第四章光现象

第四章光现象第一节光的传播一、光源能够发光的物体叫光源。光源有好多种按形成原因分，可分为自然光源和人造光源；按发光原理分，可分为热光源和冷光源。自然光源：太阳、萤火虫、灯笼鱼、斧头鱼、乌贼、水母等。人造光源：手电筒、火把、、蜡烛、白炽灯、日光灯、霓虹灯以及汞灯、氖灯等。热光源：太阳、手电筒、火把、油灯、蜡烛、电灯等。冷光源：萤火虫、灯笼鱼、斧头鱼、乌贼、水母等。【注意】月亮不是光源，月亮本身不发光，只是反射太阳的光。二、光线：常用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向；（是理想化物理模型，非真实存在）【注意】所有的光路都是可逆的，包括直线传播、反射、折射等。三、光的直线传播光在真空中或均匀介质中是沿直线传播的。常见的均匀介质如：空气、水、玻璃等。【注意】光在不均匀介质中如不均匀的空气、不同介质的界面处，传播方向发生改变。四、光的直线传播的应用：（1）小孔成像：像的形状与小孔的形状无关，像是倒立的实像（树阴下的光斑是太阳的像）。实像：由实际光线会聚而成的像。孔成像的条件：孔的大小必须远远小于孔到发光的距离及孔到光屏的距离。像的大小与发光体到孔的距离和像到孔的距离有关，发光体到小孔的距离不变，光屏远离小孔，实像增大；光凭靠近小孔，实像减小；光屏到小孔的距离不变，发光体远离小孔，实像减小；发光体靠近小孔，实像增大。（2）取得直线：激光准直（挖隧道定向）；整队集合；射击瞄准；（3）限制视线：坐井观天、一叶障目；（4）影的形成：影子；日食、月食日食：太阳月球地球；月食：月球太阳地球常见的现象：1.激光准直。2.影子的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体的后面形成黑色区域即影子。3.日食月食的形成：当地球在中间时可形成月食。如图：在月球后1的位置可看到日全食，在2的位置看到日偏食，在3的位置看到日环食。4、小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形状与孔的形状无关。123五、光的速度与光年光速：光每秒内传播的距离叫光速。用字母C表示。真空中的光速是宇宙最快的速度，c=3×108m/s。空气中的光速略小于真空中的光速，约为3×108m/s；光在水中的速度约为真空中光速的3/4；玻璃中的光速约为真空中光速的2/3。光年：是光在一年里传播的距离，因此，光年是距离的单位。1光年=9.4608×1015m。【注意】1、声音在固体中传播得最快，液体中次之，气体中最慢，真空中不传播；2、光在真空中传播的最快，空气中次之，透明液体、固体中最慢（二者刚好相反）。3、光速远远大于声速（如先看见闪电再听见雷声；在跑100m时，声音传播时间不能忽略不计，但光传播时间可忽略不计）。第二节光的反射光的反射光遇到水面、玻璃以及其他任何物体的表面都会发生反射。我们看到不发光物体，都是由于它的表面能反射，反射光进入人的眼睛，人就看到了物体。一、反射定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，有部分光返回原介质的传播现象叫做光的反射。（1）法线：过光的入射点（O）所作的与反射面垂直的直线（0N）；（虚线）（2）入射角(i)：入射光线（AO）与法线（0N）的夹角；（实线）（3）反射角(r)：反射光线（OB）与法线（0N）的夹角。（实线）（4）反射角总是随入射角的变化而变化，入射角增大反射角随之增大。（5）垂直入射时，入射角、反射角相等都等于0度。（6）反射光线和入射光线都是有方向的，用字母表示时，应沿着光线方向叙述字母，如AO、OB，不能说AO、BO。【注意】在光的反射现象中，光路是可逆的。二、光的反射定律：在反射现象中，反射光线、入射光线、法线都在同一个平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。(说成入射角等于反射角是错误的)。巧记：三线共面法居中，入角反角两相同。