1 .光源
光源是指自身发光的物体,太阳、发光的电灯、点燃的蜡烛都是光源.有些物体本身不发光,但由于它们能反射太阳光或其他光源射出的光,好像它们也在发光一样,不要误认为是光源,如月亮和所有行星,它们并不是物理学所指的光源.光源可分为自然光源和人造光源两类.
2 .光的反射定律
反射定律的内容可以归纳为“三线、两角、一点”,理解此定律时要抓住一面、一点、两角、三线,即镜面、入射点、入 射角、反射角、法线、入射光线、反射光线.
(1)入射角、反射角是入射线或反射线与法线之间的夹角,而不是与镜面之间的夹角.
(2)对于法线的意义一定要理解,它是一条假想的然而又是重要的几何线,它是用来确定在反射现象里,光线(包括入射光线和反射光线)在空间里的方位.也可以说,它是决定入射角、反射角的一条辅助线.就像平面几何中的添加辅助线一样,借助于它,关于反射的许多问题就很容易处理了.这样也给我们解应用反射定律的题目提供了一条思路:不论是由入射线求反射线,还是由反射线求入射线,或者是由入射线和反射线情况确定镜面的位置,都要首先找出法线这条关键线.
(3)学习这条规律时,要注意它的逻辑性:由入射光线和镜面决定入射点,由入射点和界面决定法线,由入射光线和法线决定入射角,然后由入射角和反射角确定反射光线的方向.它们之间的逻辑关系可由下面网络图形象表示:
显然是先有入射,后有反射,入射是因,反射是果,所以在叙述光的反射定律过程中,一定要注意,不要把“反射角等于入射角”说成“入射角等于反射角”.
(4)当光垂直于镜面入射时,反射光线也垂直于镜面,这时入射线、法线、反射线三线重合,但入射线和反射线的行进方向不同,这时反射角和入射角都为零,“三线”“两角”的关系仍成立,符合光的反射 定律.
(5)作反射光路图时,入射光线和反射光线用实线表示,且要带上箭头,以表示光行进的方向,箭头一般画在靠近光线的中间部位,法线用虚线表示.画平面镜时要能分清镜子的反射面和背面,非反射面一般用短外线表示.
3 .光的折射规律
① 折射角、入射角都是指光线与法线的夹角,在确定入射角、折射角时法线是关键.[来源:学科网]
② 叙述规律时,注意因果关系,入射角决定折射角,因此应把“折射”叙述在前面,把折射和入射进行比较.
③ 当入射角改变时,折射角也在变化,如入射角增大,折射角也增大,入射角减小,折射角也减小.当入射角减小到零度,即垂直入射时,折射角也为零度,此时光的传播方向不改变.因此在产生光的折射时,光的传播方向一般会发生改变,而不是一定改变.
④ 拆射中光路是可逆的,折射现象中,光线的方向颠倒时,光传播的路径是不变的(沿原路返回).如下图所示.
4 .透镜中的三条特殊光路
透镜中有三条特殊光路:其一是过光心的光线不改变传播方向;其二是平行于主光轴的光线经折射后过焦点,对凹透镜来说,它的焦点是虚焦点,是折射光线的反向延长线过焦点;其三是过焦点的光线经折射后与主光轴平行,对凹透镜是虚焦点,是入射光线的正向延长线过焦点,三条光路如图所示.
5 .凸透镜成放大虚像的条件
物体到凸透镜的距离小于1 倍焦距时,成正立、放大的虚像
放大镜是一个短焦距的凸透镜,它是利用物距小于焦距时能成正立、放大的虚像的原理制成的.
6 .凸透镜成实像和虚像的区别
实像是由实际光线相交而成的像;虚像不是由实际光线相交而成,而是由实际光线的反向延长线相交而成.
实像既能显示在光屏上,又可以用眼睛看到;虚像不能显示在光屏上,而只能用眼睛看到.实像总是倒立的;虚像总是正立的.
7 .物距和焦距的关系如表:
顺口溜:
实像倒,位异侧;虚像正,位同侧;一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小;物体移向凸透镜,实像变远且变大,虚像变近且变小
疑点辨析
1 .如何理解“会聚光线”和“发散光线”“会聚作用”和“发散作用”
“会聚光线”和“发散光线”是相对于平行光线而言的.如上图所示,甲图表示的是一束会聚光线,乙图表示的是一束发散光线.会聚光线顺着箭头的方向延长后相交于一点,而发散光线则不能,但发散光线的反向延长线能相交于 一点.会聚作用和发散作用是相对于入射光线的会聚、发散程度是增强还是减弱而言的,如下图中的甲图,虽然光线经过凸透镜以后的光线是发散光线,但它与入射光线相比发散的程度减弱了,所以凸透镜仍然对光线起到了会聚的作用.又如乙图中,虽然经过凹透镜后出来的光线是会聚光线,但它与入射光线相比会聚程度减弱,所以凹透镜对光线起到了发散的作用.
