一个让人疑惑了上千年的老问题

同学们好。

今天咱们从一个特别常见的现象说起。你把一根筷子斜着插进一杯水里，从侧面看，你会发现筷子在水面那儿好像“折断”了，水下的部分往上翘。你要是把它捞出来，筷子好好的，一点儿没断。

这事儿看起来挺玄乎，其实古人早就注意到了。你看水里的鱼，明明看见鱼在那儿，一叉子下去却叉偏了；沙漠里远远地能看见“海市蜃楼”；雨过天晴，天边挂出一道彩虹。这些现象背后，都藏着同一个物理规律，光的折射。

中考物理里，光的折射几乎年年考。今天这一篇，咱们就把折射这事儿从头到尾捋清楚，让你不但会做题，还能明白题目背后到底发生了什么。

光为什么会在水面上“拐弯”

要理解折射，咱们先想一个生活里的类比。

你推着一辆购物车，从平整的水泥地斜着冲进一片沙地。你会发现一个有趣的现象：当车轮一只先踏上沙地、另一只还在水泥地上时，车速一下子慢了，车子的前进方向就偏了——它会朝着先减速的那一侧拐过去。

光在空气里跑得快，在玻璃、水里跑得慢。当光斜着从空气射入水里时，光波有一部分先进入水、先变慢，另一部分还在空气里跑，于是整体的前进方向就“拐”了。这就是折射最本质的解释。

如果光是垂直着射向水面的呢？大家同时减速，谁也不比谁先慢，方向就不变。这一点非常重要，后面做题时反复会用到。

物理上，我们用折射率来描述介质让光“变慢”的本领。光在真空中的速度是 \( c \)，在某种介质中的速度是 \( v \)，那么这种介质的折射率定义为：

\[ n = \frac{c}{v} \]

由于 \( v \) 一定小于 \( c \)，所以任何介质的折射率都大于 \( 1 \)。水的折射率大约是 \( 1.33 \)，玻璃大约是 \( 1.5 \)。折射率越大，说明光在里面跑得越慢，偏折得也越厉害。

折射的“三线两角”，术语要先搞明白

做折射的题目，第一步是把图里的各个量认清楚，术语错了，后面全错。

- 入射光线：射向界面的那束光。

- 折射光线：进入另一种介质后继续传播的那束光。

- 法线：过入射点、垂直于界面的虚线。画图时务必画成虚线，并且要垂直，这是阅卷时扣分的高发点。

- 入射角：入射光线与法线的夹角。

- 折射角：折射光线与法线的夹角。

注意，入射角和折射角都是跟法线的夹角，跟界面的夹角。很多同学一看图就顺手把光线和界面之间的夹角当成角来用，一错就是一道大题。这是我要反复强调的第一条“血泪经验”。

光的折射定律可以概括成三句话：

1. 折射光线、入射光线和法线在同一平面内；

2. 折射光线和入射光线分别位于法线两侧；

3. 光从空气斜射入水或玻璃时，折射角小于入射角；从水或玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角。

定量关系可以用斯涅尔定律表示：

\[ n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2 \]

中考一般不做复杂计算，重点考查的是“角度谁大谁小”和光路图的画法，但这个式子了解一下，你会对折射有更深的把握。

记不住角度大小？送你一个口诀

有同学跟我诉苦：老师，光从空气进水，角度变小；光从水进空气，角度变大。我老记反，怎么办？

教你一个简单的判断方法：光在哪边跑得慢，光线就在哪边更“贴近”法线。

水里光速慢，所以水里的那条光线总是离法线更近、角度更小；空气里光速快，光线就“懒散”一些，离法线远、角度大。不管光往哪个方向传播，这条规律都成立。

还有一个特别重要的性质：在折射现象中，光路是可逆的。光从空气斜射入水，折射角小于入射角；反过来，让光沿着原来折射光线的方向从水里射向空气，它就会沿着原来入射光线的方向出去，折射角大于入射角。很多题目就是拿这个性质设陷阱的，你要是理解了“可逆”二字，这类题一眼就能看穿。

