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八年级物理竞赛专题--第5讲 光的折射

发布时间:2013-09-28 09:03:34  

八年级物理竞赛专题--第5讲 光的折射

【赛点图解】

【技法透析】

1.光的折射

由于光在不同的介质中传播速度不同,所以当光斜射到两种介质的表面上时,进入另一种介质中的光线的传播方向会发生改变,这种现象叫做光的折射.当光垂直射到两种介质的界面上时,入射角和折射角都等于0°,光的传播方向不变.

在发生折射现象时,一定同时发生了反射,所以折射光的能量比入射光的能量小,这样就导致在拍照时折射光成的像暗些.

由于光在光速大的介质中光线和法线的夹角大,而且折射角随入射角的增大而增大,所以光从光速小的介质射入光速大的介质时折射角大于入射角,当入射角等于或大于某个值时,折射角等于或大于90°,折射光全部回到原来的介质中,这种现象叫做全反射,此时没有折射,所以光射到界面上时,一定有反射现象,但不一定有折射现象.

2.折射成像

物体发出或反射的光在两种不同的介质的界面处发生折射,折射光线的反向延长线交于交点,这个交点就是物体的像.从物体来的光在两种不同的介质的界面处还会发生反射,反射光线的反向延长线也有一交点,这个交点也是物体的像.这两个像虽然都是虚像,但形成的原理不同,前者是折射形成的,后者是反射形成的.虽然两个像都在界面同侧,但前者物、像在界面的同侧,后者物、

像在界面的两侧,判断这两个像的试题很多,如“‘蝶在水中飞,鱼在云中游’的美景,‘蝶在水中飞’中的‘蝶’是由光的_______形成的,‘鱼在云中游’中的‘鱼’是由光的_______形成的”.做这样的题先分析人看到的“蝶”和“鱼”的位置和性质,空中飞的“蝶”在水中,水中游的“鱼”在空中,说明看到的都是像.然后分析人的位置,和人在同种介质中的物体的像是反射形成的,和人分处两种介质中的物体的像是折射形成的.

3.物体的颜色

人看到的颜色是由进入人眼的色光的颜色决定的,什么颜色的光进入眼睛,看到的就是什么颜色.对于一个物体来说:它反射或透过某一种色光,吸收其他的色光.

当太阳光照射一个不透明的物体时,它反射一种色光,进入眼睛引起视觉,所以不透明的物体的颜色是由它反射的色光决定的.如太阳光照射红色衣服时,红光被反射,其他的色光被衣服吸收,只有红光射进眼睛,看到的衣服就是红色的.当太阳光照射一个透明的物体时它透过的色光进入眼睛引起视觉,其它的色光被物体吸收了,不能进入人眼,所以透明的物体的颜色是由它透过的色光决定的,

黑色的物体吸收所有的色光,不反射光也没有光透过,就没光进入眼睛,所以是黑的.白色的物体反射所有色光,所以用太阳光照射时,这些被反射的色光混合在一起便是白光了.

还有一种情况就是:本来物体不是黑色的,但用和物体不同颜色的色光照射它,光被衣服吸收了,人看起来也是黑的,如绿光照射红色衣服,衣服吸收了绿光;另外用色光照射白色物体,物体看起来的颜色就是色光的颜色.

颜料的颜色是它反射的色光决定的,但是一种颜料往往反射的是几种色光,那么人看到的颜色应该是它们共同反射的色光的颜色,当然,人看到的颜料的颜色也象人看到的物体的颜色一样,与照射的色光有关.

4.光学元件的分解

将平行玻璃砖从中间分开,分成一个凸透镜和凹透镜,拉开一段距离后,让光线通过这两个透镜,会怎样折射呢?

若再把它们无缝隙的拼合在一起,又变成了平行玻璃砖,平行光经过它平移一段距离后仍平行射出,说明凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用一样大,那么平行光通过它的问题可以一个透镜一个透镜的单独考虑,最后的出射光到底是发散还是会聚,取决于两透镜间的距离. 正方体玻璃中有一个气泡,那么光通过它怎样折射,物体通过它怎样成像?这些生活中的元件可以经过切割,分成几个透镜来分析,我们从气泡中间将正方体玻璃分开,就是两个凹透镜,光经过它两次发散,物体通过它两次成虚像.

【名题精讲】

赛点1 光的折射规律

例1 如图,在一块玻璃砖上挖去一块半圆形的玻璃,如有一条通过圆心的光线射到该玻璃砖上,则正确的光路图为(

)

A B C D

【切题技巧】 一条通过圆心的光线射到半球面上,它和界面的法线重合,其入射角和折射角都等于0°,传播方向不改变;到了玻璃中以后在同种介质中,继续沿直线传播;从玻璃中射出,

光从光速小的介质进入光速大的介质,所以折射光应远离法线.