另外,我们在研究像的性质时,提到了像的“倒立”“正立”,也是与物相比较而言的,而不是以人看到屏上的像是倒、正为标准.例如放映幻灯时,虽然看到银幕上的像是正像,但是幻灯片是倒插,即通过幻灯机中的凸透镜后的像与物倒了个,显然凸透镜成实像的性质是倒立的.
2 .辨析几组光学概念
( 1 ) “视线”与“光线”
视线是日常 用语,指的是人用眼睛看物体时人眼与物体之间假想的直线.而物理上所描述的光线,指的是从光源发出的或从物体表(界)面反(折)射出来的光在真空或其他透明物质里传播时经过的路线,简而言之,就是光的传播路线.视线与人眼所在位置有关,而光线与人眼无关.如在解释“看不见障碍物后的物体”这一现象时,说“物体的视线被挡住了”“眼睛发出的光线不能射到物体上”都是错误的.该现象中人眼是感光器官,不是发光体,正确解释是“物体发出的光被挡住了”或“人眼的视线被挡住了”.
( 2 ) “ 影”和“像”的区别
影:因为光在均匀介质中是沿直线传播的,
当光线照射到不透明的物体上时,一部分光线被物体挡住,被物体吸收或者反射掉,没被挡住的就从物体的四周射过去,从而在物体后面的遮挡物或屏上形成与物形状相似的黑暗区,这个黑暗区就称为该物体的影,如人在斜射的太阳光下可以形成人的影,树在斜射的太阳光下可以形成树的影,月食、日食现象也属于影,影的形成是光的直线传播的重要例证之一
像:像在几何光学里面是个重要的概念,大多光学器件都涉及像的形成,不论光的直线传播,还是反射和折射 都多次提到过像.像和影不同,它是指物体发出的光线(或者是物体被光源照射后反射的光线)经镜或小孔而形成的与原物相似的图形,像一般不是黑暗的,大多是光线能够照上去的亮区,是由于有光线射入人眼形成的.
( 3 ) “放大”与“变大”
“放大”是用来描述像的性质的常用语之一,它的含义是:像的形状比实际物体的大.所以,放大是像与物相比较而言的.而“变大”描述的是像的大小变化情况和变化过程,指的是像由较小到较大的变化,
如凸透镜成像时,物体在两倍焦距以外向透镜移动时,像逐渐变大,但在没有越过两倍焦距处之前,像就不是放大的,当物体从一倍焦距处向远离透镜移动时,在没有越过两倍焦距处之前,像始终是放大的,但像不是变大而是变小了.可见,“放大”和“变大”有本质的区别.
( 4 ) “反射、折射”与“虚像、实像”“从物体射出的光经平面镜反射后成虚像,经凸透镜折射后能成实像”这一事实,常被不恰当地演化成“从物体射出的光线经过反射后成虚像,经过折射后成实像”这一不正确的说法,即把“反射”与“虚像”等同,把“折射”与“实像”等同了.实际上,凹面镜也能成实像;当物体位于凸透镜一倍焦距以内时,成的是虚像.因此,成虚像还是实像,要视具体情况而定,不能将像的性质与光的传播方式混为一谈.
( 5 ) “会聚”与“相交”
“会聚”的本义是“聚集”, 但物理上的“会聚作用”指的是光线比原来更集中了.对凸透镜来说,会聚作用体现在光通过透镜后,折射光线比入射光线更靠拢主轴,但即使是这样,这些折射光线也不一定相交.反过来,相交光线也不一定是经过“会聚作用”形成的.如图甲,折射光线虽然相交,但并没有比原来(入射光线)更集中,恰恰相反,远离了主光轴。如图乙,折射光线虽然没有相交,但比入射光线更集中了,即向主轴靠拢了.可见“相交”和“会聚”是两个 不同的概念,不可混淆,更不可互相替代.
