高二物理光的直线传播知识精讲 人教版 14页

高二物理光的直线传播知识精讲 人教版 ‎ 一. 本周教学内容：‎ 高三新课：光的直线传播 二. 知识要点：‎ ‎1. 光源 ‎（1）什么是光源，能够自行发光的物体叫光源，如太阳、电灯、点燃的蜡烛、放射的礼花等。光源分为：点光源、线光源、面光源。‎ 注意：① 人眼所看到的物体并非都是光源，如钢笔、树木等，我们能够看到不发光的物体，是因为光源发出的光照射到它们，它们向四面八方漫反射的光射入了我们的眼睛，使我们的眼睛产生视觉反应，所以，一定要抛弃“看得见的物体就是光源”这种错误认识。‎ ‎② 月亮不是光源：月球本身不发光，人能看到月亮，是因为月球反射的太阳光引起了人的视觉；我们常说的月光并非月球发出的，而是月球反射的太阳光。‎ ‎③ 发光的物体是光源，但是在实际问题中，例如研究成像问题时，反射光的物体也可以作为光源处理。‎ ‎（2）光源的能量转化 光的特点是：光具有能量，发光过程伴随着能量的转化过程，由一种形式的能转化为另一种形式的能。‎ 如太阳将内部的核能转化为光能；阳光普照大地使万物生长，生物将光能转化为化学能；光电池将光能转化为电能；金属块受阳光照射，温度升高，将光能转化为内能。‎ 电灯发光消耗的电能，一部分转化为内能，另一部分转化为光能。‎ 说明：① 不同的发光体，其形状、大小各不一样，为了研究问题的方便，常将一些小的发光体（如灯泡、蜡烛）看成一个能发光的点，这样的光源称为点光源，它是一个理想模型。条件是发光体与观察点相距较远。‎ ‎②‎ ‎ 由于太阳很大，故一般情况下不能将太阳作为点光源看待。一般将太阳看作面光源。‎ ‎③ 有的光源需看成面光源或线光源。一般把日光灯看作线光源。‎ ‎2. 光的直线传播 光线 ‎（1）介质：光能够在其中传播的物质叫做光介质，简称介质。‎ 注意：① 介质可以是固体（玻璃）、液体（水）、气体（空气）。‎ ‎② 有些介质是均匀分布的，叫均匀介质，有些则是非均匀介质。‎ ‎③ 光的传播并不依靠介质，光在真空中能良好地传播，光在真空中传播的速度最大，大小为。‎ ‎（2）光的直线传播 在同一种均匀介质中，光是沿直线传播的，如小孔成像、影、日食、月食等都是光沿直线传播产生的。在一个有灰尘的房间里（如擦黑板时），有光从窗口射入，我们很容易看到光是沿直线传播的。‎ ‎（3）光线 为了形象地描绘光的传播，人们提出了一个理想模型——“光线”，沿光的传播方向作一条直线，并标上箭头，表示光的传播方向，这就是光线。‎ 注意：光线是人为引入的，是对实际存在的一束很细光束的一种抽象，实际上不存在光线，引入光线的概念是研究光现象的一种方法，几何光学正是利用光线的概念从而运用几何方法来研究光的传播规律的。‎ ‎（4）光束：有一定关系的一些光线的集合。‎ 常见的光束有如下三种：即平行光束、发散光束、会聚光束。（图1）‎ 平行光束：光线平行的光束。‎ 发散光束：指可以看作由点光源S发出的在空间散开的光。‎ 会聚光束：指由四周射来并可以聚集到一点的光。‎ 说明：做一些简单实验时，太阳光可以看作平行光。‎ ‎3. 如何确定发光点的位置 人眼在观察物体时，是根据射入眼睛那部分光线的方向和光沿直线传播的经验，来判断物体位置的，图2表示人眼位于某一发散光束的范围内，其中一部分光线射入眼睛。根据光沿直线传播的经验，观察者认为，光是从射入眼睛的光线的反方向延长线的交点发出的。‎ 利用光的直线传播判 断发光点S的位置 ‎4. 光的直线传播举例 ‎（1）小孔成像 在光源和光屏之间放一个带小孔的屏，在光屏上会得到光源的像。