【规范解答】 A

【借题发挥】 若两种介质的界面是曲面,其法线应该和曲面的切面垂直,即先过入射点作曲面的切线,然后过入射点作切线的垂线即为该曲面的法线.若曲面是圆面或球面,则法线就是过入射点的圆面或球面的半径了,所以过圆面或球面半径的光线进入另种介质,传播方向不改变.

【同类拓展】 如图,一块矩形玻璃砖切割成图中形状

后拉开一段距离,平行于主光轴的光线从左面射入,则从最右边

射出的光线( )

A.仍然保持平行光线 B.一定是平行光线

C.一定是会聚光线 D.结论与d有关,以上结论都可能

赛点2 光折射成像及像的应用

例2 如图,把由同种玻璃制成的正方体玻璃砖A和半球形玻璃砖B放在报纸上,若正方体的边长和半球的半径相同,则从正上方沿图中

虚线(中心线)方向往下看中心线对准的文字( )

A.A和B中看到的都比实际的高

B.A中看到的比实际的高.B中看到的比实际的低

C.A中看到的比实际的高,B中看到的与实际的一样高

D.A和B中看到的都与实际一样高

【切题技巧】 从半球形玻璃砖B正上方沿图中虚线(中心线)方向往下看中心线对准的文字,字反射的光进入玻璃时都经过球心,沿法线传播,光的传播方向不变,光线的反向延长线的交点仍在字处,位置不变;但正方体玻璃砖A下的字反射的光除垂线那条外,都是斜射入玻璃砖中,在界面处会折射,折射光线反向延长线的交点就是字的像,比字的位置高.

【规范解答】 C

【借题发挥】 透过玻璃看下面的物体,看到的是物体的像,可以通过作光路图来确定像的位置.像和物的错位程度与玻璃的厚度有关系.本题中是一种特殊情况,如果透过半球形玻璃砖B看的不是中心线对准的文字,那么看到的就比实际的高.

【同类拓展】 细心的小明注意到这样一个现象:如果打开窗户,直接看远处的高架电线,电线呈规则的下弯弧形;而如果隔着窗玻璃看,电线虽然整体上也呈弧形,但电线上的不同部位有明显的不规则弯曲,当轻微摆动头部让视线移动时,电线上的不规则弯曲情景也在移动.产生这种现象的主要原因是( )

A.玻璃上不同部位对光的吸收程度不同

B.玻璃上不同部位的透光程度不同

C.玻璃上不同部位的厚度不同

D.玻璃上不同部位对光的反射不同

例3 如图水面上方有一发光点A1,水中另有一发光点A2,人在空气中看到A2在水中的位置就是A1在水中的像的位置,画出:

(1)A1发出的光经水面反射进入人眼的光路图

(2)A2发出的光进入人眼的光路图

甲 乙

【切题技巧】 先用平面镜成像特点作出A1关于水面的对称点,即为A1经水面反射的像A1',然后连接眼睛和A1',作出反射光线OB.与界面交点即为入射点O,连接A1O,就是入射光线了.由于人在空气中看到A2在水中的位置就是A1在水中的像的位置,所以A1'也是A2经水面折射成的虚像的位置,则OB同时也是折射光线,连接A2O,就是入射光了.

【规范解答】 如图乙

【借题发挥】 眼睛看到水中的物体的像有两种作图方法:第一,可以直接用折射规律作出像的大概位置;第二,在知道像位置的情况下,可以作出成像的精确光路图,连接像和眼睛就得到折射光线和入射点,再连接物体和入射点,就能作出入射光线.在作图时应特别注意光线的传播方向,不是从眼睛射到物体上.

【同类拓展】 如图,小明站在游泳池边A处,看到路灯B在池水中的像与他看到的池中一条鱼在C点重合,用光学作图法确定路灯B的位置和鱼的大致位置.

赛点3 光的色散和色光的折射

例4 一些科研工作者受到三棱镜对自然光的色散现象的启发,通过精细实验发现:分别用红光和蓝光以如图3-6的方式照射凸透镜时,凸透镜的焦点位置略有差异(图中a、b点).根据你的分析,红光照射时的焦点位置应是图中的_______点,蓝光照射时的焦点位置应是图中的_______点.