( 6 ) “凸透镜”与“会聚镜”
将二者混淆是对“会聚作用”与“会聚一点”的含义不理解所致.会聚作用是一种功能,而会聚一点是一种结果,二者能否等同要看条件.图乙中,入射光线发散程度较大,经过凸透镜后发散程度减小,即折射光线与入射光线相比,折射光线向主光轴靠拢了,但折射光线并没有会聚于一点,在这里凸透镜起了“会聚作用”.当物体置于凸透镜的焦点之外时,入射光线相对于凸透镜的发散程度较小,光经过凸透镜折射后才能会聚于一点.同理,经过折射后能使光线会聚于一点的透镜,并不一定具有会聚作用,如上图甲中的凹透镜.
例题:
例1:如下图甲所示入射光线与镜面夹角为a ,现以入射点0 为轴,将镜面沿顺时针旋转0 角后,那么现在的反射光线与原来的反射光线的夹角为多少?
例2 如下图为激光液面控制仪原理简图,固定的一束激光AO 以入射角600照射到水平液面,反射光OB 射到与其垂直的光屏上,用光电转换器将光信号变成电信号,输入控制系统用以控制液面高度。 如果液面降低,发现光点B 在光屏上移动了一段距离到B’,请在图中标明了的位置(要求画出光路图)
例3 一物体放在凸透镜前从很远处匀速靠近凸透镜,至透镜焦点处,像运动应该是( )
A .始终与物体的运动速度相同
B .先小于物体运动的速度,后来又大于物体运动的速度
C .先大于物体运动的速度,后来又小于物体运动的速度
D .始终大于物体运动的速度
思维点拨首先根据题意,知道这是凸透镜所成实像规律的应用,凸透镜成实像规律中的分界点是在2 倍焦距处。应理解物体在“> 2f 的区城时,所成的像在f < , < 2f 的区城,若物体在f < u <万的区域时,所成的像在,> 2f 的区城。首先确定物体和像 所在的位里范围,然后理解它们是同时变化的特.汽再确定它们的速度关系.
答案B
例4 如右图所示,一条光线沿与反射面成300角的方向射到反射面PQ上,如果反射面PQ逆时针转过100 ,则反射角变为 ,反射光线与入射光线的夹角 (填“增加”或“减少”)了 .
例5 如右图所示是一束光线从空气到水中的传播路径,依图可判断出折射角是( )
A .AON
B .AOP
C .MOC
D .NOB
正解B
例6 .像点在作图中的三个作用
( 1 )如下图,在两相交平面镜a 、b 之间有一发光点S ,试画出S 发出的一条光线,使它经a 、b 两镜面各反射一次后,仍回到S 点.
(2)如图,ab 为主光轴,A ' B ’是AB 经凸透镜后所成的像.试在图中画出凸透镜的位置.
(3) 试在下图中画出已知光线经过凸透镜后的折射光线.
例7.例 l 如右图所示为某一发光点 S 发出的光线经平面镜MN反射后的两条反射光线,试作出这两条反射光线OA 、 OA ’的入射光线且确定发光点的位置.
例8小明同学发现学校楼梯上的过道灯,在夜晚天黑时,用力拍掌,灯就亮了;而白天怎样用力拍掌灯都不能亮,后来老师告诉小明:过道灯是由光控和声控开关同时来控制的,其中光控开关受到光照时断开,声控开关接受声音时闭合那么你认为楼道开关连接正确的是 ( )
例9在某饭店的一个长方形房间里,为了使客人感觉室内宽敞,主人在一面墙上装了一个与墙等大的平面镜,这是利用了 原理达到这一目的的,这样可使人感觉房间的大小是原来的 倍.
例10. 假期到了,公园里游人如织.其中四位游客在同一地点,分别用不同型号的甲、乙、丙、丁相机(焦距不同),对着同一景物? 亭子各拍了一张照片,如下图A 、B 、C 、D 所示.我们可以判定:照片 是用甲拍摄的,照片 是用丙拍摄的,照片 是用丁拍摄的,照片 是用乙拍摄的.(条件开放)
例11.寻找“往日之光”
在科幻小说《 往日之光》 中,作者鲍勃? 肖幻想了一种慢透光玻璃,讲述了一段美丽动人的故事.“想像有一种玻璃,光在这种玻璃中运动的速度极慢,通过半厘米厚需要ro 年,比蜗牛的速度还慢得多.当一块慢透光玻璃制出来时,望上去总是一片漆黑,因为还没有光穿过它.把这种玻璃放在风景秀丽的林中、湖边,带着这些美丽的景致的光陷入慢透光玻璃中,10 年也出不来.把在这种 地方放了10 年的玻璃镶在城市住宅的窗户上,那么,在下一个10 年的过程中,这个窗子外面便仿佛呈现出林中湖泊的美景.各种动物无声的前来饮水,空中百鸟飞翔,日夜在交替,季节在变化.身居闹市,扰如别墅."