‎ 原因：由于光源上一个发光点射向小孔屏的光线中，大部分被孔屏挡住，只有那些向着小孔的光线，可沿直线通过小孔屏形成光斑，这样光源的每个发光点射向孔屏的光线，都将在光屏上对应形成一个光斑，而无数个光斑组合起来，便在光屏上显示出一个倒立的、与光源相似的图样，这一图样就是光源的像。‎ ‎（2）影的形成 光在传播过程中，如果被不透明的物体遮住，在物体后面将出现光线照射不到的区域，这个区域称为影。‎ 若是点光源发出的光被不透明的物体遮住，在物体后面会出现光线完全照射不到的区域，这个区域称为本影，如图3中阴影所示区域。‎ 若一个面光源发出的光被物体遮住，在物体后面除出现本影外，还存在光源发出的光虽不能全部到达，但有部分光线照射到的半暗影区，这个半暗影区称为半影。如图4和图5所示。‎ 在图5中，ABC这一三角形区域，看似一个本影区域，但这一区域发光体周围发出的光线仍能到达，故这一区域仍是半暗影区，有时也把这一特殊的区域称为伪本影区。‎ ‎5. 光速 光在介质中传播的速度由介质决定。‎ ‎（1）光在真空中的传播速度为。‎ ‎（2）光在其他介质中的传播速度都小于。‎ ‎【典型例题】‎ ‎1. 光的直线传播 ‎[例1] 作图说明小孔成像所成的像是倒立的。‎ 分析：作图如图6所示，从图中看到A点射出的光线通过小孔到达点；B点射出的光线通过小孔到达点。在点就会出现A、B点的像。作图过程中利用了光在同一均匀介质中沿直线传播的规律以及光线这一基本模型。同时应该体会到，从光源发出的光线携带着光源的一些信息，当光线到达光屏时与光屏发生作用就将携带的光源信息显示出来，就是光源的像。‎ 答案：略 思考：（1）将AB与孔的距离减小或者增大时，像的大小如何变化？将光屏与孔的距离减小或者增大时，像的大小如何变化？‎ 思考：（2）如果孔的半径增大，还能成像吗？‎ 分析：（1）当AB与孔的距离减小时，像变大；距离增大时，像变小。光屏与孔距离减小时，像变小；距离增大时，像变大。‎ ‎（2）大孔不能成像。‎ 评注：学习时要注意对各种情况的研究，这样才能真正理解物理过程，真正做到举一反三，融会贯通。学会如何作图加以分析。‎ ‎[例2] 下列有关光的陈述中正确的是（ ）‎ A. 人能用双眼估测物体的位置，利用的是光的直线传播规律 B. 大孔不成像，说明光通过大孔不是沿直线传播的 C. 位于月球本影区的人，能看到月全食 D. 光总是沿直线传播的，光在真空中传播的速度最大 分析：从物体上发射或反射的两条光线分别到达人的双眼，而根据两条光线的反向延长线的交点，就可确定物体的位置，因此选项A正确。大孔之所以不成像是因为大孔可看成由很多小孔组成，每个小孔所成的像都重叠在一起；位于月球本影区的人看到的是日全食，当月球在地球的本影里才发生月全食；光只有在同种均匀介质中才是沿直线传播的。故选项B、C和D都不正确。‎ 答案：A 评注：学习时一定要注意，人眼要看到物体，必须有从物体发射或反射的光进入眼睛，才可以看到物体，确定物体的位置。‎ ‎2. 光的直线传播原理的应用 ‎[例3] 一人自街上路灯的正下方经过，看到自己头部的影子正好在自己脚下，如果人以不变速度朝前走，则他头部的影子相对于地的运动情况是（ ）‎ A. 匀速直线运动 B. 匀加速直线运动 C. 变加速直线运动 D. 无法确定 分析：本题考查的主要是光的直线传播和运动学的有关知识。该题易犯的错误是仅凭主观想像进行猜测：认为人头部的影子是非匀速运动，因为人运动得越远，人的影子越长，所以投影的运动应是加速的，而匀加速很难保证，于是认为应是变加速直线运动，而错选C选项。‎ 正确的思路应是根据光的直线传播和几何知识，先确定任意时刻头影的位置，再运用运动学知识推导其位移或速度表达式，看位移、速度表达式满足哪种规律的运动即可解得。‎ 解：设灯高为H，人高为，如图7所示，人以速度经任意时间到达位置A处。