三、光路图（要求会作）：（1）、确定入（反）射点：入射光线和反射面或反射光线和反射面或入射光线和反射光线的交点即为入射（反射）点（2）、根据法线和反射面垂直，作出法线。（3）、根据反射角等于入射角，画出入射光线或反射光线四、两种反射：镜面反射和漫反射。（1）镜面反射：平行光射到光滑的反射面上时，反射光仍然被平行的反射出去；（2）漫反射：平行光射到粗糙的反射面上，光线向各个方向反射出去；（3）镜面反射和漫反射相同点：都是反射现象，都遵守反射定律；不同点：镜面反射的反射光只射向一个方向（刺眼）；而漫反射射向四面八方；如：下雨天向光走走暗处，背光走要走亮处，因为积水发生镜面反射，地面发生漫反射，电影屏幕粗糙、黑板要粗糙是利用漫反射把光射向四处；黑板上“反光”是发生了镜面反射，自行车尾灯、光污染也是镜面反射）五、潜望镜的工作原理：光的反射。六、熟悉反射定律典型实验第三节平面镜成像一、平面镜成像反射面是光滑平面的镜子叫做平面镜，平面镜对光具有良好的反射能力，它是利用光的反射原理改变光线的传播方向而成像的。二、平面镜成像的原理：光的反射三、平面镜成像的特点如下：1物体在平面镜中所成的像是虚像；2像和物体的大小相等；3物点到对应像点的连线与镜面垂直；4物和对应点的镜面的距离相等；5像与物左右相反。从数学对称的角度来看，平面镜成像的以上五个特点可归结为一句话：物体和像关于镜面是对称的。四、平面镜的应用（1）利用平面镜可以改变光的传播方向，起到控制光路的作用。如制作潜望镜；在挖井、挖掘山洞时，用平面镜将太阳光反射到作业区照明；修建体育场馆和高大建筑物时，利用平面镜把太阳光反射到室内改善光照条件。（2）利用平面镜来成像：如制作各种镜子，商场和家庭装修时，利用平面镜成像增强宽敞明亮的空间效果。（3）利用平面镜反射光来使微小形变放大，以便观察。五、关于平面镜成像的实验：①用玻璃板代替平面镜：便于观察和确定像的位置；②刻度尺的作用：便于比较像与物到平面镜的距离关系；③选取两段完全相同的蜡烛：为了比较像与物的大小关系；④移去后面的蜡烛，并在所在的位置上放一光凭，则光凭上不能接受到蜡烛烛焰的像，所以平面镜所成的像是虚像⑤蜡烛远离玻璃板时，它的像的大小不变。⑥3mm和2mm的两块玻璃板，应选择2mm厚的玻璃板做实验，玻璃板太厚，会看到两个像。⑦璃板没有放正，倾斜放置，蜡烛与像不能完全重合。不容易找到像。⑧该实验在较黑暗的环境中做效果好。六、水中倒影的形成的原因：平静的水面就好像一个平面镜，它可以成像（水中月、镜中花、水中的云，水中的鸟）；对实物的每一点来说，它在水中所成的像点都与物点“等距”，树木和房屋上各点与水面的距离不同，越接近水面的点，所成像亦距水面越近，无数个点组成的像在水面上看就是倒影了。（物离水面多高，像离水面就是多远，与水的深度无关）。七、平面镜成虚像的原因：物体射到平面镜上的光经平面镜反射后的反射光线没有会聚而是发散的，这些反射光线的反向延长线（画线时用虚线）相交成的像，不能呈现在光屏上，只能通过人眼观察到，故称为虚像（不是由实际光线会聚而成）注意：进入眼睛的光并非来自像点，而是反射光。要求能用平面镜成像的规律（像、物关于镜面对称）和平面镜成像的原理（同一物点发出的光线经反射后，反射光的反向延长线交于像点）作光路图（作出物、像、反射光线和入射光线）；八、平面镜成像作图方法1、根据反射规律作图：步骤：如图所示。（1）从发光点S向平面镜引出两条入射光线；（2）在入射点作出两条入射光线的法线；（3）根据反射规律，反射角等于入射角，作出反射光线；（4）作两条反射光线的反射延长线，找出交点S′，S′即是S的像。2、根据平面镜成像特点作图步骤：如图所示。（1）过S点作平面镜的垂线，交平面镜于O点。（2）在另一侧截取S′O=OS，S′点即为S的像。九、球面镜：凸面镜和凹面镜①球外表面为反射面叫凸面镜，以球内表面为反射面的叫凹面镜；②凸面镜对光有发散作用，可增大视野（汽车上的观后镜，街头拐弯处的反光镜）；③凹面镜对光有会聚作用（太阳灶，利用光路可逆制作手电筒的反光罩）十、凹面镜和凸透镜特点:凸面镜能使入射到它表面的平行光变得发散，这些发散光线好像是从镜后的某一点出发的，这一点叫做凸面镜的焦点，只不过它不是实际光线的交点，而是反射光线反向延长线的交点，叫做虚焦点，通常也用F表示。