光的折射：折射规律、筷子弯折与池底变浅
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫光的折射。光从空气斜射入水或玻璃时，折射光线偏向法线，折射角小于入射角；光从水或玻璃斜射入空气时，折射光线偏离法线，折射角大于入射角。筷子在水面处"折断"、池水看起来变浅，都是因为我们看到的是折射形成的虚像，它比物体的实际位置高。
几个名词
- 界面：两种介质的分界面，如水面。光射到界面上的点叫入射点。
- 法线：过入射点垂直于界面的直线（画成虚线）。
- 入射角 i：入射光线与法线的夹角；折射角 r：折射光线与法线的夹角。注意都是和法线的夹角，不是和界面的夹角。
- 光射到界面上时，一般同时发生反射和折射。模型中反射光和折射光的亮度表示分到的能量多少。
光的折射规律
- 折射光线、入射光线和法线在同一平面内（三线共面）。
- 折射光线和入射光线分别位于法线两侧。
- 光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角；入射角增大，折射角也增大。
- 光从水或玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角。
- 光垂直射到界面上时，传播方向不变（入射角、折射角都为 0°）。
- 在折射现象中，光路是可逆的。
记忆方法：空气中的角总是大的。光在空气中跑得快，在水、玻璃中跑得慢；光进入"慢"的介质就向法线靠拢。在模型中打开「光的传播」，可以看到光点进入水或玻璃后间距变小——光变慢了。
折射率与光速（高中）
n = sin i / sin r = c / v n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
| 介质 | 折射率 n | 光速（×10⁸ m/s） | 射向空气时的临界角 C |
|---|---|---|---|
| 空气 | ≈ 1.00 | ≈ 3.00 | — |
| 水 | 1.33 | 2.25 | 48.8° |
| 玻璃 | 约 1.5 | 2.0 | 41.8° |
| 钻石 | 2.42 | 1.24 | 24.4° |
折射率越大的介质叫光密介质，越小的叫光疏介质（是相对而言的：水对空气是光密介质，对玻璃是光疏介质）。在模型里把上方设为水、下方设为玻璃，可以看到光从水射入玻璃时也会偏向法线，只是偏得少一些。
全反射
光从光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角。入射角增大到临界角 C（sin C = 1/n）时，折射角达到 90°，折射光线贴着界面；入射角再增大，折射光完全消失，光全部反射回原介质，这就是全反射。条件：①光从光密介质射向光疏介质；②入射角 ≥ 临界角。在模型中选「玻璃 → 空气」，慢慢增大入射角，可以看到折射光越来越暗、反射光越来越亮，直到折射光消失。光导纤维、钻石的璀璨、水中气泡特别亮，都和全反射有关。
生活中的折射现象
| 现象 | 光的路径 | 看到的是 |
|---|---|---|
| 筷子在水面处"折断" | 水中 → 空气 | 水中部分升高的虚像 |
| 池水看起来变浅、叉鱼往下叉 | 水中 → 空气 | 池底、鱼升高的虚像 |
| 碗中倒水后看见硬币 | 水中 → 空气 | 硬币升高的虚像 |
| 潜水员看岸上的树变高 | 空气 → 水中 | 树升高的虚像 |
| 海市蜃楼、太阳落到地平线下还能看见 | 在不均匀的大气中连续折射 | 虚像 |
作图要点：从物体上的一点画光线到水面，在水面处折射后进入眼睛；把进入眼睛的折射光线反向延长（画虚线），与过物点的竖直线的交点就是看到的像点。像点总是比物体高——不论是从空气看水中，还是从水中看空气中的物体。
用这个模型做实验
- 「折射规律」：拖动激光笔，从 0° 开始逐渐增大入射角，记录几组入射角和折射角，看折射角怎样变化；比较空气→水和空气→玻璃，哪一种偏折得更厉害。
- 点「光路可逆」：让光沿原来折射光线的反方向射入，看它是否沿原来入射光线的方向射出。
- 选「玻璃 → 空气」，增大入射角直到出现全反射，点「调到临界角」读出临界角。
- 「筷子"折断"」：拖动眼睛换几个角度看，观察看到的筷子（紫色虚像）怎样变化；把折射率拖到 1，筷子还会折吗？
- 「池底变浅」：分别「从正上方看」和「站在岸边看」，比较看起来的深度；拖动小鱼，想一想叉鱼时该对准哪里。
- 「碗中硬币」：先把眼睛放到刚好看不见硬币的位置，再点「慢慢倒水」，看硬币是怎样"浮"出来的。
常见问题
光的折射规律是什么？
折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于法线两侧；光从空气斜射入水或玻璃等介质时，折射角小于入射角，入射角增大，折射角也增大；光从水或玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角；光垂直射到界面上时，传播方向不变。在折射现象中，光路是可逆的。
插入水中的筷子为什么看起来向上弯折了？
水中筷子反射的光从水中斜射入空气时发生折射，折射光线偏离法线。眼睛逆着折射光线看去，看到的是筷子的虚像，虚像的位置比筷子的实际位置高，所以水中部分好像向上折了。
为什么池水看起来比实际的浅？
池底反射的光从水中斜射入空气时，折射角大于入射角，人眼逆着折射光线看到的是池底升高了的虚像，所以池水看起来变浅。从正上方看，视深约为实际深度的 3/4（h/n）；斜着看时，越远处显得越浅。因此不要贸然下水游泳。
叉鱼时为什么要对准看到的鱼的下方？
我们看到的“鱼”是光的折射形成的虚像，它比鱼的实际位置偏高。鱼叉沿直线前进，所以要对准看到的鱼的下方才能叉到鱼。用激光照鱼则不同，激光也会发生同样的折射，应直接对准看到的鱼。
什么是全反射？发生全反射的条件是什么？
光从水或玻璃等光密介质射向空气等光疏介质时，入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，光全部被反射回来，这种现象叫全反射，这个角度叫临界角 C，sin C = 1/n。发生全反射的条件：光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角。水的临界角约 48.8°，玻璃约 41.8°，钻石约 24.4°。光导纤维就是利用全反射传输光信号的。
折射率是什么？
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比叫这种介质的折射率，n = sin i / sin r，它也等于光在真空中的速度与在该介质中速度之比，n = c/v。水的折射率约 1.33，玻璃约 1.5，钻石约 2.42，空气约 1.0003（通常取 1）。折射率越大，光在其中传播得越慢，光斜射入时偏折得越厉害。
为什么往碗里倒水后，原来看不见的硬币又能看见了？
碗里没水时，硬币反射的光沿直线传播，被碗壁挡住，进不了眼睛。倒水后，光从水中斜射入空气时发生折射，折射光线偏离法线、向碗外偏折，能越过碗边进入眼睛。我们看到的是硬币升高了的虚像。
适用课程
人教版初中物理八年级上册第四章《光现象》第 4 节"光的折射"，以及其他版本教材中的"光的折射"内容；全反射、折射率部分对应高中物理选择性必修第一册第四章《光》"光的折射""全反射"。可与本站凸透镜成像规律、眼睛与视力矫正模型配合学习——透镜成像正是光的折射的应用。