由光的直线传播知人头影在图示B处，由几何知识得 ‎，故人头影的速度 因为H、、都是确定的，故亦是确定的。‎ 即人头影的运动就是匀速直线运动。‎ 答案：A 评注：对一个问题，应利用所学知识加以分析、论证，不可想当然盲目下结论。同时学会灵活运用几何知识作图。‎ ‎[例4] （课本“思考与讨论”）在空气中，我们能看到穿过小孔的一束阳光，而宇航员看到的太空却是一片漆黑，为什么？‎ 答案：一般情况下，空气中总有一些灰尘，当太阳光穿过小孔后照射到灰尘上，大量的灰尘将阳光向各个方向反射，故我们很容易看到穿过小孔的一束阳光。‎ 但宇航员所处的太空是真空，自然没有反射光的物质，只要没有光（阳光、星光）直接射入宇航员的眼睛，则宇航员所看到的太空将是一片漆黑。‎ ‎[例5] 下列陈述中正确的是（ ）‎ A. 让一束光线从小孔射入无尘埃的暗室里，则在暗室里的任何位置都能看到这束光 B. 光源发出的光照到不透明的物体上，在背光面总要形成本影区和半影区 C. 据点光源发出的两条光线，可以确定该点光源的位置 D. 医院里的无影灯不会形成影 分析：我们能够看到光线或物体的存在，是因为光线进入了我们的眼睛，物体发出或物体反射的光均可引起视觉，在无尘埃的暗室里，光线只沿一条直线传播，故A错。进入两眼的光线，可据其反向延长线交点确定物体位置，故C对。只有线光源或面光源（即较大的光源）才能形成本影和半影，故B错。医院里的无影灯发光面较大，只形成半影，而不形成本影，故D错。‎ 答案：C 评注：本题考查仍是光的直线传播问题，光源、障碍物和影是相互关联的，所谓无影灯只是因发光面积较大，没有本影，只有半影而已。‎ ‎3. 学科内综合 ‎[例6] 有一个在地球赤道上方飞行的人造卫星，日落两小时后赤道附近的人仍能在正上方看到它，试求它的最低高度（地球半径为）。‎ 分析：如图8所示，太阳光可看做平行光，日落后两小时，地球自转的角度为，则卫星在B点的正上方，B处的人要看到正上方的卫星，则卫星必受到光的照射，即卫星至少在C点。‎ 图8‎ 解：日落两小时后地球转动角度为：‎ 则 故卫星离地高度。‎ 评注：解本题的关键是仔细审题，将题中叙述的物理情景转化到几何图形上来，再利用光的反射知识解决。题中要求卫星的最低高度，这就必须有太阳光中与A点相切的光线作答，否则求出的高度不是最低高度。‎ ‎[例7] 房内高度有一点光源S，并在该位置以初速度水平抛出一个小球，如图9所示，则小球在BC上的影子做什么样的运动？‎ 图9‎ 解析：设光源与墙的距离为L，经过时间。小球的水平位移为 小球的竖直位移为 由图10知：‎ 则影子移动的距离：。‎ 则为一定值。‎ 则影子做匀速直线运动。‎ 图10‎ 评注：有关影运动问题的计算方法注意从运动物体（光源或障碍物）的运动状态入手，找出影的运动与物体运动的联系，利用运动学知识解决。‎ 三. 疑难辨析：‎ ‎1. 日食和月食 发生月食时，太阳、地球和月球在同一直线上，地球在中间，当月球全部进入地球本影区时形成月全食，当月球有一部分进入地球本影区时形成月偏食。‎ 发生日食时，太阳、地球和月球在同一直线上，月球在中间。地球上处于月球本影区里的人完全看不到太阳，这里就发生日全食；处在月球半影区里的人，看不到太阳某一侧的发光表面，这里就产生日偏食；处在月球本影区边界延长线所围的空间的人，看不到太阳发光表面的中部，而只能看到太阳周边的环形发光表面，这里就产生了日环食。‎ ‎[例1] 根据光的直线传播，作图说明日食的成因。‎ 解析：日食是地球在月球的背日方向通过月影时，地球上观察到太阳被遮挡的现象。日食分日全食、日偏食、日环食三种，如图11所示，地球上位于月球本影区内观察到的是日全食，此区域内太阳的光线一点都不能到达。即1内观察到的是日全食。