B点时没有发生折射,进入空气后仍然沿着原来的方向前进。这时的入射角多大?由这个实验可以得出什么结论?提示:圆弧上某一点的法线是与过该点的切线相垂直的直线,因而与过该点的半径相重合。光线AB既然是沿着半圆柱状透镜的半径方向,也就是沿着过B点的法线方向前进的,入射角是0°。由这个实验可以得出以下结论:当光线沿着半圆柱状透镜的法线(半径)方向从光密媒质(玻璃)射入光疏媒质(空气)进,即入射角为零时,光线的传播方向不变(不发生折射)。

  2.继续前面的实验。观察光线沿着半圆柱状透镜的法线(半径)方向到达与光疏媒质(空气)的交界点处并重新进入空气时,光线的传播方向变不变?可以得出什么结论?

  3.要观察到光线从半圆柱状透镜进入空气发生折射的一般情况,就要让光线斜向入射到远离透镜圆心的直边的一点c上,如图所示。这时可观察到,光线从光疏媒质(空气)进入光密媒质(玻璃)时,发生了第一次折射,这时的法线是过C点并与直边垂直的直线,折射角小于入射角。当光线在透镜内沿CD方向前进到与空气的交界处D点时,发生了第二次折射,D点的法线是过D点的半径方向。将本实验的光线方向、法线和透镜的形状在白纸上画下来后,对于光线由光密媒质进入光疏媒质时,折射角是大于还是小于入射角,可以得出什么结论?

  【注意事项】

  1.用半圆柱状透镜做光的折射实验,比较有趣,实验本身并不同难,主要难点是分析光线入射点处的法线方向,然后画出入射角和折射角。因此实验前可直接告诉学生怎样确定法线方向。

  2.本实验主要是定性观察,不要花太大精力测量角度。

  【思考题】

  用一束光向半圆柱状透镜的半圆面入射,将会看到哪几种折射现象?试试看并画出光路来。