凸面镜的应用：利用它能使入射到它表面的平行光变得发散，能够扩大视野，制作司机后视镜等。凹面镜能把射向它表面的平行光会聚于一点，这一点叫做凹面镜的焦点，常用F表示。根据光线的可逆性，由焦点的点光源发出的光线，经凹面镜反射后能获得平行光。凹面镜的应用：利用它会聚光线的特点，制作太阳灶、太阳能焊机、反射式望远镜；利用它产生平行光的特点制作手电筒、汽车头灯，探照灯等的反光面。第四节光的折射一、光的折射定义：光从一种介质斜射入另一种介质中时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射。入射角：同光的发射法线：同光的发射折射角：折射光线和法线间的夹角。光的折射可分为两种情况：（1）光从一种介质斜射入另一种介质中时，传播方向发生偏折；（2）光在密度不均匀的同种介质传播，也会发生折射；如海市蜃楼就是（2）光在密度不均匀的空气中折射形成的；注意：光线垂直射向两种物质的界面时，传播方向不变，按原方向传播。光发生折射时，一定发生反射；但发生反射时，不一定发生折射。二、光的折射规律光的折射定律（1）、在光的折射中，三线共面，法线居中；（2）、垂直入射时，折射角和入射角都等于0°,光的传播方向不改变；（3）、折射角随入射角的增大而增大；（4）、当光射到两介质的分界面时，反射、折射同时发生。生活中与光的折射有关的例子：（1）水中的鱼的位置看起来比实际位置高一些（鱼实际在看到位置的后下方）；（2）由于光的折射，池水看起来比实际的浅一些；（3）水中的人看岸上的景物的位置比实际位置高些；（4）透过厚玻璃看钢笔，笔杆好像错位了；（5）斜放在水中的筷子好像向上弯折了；（要求会作光路图）注意:1、光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，这就是光的折射规律。在折射现象中，光路是可逆的。2、斜射（1）当光从空气斜射入玻璃、水等介质中时，折射光线向法线方向偏折。（2）光从水、玻璃等介质斜射入空气中时，折射光线向界面方向偏折。即斜射时，不论空气中的光线是入射光线还是折射光线，总是空气中的角度偏大。折射光线与法线的夹角叫做折射角。（3）垂直入射当光线垂直射向两个介质的分界面时，光线的传播方向不变，入射光线、折射光线均与法线重合。（4）光的折射规律与光的反射规律的区别：光的传播规律中，入射光线和反射光线在界面的同侧，光的传播速度不变；光的折射规律中，入射光线和反射光线分别在介质分界面得两侧，光的传播速度发生改变。（5）法线的重要地位：它具有双重身份，（1）它是两种介质分界面得垂线；（2）它是作图中画出反射光线和折射光线的参照标准。三、用光的折射规律解释光的折射现象课本中列举了四个光的折射现象的例子，现利用光的折射规律等光学知识逐一进行分析说明。（1）鱼儿在清澈的水里面游动，可以看得很清楚，然而，沿着你看见鱼的方向去叉它，却叉不到。有经验的渔民都知道，只有瞄准鱼的下方才能把鱼叉到。根据光的折射规律，水中鱼漫反射出的两条光线斜射到介质分界面处发生偏折，折射光线偏向水和空气的分界面，人从折射光线传来的方向看，由于人眼习惯于光沿直线传播，从折射光线反向延长线上看到了鱼在水中的虚像，像在鱼的上方。所以有经验的渔民和学过光的折射规律的人，都知道只有瞄准鱼的下方，才能叉到鱼。（2）从上面看水、玻璃等透明介质中的物体，会感到物体的位置比实际位置要高一些。根据光的折射规律，玻璃或水中的物体S发出或反射的光线，斜射到介质界面处时发生偏折，折射光线偏向玻璃或水与空气的界面，人眼逆着光传来的反向看去，却只看到了S的虚像S′。S′在S的上方，所以会感到物体的位置比实际位置高一些。（3）由于光的折射，池水看起来比实际的浅，所以当你站在岸边，看到清澈见底、深度不过齐腰的水时，千万不要贸然下水，以免因为对水深估计不足，惊慌失措，发生危险。所谓池水看起来不实际的浅，意思是说，看起来池底离池面偏近了。在池底取一点S，S反射的光线斜射到水面，根据光的折射规律，该斜射光线在