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第二章光现象知识点

发布时间:2013-10-25 12:42:44  

第二章光现象知识点

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。按照光束的形状可以分点光源和平行光源。

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、油灯、蜡烛、白炽灯、日光灯、霓虹灯以及钠灯、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。

点光源:由一个点向各个方向(如电灯发出的光)的光源

平行光源:射出的是一束平行光(手电筒发出的光)的光源

【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。 例如早晨太阳还在地平线以下,就可以看见它,说明不均匀的大气使光线变得弯曲缘故。

三、 光的直线传播的应用及现象:

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。

四、 光的速度与光年 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。

第二节 光的反射

一、 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。

1

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。

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。

二、 光的反射规律 1、垂直于镜面的直线ON叫做法线;如图所示,

入射光线于法线的夹角i叫做入射角;反射光线与法

线的夹角r叫做反射角。

2、光的反射规律

在发射现象中,反射角等于入射角,

在反射现象中,光路是可逆的。

【探究】光的反射规律

提出问题:光在反射时遵循什么规律?也就是说,反射光线沿什么方向射出?

设计实验:如图所示,把一个平面镜放在桌面上,

再把一张纸板竖直地立在平面镜上,使纸板上的直线ON

垂直于镜面。用红色激光手电,沿莫一角度紧贴纸板向

O点射出入射光线,观察反射光线的位置和分向,从而

总结出光的反射规律。

实验器材:一块平面镜、一张纸板、直尺、

量角器、

红色激光笔等。 进行实验:(

1)用激光手电发射一束红光,贴着垂直放置在平面镜上的纸板,沿某一个角度射到O点,经平面镜反射,沿另一方向射出,在纸板上用笔描出入射光与反射光的径迹。(2)改变光束的入射方向,重做两次。分别用不同颜色的笔,记录光的径迹。(3)用激光手电从反射光线一侧逆着照过去,发现光线可以延原路返回去。(4)取下纸板,用量角器测量ON两侧的角i和r。

实验记录:将数据记录于下面的表格中

交流论证:(1)分析表中数据可以看出,反射角r与入射角i同时变大同时变小,反射角r始终等于入射角i;(2)在光的反射过程中,光路是可逆的。

得出结论:光的反射规

律:在反射现象中,反射角

等于入射角;在反射现象中

光路是可逆的。

3、漫反射和镜面反射

(1)凹凸不平的表面

把光线向着四面八方反射,

这种反射叫做漫反射。

(2)阳光射到镜子上,迎着反射光的方向可以看到刺眼的光,

(3)漫反射和镜面反射都遵守光的反射规律。

2 这是因为射到镜子上的平行光线反射后仍然是平行的。光滑镜面的反射叫做镜面反射。

4、如何画反射光线或入射光线

(1)画反射光线或入射光线完成光路图的依据是光的反射规律。

(2)已知反射面、入射光线、入射角时只要根据光的反射规律画出反射光线,并标上箭头表示方向即可,反射光线的起点是入射点。标明入射角、反射角。

(3)已知入射面、入射光线或发射光线时,应先在入射点处先画出法线,再根据光的反射规律画出对应的反射光线或入射光线,标出入射角、反射角及箭头方向。

(4)已知入射光线、反射面及入射光线与反射面的夹角,直接根据已知的角度的大小确定发射光线与反射面的夹角。画出反射光线并标上这个角度及箭头方向即可,不必画法线,反之亦然。如图所示,这也间接地应用了光的反射规律。

第三节 平面镜成像

一、平面镜成像的特点

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。

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。

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。

二、平面镜成像的原理

如图甲所示,镜前烛焰上的点S射向平面镜的光线,经平面镜反射后进

入眼睛,看起来就觉得这些光线好像是从它们在镜后延长线的交点S′射出来

的。人们会感觉像S′出真有一个光源一样,如图乙所示。S′就是S在镜中的像,但是镜子后面实际上并没有这个发出光线的点,所以叫为虚像。物体上每个点在镜子里都有一个像

3

点,所有像点就组成整个物体的虚像。

图甲

图乙

【探究】平面镜成像的特点

提出问题:平面镜成时,像的位置、大小跟物体的位置、大小有什么关系?

设计实验:如图所示,在桌面上铺一张大纸,纸上

竖一块玻璃板,作为平面镜。

在纸上记下平面镜的位置。

把一只点燃的蜡烛放在玻璃板前面,使它在“平面镜”

中成像,再用另一个没有点燃的蜡烛在玻璃板后面确定

像的位置,比较像的位置、大小跟物体的位置、大小有

什么关系。

实验器材:桌面、白纸、笔、直尺、玻璃板、两只

同样的蜡烛、火柴等、

进行实验:(1)取一张白纸,如图所示,将它对折一下,

对折之后打开平铺在桌面上,用直尺和笔再沿折线画一条直线。

(2)将玻璃板沿所画直线垂直立于白纸上,作为平面镜,

将一只蜡烛点燃后立于镜前,观察镜中成的像,用笔记下蜡烛的位置。

(3)将另一只未点燃的蜡烛在镜后移动,直至与点燃蜡烛所成的像重合,比较像与未点燃蜡烛的大小和形状,用笔记下未点燃蜡烛的位置,体会像的虚实。

(4)熄灭蜡烛,取下白纸,通过两个记号点引一条直线,比较纸上的两条直线是否垂直,再将白纸沿原叠痕处折叠,观察两记号点是否重合。

(5)再取一张白纸,点燃未曾点燃的那根蜡烛,重复上述实验。

实验记录:将数据记录在下列表格中

(1)像与物大小相等;