区域2和3是半影区，在此处分别只有上半部的光线和下半部的光线能到达，在这两个区域的人们只能看到太阳的一部分，即日偏食。当地球上某区域位于月球的伪本影区内时，太阳中央部分被遮挡，边缘部分的光可以照到地球上，而中间部分的光线则无法到达，即区域4内观察到的是日环食。‎ 图11‎ 注意：‎ ‎① 人在月球的影中看到太阳，称为日食。由于月球的本影比地球小，日食时，在同一时间，地球上仅有部分地区能看到日全食。‎ ‎② 月食则是地球的影子落到月亮上，由于地球比月球大，在同一时间，地球上所有能看到月亮地区的人都能同时看到月食。‎ ‎[例2] 根据光的直线传播，作图说明月食的成因。‎ 解析：由于月球比地球小得多，当月球完全在区域A中时，阳光完全被地球挡住，照射不到月球上，故地球上的人看不到月球的反射光，形成月全食；当月球的一部分在区域A中，另一部分在区域B（或）中时，形成月偏食；由于地球与月球距离近，故不会出现月环食，即月球不可能到达区域C中，如图12所示。‎ 图12‎ 区域A是本影区，区域B和是半影区，区域C是伪本影区。‎ 注意：‎ ‎① 日食、月食都是人观察到的一种天文现象，而人都是在地球上生活，要区分以上两图的不同特点。‎ ‎②‎ ‎ 地球不可能完全在月球的本影里，但地球上的某个区域可以在月球的本影里，此区域的人会看到日全食，同时在地球上某个地方的人一定会看到日偏食，而且日全食、日环食不会在同一次日食过程中出现。‎ ‎③ 冬季时，地球离太阳近，月球的本影短，故冬季更易出现日环食。‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1.（01全国）如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中（ ）‎ A. 1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能 B. 4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能 C. 7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能 D. 只能是4、6中的某一条 ‎2. 如图所示，一束红光和一束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M，若用n1、n2分别表示三棱镜对红光、蓝光的折射率，下列说法中正确的是（ ）‎ A. n1n2，a为红光，b为蓝光 D. n1>n2，a为蓝光，b为红光 ‎3. 已知光线穿过介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时的光路图如图所示，下面说法中正确的是（ ）‎ ‎　　A. 介质Ⅱ是光密介质　　 B. 介质Ⅰ的折射率最大 C. 介质Ⅲ的折射率比Ⅰ大　　 D. 光在介质Ⅲ中光速最小 ‎4. 红黄绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气，若黄光恰能发生全反射，则（ ）‎ ‎　　A. 绿光也一定能发生全反射　　B. 红光也一定能发生全反射 C. 红、绿光都能发生全反射　　D. 红、绿光都不能发生全反射 ‎5. 如图所示，点光源S发出白光，经三棱镜分光，人在AC一侧沿折射后出射光线的反方向观察S，可看到（ ）‎ A. 一个白光点　　‎ B. 光点上部是红色，下部是紫色 C. 光点上部是紫色，下部是红色　　‎ D. 看不到S的像 ‎6. 如图所示，a，b，c是三块折射率不同的透明平板玻璃，彼此平行放置，且有nar B. il2>l‎0 C. l2>l1>l0 D. l2