Question

14．一束光线AO以与水面成30°的角斜射到水面．试在图1中画出光线AO经过水面后的光路图．在图2甲、乙中的方框内补上光学元件．

Answer 1

分析 （1）光在水面同时发生折射和反射：
根据反射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，作出反射光线；
根据光由空气斜射进入水中遵循的规律：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，光由空气斜射进入水中时，折射光线向法线偏折，折射角小于入射角，作出折射光线．
（2）要解决此题，需要掌握凸透镜与凹透镜对光线的作用，知道凸透镜有会聚光线的作用，凹透镜有发散光线的作用．根据入射光和折射光的方向，判断光线被会聚了还是发散了．若光线被会聚则填凸透镜，若光线被发散则填凹透镜．

解答 解：（1）先过入射点O垂直水面作出法线，求出入射角为90°-30°=60°，反射角等于入射角，所以反射角也为60°，在空气中法线的右侧画出反射光线；光由空气斜射进入水中时，折射角小于入射角，折射角小于60°，在法线的右侧的水中画出折射光线，如图所示：

（2）连接入射光线与各自的折射光线后发现：
通过甲图光学元件的光线比起入射光线更加远离主光轴，所以该透镜对光线有发散作用，因此填凹透镜．
通过乙图光学元件的光线比入射光线向主光轴靠拢，所以该透镜对光线有会聚作用，因此填凸透镜．

点评 （1）在两种介质的界面上，折射和反射一般是同时发生的，反射角和折射角随入射角的增大而增大，反射光线和入射光线在同种介质中，折射光线和入射光线在两种不同的介质中．
（2）在分析会聚、发散现象时，需要将出射光线与入射光线的传播方向进行比较．若比原来靠近主光轴则为会聚作用；若比原来远离主光轴，则为发散作用．