(2)像与物左右相反;

(3)像与物的连线与镜面垂直;

(4)像与物到镜面的距离相等;

(5)平面镜成虚像。

注意事项:(1)点燃蜡烛后应尽快完成余下的实验,避免蜡烛燃短对实验现象有影响;重复做实验时,应点燃那根未点燃的蜡烛,可有效避免蜡烛燃短造成的不良影响。

(2)观察安放未点燃的蜡烛时,观察者应左右移动确保放置位置恰到好处。

三、实像和虚像

从物体发出(或反射)的光线,经过光学仪器后可以形成和物体形状相似的实像或虚 4

像。实像是指从物体发出的或反射的光线,经过光学仪器后实际的光线在空间相交所成的像,是由实际光线会聚而成的明亮区域,是真实存在的,既可以用眼睛观察到,又可以显示在光屏上。如物体经过小孔所成的像,就是物体发出或反射的光线沿直线通过小孔传播到光屏上形成的倒立的实像。

虚像是从物体发出的或反射的光线经过光学仪器后,实际光线没有会聚而是变得发散,这些发散光线的反向延长线相交而形成的像,人们根据光沿直线传播的经验逆着光传播方向寻找和判断光从何处射过来,觉得这些发散光线是从它们的反向延长线的交点发出的。由于虚像不是实际光线会聚而成的,实际并不存在,因此虚像只能用眼睛观察到,而不能在光屏上呈现出来,反射光线在镜前发散,反射光线的反向延长线在镜后相交形成的虚像。

四、凹面镜和凸透镜 1 2 3

用球面的内表面作反射面的面镜叫做凹面镜,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。如图1所示。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,如图2所示。

用球面外表面作反射面得面镜叫凸面镜。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,如图3所示。

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;

五、 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(4)作两条反射光线的反射延长线,找出交点S′,S2、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。

第四节 光的折射

一、光的折射

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。 光的折射可分为两种情况:(1)光线斜射时,传播方向发生偏折;(2)光线垂直射向 5

两种物质的界面时,传播方向不变,按原方向传播。

二、光的折射规律

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。

如图所示,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。 如图所示,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。如图所示,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,该斜射光线在水面发生偏折,折向水面,人眼逆着折射光线,在其反向延长线交点处看到S的虚像S′,S′在S上方,离水面偏近了,所以池水看起来不实际要浅。

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(1)、(2)、(3)都可用上左图

(4)把一块厚玻璃放在钢笔的前面,笔杆看起来好像“错位”了,这种现象也是光的折射引起的。如上右图所示。

为了说明这一现象,我们在玻璃砖下的钢笔上取一点S, 如图上右所示,根据光的折射规律,S反射的光斜射到空气和玻璃交界处发生偏折,偏向法线方向并继续在玻璃中传播,在玻璃和空气界面处再次发生的偏折,折射光线向界面方向,人眼逆着反射光线,在其延长线上只看到S的虚像S′,S′偏离开S一段距离,如果对比着玻璃砖下来被挡住的其他部分看,S′的确发生了“错位”。

第五节 光的色散

一、色散与三原色

太阳光通过棱镜后,被分解成各种颜色的光,在白

屏上形成一条彩色的光带,颜色依次是红、橙、黄、绿、

蓝、靛、紫。这种现象叫做光的色散。

1、光谱:如图所示,让一束白光射向三棱镜,通过

三棱镜偏折后照到白屏上,出现一条不同颜色依次排列的 光带。这条光带叫做光谱。这个实验就是著名的色散实验。

2、光的色散说明光是由各种光混合而成的。

3色光叫做色光的三原色。

4、品红、黄、青三色颜料混合能产生各种颜色,其中也包括黑色,因此把品红、黄、青三种颜色叫做颜料的三原色。

色光的三原色与颜料的三原色的区别:

(1)它们的原色组成不同:色光的三原色:红、绿、蓝。

颜料的三原色:品红、黄、青。

(2)它们的混合规律不同:色光的三原色混合后为白色。

颜料的三原色混合后为黑色。

(3)它们的混合原理不同:

色光的混合原理是:两种色光混合后产生另一种色光。

颜料的混合原理是:两种颜料混合后是它们能反射的色光,其余都被这两种颜色吸收掉了。

二、 探究色光的混合与颜料的混合 【设计实验】先把红色和蓝色的光照射到白墙上,观察重叠部分的颜色;再把红色和蓝色颜 7

料混合后观察其颜色;比较两次混合后的颜色是否相同。

【实验器材】手电筒两只、红玻璃、蓝玻璃各一块、调色板一块,红、蓝广告颜料。

【实验过程】(1)用手电筒分别通过红、蓝玻璃打出红、蓝两束光,照到白墙上,使两个光斑部分重叠,观察重叠部分的颜色。(2)挤出红、蓝两色颜料,按1∶1的比例在调色板上调匀,观察混合后的颜色。(3)比较色光混合后的颜色与颜料混合后的颜色是否相同。

【实验记录】将观察到的现象填入下列表格中

【交流论述】(1∶1的比例混合,得到黑色颜料。(2)颜料的混合规律与色光的混合规律不同。

【得出结论】经过多次混合实验和查找资料得知:色光的三原色是红、绿、蓝;颜料的三原色是品红、黄、青。

【注意】1、色光的混合效果与颜料的混合效果如图所示。

2、加色混合:混合色光中的色光一般是由光源直接发出的,多一种颜色会使光线更加明亮,所以复色光的亮度大于单色光的亮度,这种混合叫做加色混合。

3、减色混合:颜料是不透明的,其颜色是它反射色光的颜色,颜料的混合时减色混合,每种颜料都吸收一定波长的光,混合后的颜料对光的吸收率增加,反射率降低率,混合后得出的颜色明亮程度是降低的。

第六节 看不见的光

一、光谱

三棱镜色散,把白光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫几种不同颜色的光,把它们按这个顺序排列起来,就是光谱。这是可见光光谱,在红光以外还有红外线,紫光以外有紫外线,红外线、紫外线灯一般叫做不可见光。

二、红外线

在光谱上红光以外的部分叫做红外线。红外线的频率范围在1×1012Hz~5×1014 Hz,一切物体都在不停地辐射红外线。物体的温度越高,辐射出的红外线越多。物体在辐射红外线的同时,也在吸收红外线。红外线有以下三个特性:

(1)红外线的主要特性是热作用强。

(2)红外线穿透云雾的能力比较强。

(3)红外线可用来进行遥控。

三、紫外线

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在光谱上紫光以外的部分叫做紫外线。紫外线的频率范围是7.5×10Hz~5×10Hz,在光谱上位于可见光紫光之外,人眼看不见。高温物体如太阳、弧光灯和其他炽热物体发出的光中都有紫外线,汞灯气体放电如日光灯发出的光中也含有紫外线。紫外线有如下特征:

(1)紫外线的主要特性是化学作用强,很容易使照相底片感光。

(2)紫外线的生理作用强,能杀菌,剂量大时能伤害人体。

(3)紫外线具有荧光效应。

(4)适当的紫外线照射可以帮助人体补钙。

(5)夏天,在强烈的太阳光下晒谷物可利用太阳光的紫外线,杀死虫卵。

地球上的天然紫外线来自太阳光。地球周围的大气层阻挡了大量的紫外线进入地球表面,才使地球上的生物获得生存条件。为了保护人类生存家园,我们应有环保意识,承担起环保的责任和义务。

四、红外线和紫外线的应用

利用红外线来加热物体。工业上用红外线烘干汽车表面的喷漆,家庭用红外线烤箱烤制食品,浴室用红外线灯来取暖,医疗上利用红外线来进行诊断和理疗。利用红外遥感技术可以对地球勘测,寻找水源、监视森林火灾、估测大面积农作物的长势和收成、预报风暴和寒潮等,红外线还可以进行遥控。

紫外线主要用来感光,在医院里经常用紫外线来杀菌,适当的紫外线照射有助于人体健康。夏天常把粮食放到日光下晒,用阳光中的紫外线来杀死粮食里的虫卵,以利用长期保存。验钞机上利用紫外线分辨真伪,还可以用紫外线鉴别古字画。有时甚至用紫外线摄影。我们还可以利用紫外线知识宣传环保意识,保护我们的家园。

五、光的散射与雾灯

地球周围的大气能够把阳光向四面八方散射,所以眼睛才能接受到各个方向射来的光。如果没有大气,散射将无法进行。

不同色光的波长不同,依照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序,它们的波长一个比一个短。那么显然红外线的波长比红光还长,紫外线的波长比紫光还短。

大气对光的散射有一大特点:波长越短的光越容易被散射,波长较长的光不容易被散射。天空是蓝色的,这是因为大气对阳光中波长较短的蓝光散射得较多。傍晚的太阳颜色发红,这是因为傍晚的太阳要穿过更厚的大气层,蓝光、紫光等大部分被散射掉了,剩下红光、橙光透过大气射入我们的眼睛。红外线波长更长,它更不容易被散射掉,所以它穿透云雾的能力更强,传得更远。

大雾弥漫时,汽车必须开亮雾灯才能保证行车安全。汽车雾灯用的是黄光,黄光的穿透能力也比较强,不用红光一是为了与汽车刹车灯相区别,二是人眼对红光的敏感程度不如黄光、绿光,而绿光又是通行信号,所以雾灯的颜色最后选用了黄色。 1416

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