筷子“折断”、鱼“变浅”，到底是虚像还是实像

现在咱们回到开头的问题：筷子为什么看起来折断了？

从筷子水下部分反射出来的光，从水里斜射入空气时发生折射，折射角大于入射角，光线远离法线偏折。你的眼睛沿着折射后的光线往回看，大脑默认光是沿直线传播的，于是逆着折射光线延长出去，交点落在实际位置的上方。你看到的是筷子水下部分升高了的虚像，虚像的“折点”正好在水面处，所以筷子看起来像断了一样。

同样道理，你站在岸上看水里的鱼，看到的是鱼的虚像，位置比鱼的实际位置浅。所以有经验的渔民用鱼叉叉鱼时，要瞄准你看到的鱼的下方。而如果反过来，潜水员在水下看岸上的物体，物体看起来比实际的高，你看，把光路可逆用在这里，两个方向一次全弄明白。

再强调一遍关键词：这类像都是虚像，因为它们不是由实际光线会聚而成的，而是由折射光线的反向延长线会聚而成。考试问“看到的水中景物是实像还是虚像”，答虚像，别犹豫。

折射的“亲戚们”：透镜、彩虹与海市蜃楼

折射不是孤立的知识点，它是后面一大块内容的基石。

透镜成像，凸透镜、凹透镜，靠的都是光在玻璃两个表面上的折射。放大镜能聚光、老花镜能矫正视力、照相机能成像，本质上都是折射在起作用。你把折射的规律吃透了，透镜那章就没那么可怕了。

彩虹，阳光射进空中的小水滴，在水滴内发生折射和反射。不同颜色的光在水里的折射程度不一样，红光偏折得少，紫光偏折得多，白光就被“拆”成了一条彩色光带。这个现象叫光的色散，最早由牛顿用三棱镜系统研究。中考常考：白光通过三棱镜后，红光偏折最小，紫光偏折最大；彩虹是色散现象，不是反射现象。

海市蜃楼，光在密度不均匀的空气中连续折射，甚至发生全反射，把远处景物的像“投”到了空中或地面上。这也是虚像。

你发现没有，这些看起来八竿子打不着的现象，底层逻辑全是同一件事：光从一种介质进入另一种介质，或者在密度不均匀的介质里传播，方向发生了偏折。物理的魅力就在这儿——纷繁的世界背后，往往站着一条简洁的规律。

中考怎么考？这几类题型要心中有数

根据各地的中考物理试卷，光的折射主要考这么几种题型。

第一类，辨析三种光学现象。给你一堆现象，让你判断哪个是折射、哪个是反射、哪个是直线传播。记几组典型例子：

- 直线传播：影子、日食月食、小孔成像、激光准直；

- 反射：平面镜成像、水中倒影、看见不发光的物体；

- 折射：筷子“折断”、池水“变浅”、透镜成像、彩虹、海市蜃楼。

第二类，画折射光路图。抓住三条：法线画虚线且垂直于界面；空气中的角大；光路可逆。画完检查一遍，三线共面、法线两侧，一个都不能少。

第三类，判断角度变化。入射角增大，折射角也增大；垂直入射时，传播方向不变，折射角为零。

第四类，与生活情境结合的题。比如叉鱼瞄准何处、潜水员看岸上的树、水中的倒影和变浅的池底哪个是反射哪个是折射。这类题拼的不是背诵，而是你脑子里有没有那幅光路图。

学物理，学的是“看懂世界的眼睛”

写到这儿，我想多说两句。

有同学觉得物理枯燥，一堆定义、一堆规律，背完就忘。可你想想，一根筷子插进水里这件小事，人类琢磨了多少年？从古希腊的托勒密测量入射角和折射角，到后来一步步建立起折射定律，中间跨越了一千多年。而你今天用一个下午，就能把这套规律装进脑子里，再抬眼看世界时，筷子、鱼、彩虹、海市蜃楼，全都变得“透明”了。

这就是学物理的意义。它给你一双能看穿现象的眼睛。

下次去水边，不妨蹲下来，仔细看看水里的那条鱼。你知道它其实比你看到的更深一些；你知道那束进入你眼睛的光，曾经在水面拐了一个弯。你甚至知道它拐弯的原因。

这种“我知道为什么”的踏实感，是物理送给每一个认真学习它的人的礼物。

好了，今天就聊到这儿。把光路图画起来吧，画十遍，比背十遍都管用。