这确实是一个有意思的幻想,但关键是要降低飞驰的光的速度.科学技术发展到今天,部分科幻已经开始变成现实.
(1)本文作者进行科学幻想的依据是什么?
(2)在生活和学习中你一定也有许多奇思妙想吧,简要写出一种想象及其依据。
练习
1 .入射光线与镜面的夹角为,则反射角为 ;当入射角减小150时,反射角为
2 .在显微镜的载物台下有一反光镜,其作用是增加 ,这种反光镜最好选用 镜.
3 .汽车 上的观后镜是 镜,汽车车头灯是用 镜作反射面的.
4 .某人站在竖立的穿衣镜前,他在镜中的像是 的虚像,这个像是因为光的 现象形成的;如果这个人高1.7m ,穿衣镜高1.2m ,人离穿衣镜2m 远,则他在镜中的全身像为 m ,他在镜中的像离他有 m 远.
5 .早晨看到太阳从地平线升起时,实际上它还处在地平线下方,这种现象是由于 造成的.
6 .下列物体中属于光源的是( )
A .平面镜 B .月亮 C .点燃的酒精灯 D .木材
7 .可以说明光是沿直线传播的是( )
A .日食、月食
B .在岸边看见水中白云在漂动
C .在平面镜里只要乙能看到甲,甲必定也能看到乙
D .万花筒中能看到各种好看的图形
8 .下列现象中属于光的反射的是( )
A .在颐和园内昆明湖的水中可看到十七孔桥的倒影
B .注满水的游泳池,池底看起来变浅了
C .人在阳光下,地面上出现影子
D .筷子斜插人水中,水下部分看起来上翘了
9 .物体在平面镜中所成像的大小取决于( )
A .镜面的大小 B .观察者的位置 C .物体的大小 D .物体与镜面的距离
10. 一束光射向平面镜,入射角为350,则反射光线与入射光线的夹角为( )
A . 700 B . 1100 C . 350 D . 1050
11 .光从一种介质进人另一种介质时,光的传播方向( )
A .一般会改变 B. 一定会改变 C. 一定不改变 D. 一定返回
12 . 2004年6月8 日下午3 时左右在南通可以看到“金星凌乙日”的天文奇观“金星凌日”是在地球上看到金星从太阳面上移过的现象,它的产生和日食理相同.如图为发生“金星凌日”现象时的示意图,图中金星的位置在( )
A .甲 B .乙 C .丙 D .丁
13.研究光的色散. ( l )让一束太阳光通过棱镜射到白屏上(如下图甲),在白屏上看到形成一条彩色的光带,叫做光港彩色带的颜色从一端到另一端依次是 .而在红光以外是 ,在紫光以外是 ,尽管人眼看不见,但都是存在的。
( 2 )看到实验结果后,有人提出这样的问题:白光能分解成各种颜色的光,各种颜色的光也能会聚成白光.
a .他的猜想是否正确?
b .他设计了如上图乙的实验,你认为可行吗?
c .实际做一做,把结果写下来.
d .把你的结果告诉老师,看一看你的结果是否正确,如果不正确,找出原因,重新设计实验.
14.用家里的放大镜(焦距已知)、蜡烛、火柴、光屏(白纸板),做探究凸透镜成像规律的实验 ( l )还需要添加的实验器材是: ( 2 )观察并记录凸透镜所成像的情况时,应测量;在记录中,除测量数据外,还 应记录 。( 3 )小华看到装满清水的透明玻璃酒杯很像一个凸透镜(如图) , 就想探究它是否具有凸透镜的性质.请你帮他想出一个验证的方法.
15.有一光电控制液面高度的仪器,是通过光束在液面上的反射光线打到光电屏上来显示液面度的(光电屏的作用是能光信号转化为电信号进行理).人们知道了液面的高后就可以通过一定装置调节液面到需要的高度,如右图所示为光路图.人射光线保持不变,光电屏的位置不变.
( l )液面高度发生变化时,光点 S 的位 置在光电屏上将怎样移动?
( 2 )设计一个实验进行验证.(为了增加实验效果,液面可以用反射能力强的平面镜代替.还有什么增强实验效果的方法同学们可以在实验中摸索).
( 3 )根据光的反射定律画图说明.
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