【切题技巧】 自然光通过三棱镜两次折射后,在光屏在得到一条彩色光带,从上到下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光,这个现象说明同个棱镜,对不同的色光的折射能力不同,对红光的折射能力弱,对紫光的折射能力强.若是凸透镜,对紫光的会聚能力就比对红光的强,所以紫光的焦距小,红光的焦距大,这种现象就是摄影上照片色差的形成原因.

【规范解答】 b,a

【借题发挥】 对光的折射的程度不仅与介质有关,还于色光的种类有关.不同的介质对同种色光的偏折程度不同,同种介质对不同色光的偏折程度也不同,光的色散就利用这个原理将自然光中的不同色光分开的.

【同类拓展】 今年5月17日中午,我市部分市民看到了太阳

周围出现个七彩“光环”,如图,这就是“日晕”.这种天象形成

的重要原因是阳光通过无数小冰晶后发生了色散,其中各色光按红、

橙、黄、_______、蓝、靛、紫的顺序依次排列,说明了阳光

是_______(填“单色光”或“复色光”).

赛点4 眼睛看到的物体的颜色

例5 黑白照片在暗室进行加工时,所用的安全灯是红色的,用的温度计的液柱是蓝色的,而不是红色的,下列有关的说法中正确的是( )

A.暗室安全灯是红灯,因而一切物体看起来都是红色的,温度计的红色液柱在这种环境中不易看清楚

B.温度计的蓝色液柱在红光照射下是黑的

C.蓝色液柱在红光下看得更清楚

D.红色液柱在红灯下反射白光

【切题技巧】 红色的安全灯发出红光,蓝色的液柱只透过蓝光,吸收其他的色光,所以当红光照射到蓝色的液柱时,温度计的液柱将红光吸收了,没有从温度计来的光线进入眼睛,所以应是黑色的.

【规范解答】 B

【借题发挥】 我们谈论物体的颜色指的是用太阳光照射物体时,人看到的物体的颜色,我们称这时的颜色为物体的“本色”,但是如果照射的光线不是自然光,而是色光,此时物体反射或透过的就不是它的本色光,所以人看到的物体的颜色不仅与物体的本色有关,还与照射物体的光源有关.用一种色光照射其他本色的物体时,色光被吸收了,人看到的物体都是黑色.用一种色光照射本色为黑色的物体时,人看到的物体是黑色.用一种色光照射到白色物体上时,人看到物体的颜色和色光的颜色一致.

【同类拓展】 用一支可以写出红颜色字的笔在一张白纸上写一行字,则下列说法中正确的是

( )

A.白纸上的这一行字,在阳光下会吸收白光中的红色光,所以这一行字是红色的.

B.白纸上的这一行字,在阳光下会反射白光中的红色光,所以这一行字是红色的.

C.白纸上的这一行字,由于它能发出红光,所以这一行字是红色的.

D.白纸上的这一行字,如果只用绿色光照射上去,这一行字就会是绿色的.

赛点5 散射

例6 沙尘暴是一种土地沙化形成的恶劣的气候现象,发生沙尘暴时能见度只有几十米,天空变黄发暗,产生这种现象的原因( )

A.只有波长较长的一部分光才能达到地面

B.只有波长较短的一部分光才能达到地面

C.只有频率较大的一部分光才能达到地面

D.只有能量较大的一部分光才能达到地面

【切题技巧】 这是空气和灰尘对光的散射现象,空气分子和灰尘对波长短的光散射多,散射光回到空中,留下来射到地面的是波长长的红光和黄光、橙光,所以发生沙尘暴时天空变黄变暗.

【规范解答】 A

【借题发挥】 光在大气中传播时,空气分子和空气中的灰尘对光有散射的现象,波长较短的光容易被散射,波长较长的光不容易被散射,它们的穿透能力强些,所以禁止通行的灯用红光,汽车的防雾灯用黄光,就是因为就是在能见度低的天气里,它们传播的比波长短的光远,便于司机及早发现.光的波长和频率的关系是:波长长的光,频率小,能量小;波长短的光,频率大,能量大.

【同类拓展】 香烟点燃后,冒出的烟雾看上去是蓝色的,这是因为( )

A.烟雾的颗粒本身是蓝色的

B.烟雾将光线中其他色光滤掉,只有蓝光透射出来

C.烟雾的颗粒对蓝色光散射强烈

D.烟雾的颗粒吸收光线后,发出蓝色荧光

参考答案

1.C

由图可看出矩形玻璃砖被切割以后,左边一块可视为凹透镜,右边一块可视为凸透镜.凹透镜可以使光线发散,凸透镜可以使光线会聚.当d=0时,虚实焦点重合,平行光进,平行光线出;当d>0时,光线会聚,如图所示.

2.C

3.如图

4.绿,复色光

5.B

6.C

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