第四章光現(xiàn)象（知識(shí)清單）思維導(dǎo)圖第1節(jié)光的直線傳播一、光源1.定義：自身能夠發(fā)光的物體叫做光源。2.分類(lèi)：①自然光源，如：恒星、螢火蟲(chóng)、水母等；②人造光源，如蠟燭、小燈泡、手電筒等。注意像月亮、寶石、平面鏡等物體，本身不能發(fā)光，它們看起來(lái)很亮是因?yàn)橛泄庹丈湓谒鼈兩厦娣瓷溥M(jìn)入人們的眼睛里，所以它們不是光源。二、光的直線傳播1.探究光的直線傳播（1）觀察光在空氣、水、玻璃中的傳播路徑介質(zhì)空氣水玻璃光路現(xiàn)象光在空氣中沿直線傳播光在水中沿直線傳播光在玻璃中沿直線傳播結(jié)論光在同種介質(zhì)中沿直線傳播（2）探究光沿直線傳播的條件實(shí)驗(yàn)過(guò)程①如圖甲所示，將一束光從透明水槽側(cè)面垂直射入非均勻濃度的糖水溶液中，觀察到激光的傳播路徑在濃度不均勻的糖水溶液中會(huì)向下彎曲；②如圖乙所示，用玻璃棒攪拌糖水溶液時(shí)，使其濃度變得均勻，再將激光射向糖水溶液中，觀察到激光在均勻濃度的糖水溶液中的傳播路徑是直的。分析論證光垂直射入濃度不均勻的糖水溶液中時(shí)，光的傳播路徑發(fā)生了彎曲；在均勻濃度的糖水溶液中，光的傳播路徑是直的。實(shí)驗(yàn)結(jié)論光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。2.光線（1）定義：為了表示光的傳播情況，我們通常用一條帶有箭頭的直線表示光的傳播徑跡和方向，這樣的直線叫光線。如下圖所示。光線實(shí)際上是不存在的，是一種物理模型。（2）平行光源和點(diǎn)光源發(fā)出的光線，如下圖所示。3.光沿直線傳播的現(xiàn)象（1）影子的形成：由于光沿直線傳播，在不透明物體后面光照射不到的區(qū)域形成影子。（2）日食和月食日食：當(dāng)月球運(yùn)行到太陽(yáng)和地球之間時(shí)，由于光沿直線傳播，月球就擋住了部分射向地球的太陽(yáng)光，形成日食。月食：當(dāng)月球運(yùn)行到太陽(yáng)和地球的另一側(cè)時(shí)，由于光沿直線傳播，地球就擋住了部分射向月球的太陽(yáng)光，形成月食。（3）小孔成像①小孔成像所成的像是倒立的實(shí)像。像的大小與物距和像距有關(guān)，當(dāng)物距大于像距，成的是縮小的實(shí)像，當(dāng)物距等于像距，成的是等大的實(shí)像，當(dāng)物距小于像距，成的是放大的實(shí)像。②小孔成像時(shí)，像與物體的形狀相同，與小孔的形狀無(wú)關(guān)。例如樹(shù)蔭下的圓形光斑是太陽(yáng)經(jīng)過(guò)樹(shù)葉的縫隙形成的像。4.光沿直線傳播的應(yīng)用由于光的直線傳播，在開(kāi)鑿隧道時(shí)，工人們可以用激光束引導(dǎo)掘進(jìn)機(jī)，使掘進(jìn)機(jī)沿直線前進(jìn)，保證隧道方向不會(huì)出現(xiàn)偏差；士兵瞄準(zhǔn)射擊；站隊(duì)時(shí)隊(duì)列排直等。三、光的傳播速度1.光在真空中的傳播速度光不僅可以在空氣、水等物質(zhì)中傳播，而且可以在真空中傳播。光在真空中的傳播速度很大，在物理學(xué)中用c表示，c=2.99792×108m/s。通常情況下，真空中的光速可以近似為：c=3×108m/s。2.光在其他介質(zhì)中的傳播速度光在空氣中的傳播速度近似等于光在真空中的傳播速度c，也可以近似為c=3×108m/s。光在水中的傳播速度約為c；光在玻璃中的傳播速度近約為c。3.光年：計(jì)量長(zhǎng)度的單位，指光在真空中沿直線傳播一年經(jīng)過(guò)的路程。4.聲和光對(duì)比聲光聲音的傳播需要介質(zhì)光的傳播不需要介質(zhì)真空不傳聲光在真空中傳播最快聲音在空氣中傳播得最慢光在空氣中比在其它透明介質(zhì)中傳播得快15℃的空氣中聲速為340m/s空氣中光速近似為3×108m/s第2節(jié)光的反射一、光的反射定律1.光的反射（1）定義：當(dāng)光射到物體表面時(shí)，有一部分光會(huì)被反射回去，這種現(xiàn)象叫做光的反射。（2）常見(jiàn)的反射現(xiàn)象看見(jiàn)不發(fā)光的物體自行車(chē)尾燈水中倒影潛望鏡照鏡子（3）光的反射的基本概念：一點(diǎn)、兩角、三線一點(diǎn)入射點(diǎn)光的入射點(diǎn)，用字母“O”表示三線入射光線入射到反射面上的光線，如圖中的光線EO法線經(jīng)過(guò)入射點(diǎn)O并垂直于反射面的直線，它是一條輔助線，通常用虛線表示，如圖中的ON反射光線入射光線射到反射面上后，被反射面反射的光線，如圖中的光線OF兩角入射角入射光線與法線的夾角，如圖中的∠i反射角反射光線與法線的夾角，如圖中的∠r2.探究光的反射定律【實(shí)驗(yàn)器材】平面鏡、激光筆（注意避免激光射入眼睛）、直尺、不同顏色的筆、量角器、一張可繞中線折轉(zhuǎn)的白色粗糙硬紙板。可折轉(zhuǎn)白色粗糙硬紙板的作用：一是顯示光的傳播路徑；二是探究入射光線、法線和反射光線是否在同一平面內(nèi)?！緦?shí)驗(yàn)過(guò)程】1.使一束光貼著紙板沿某一個(gè)角度射到O點(diǎn)，經(jīng)平面鏡反射，沿另一個(gè)方向射出。在紙板上用筆描出入射光EO和反射光OF。改變光束入射的角度，觀察反射光的方向是否改變。多做幾次，換用不同顏色的筆記錄每次光的徑跡。取下紙板，用量角器測(cè)量ON兩側(cè)的∠i和∠r，將數(shù)據(jù)記錄在下表中。2.紙板ENF是用兩塊紙板連接起來(lái)的。把紙板NOF向前折或向后折，如下圖所示，在紙板上還能看到反射光嗎？【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】在反射現(xiàn)象中，反射光線、入射光線和法線都在同一平面內(nèi)；反射光線、入射光線分別位于法線兩側(cè)；反射角等于入射角。【反思與交流】（1）應(yīng)在光線較暗的室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，紙板必須與平面鏡垂直，否則在紙板上看不到反射光；（3）實(shí)驗(yàn)描繪光的傳播路徑的方法：在入射光線和反射光線上取一個(gè)點(diǎn)，將該點(diǎn)與反射點(diǎn)連接。（4）區(qū)分每一組的對(duì)應(yīng)的入射光線和反射光線的方法：對(duì)每一組入射光線和反射光線分別用不同顏色的筆進(jìn)行描繪，或者對(duì)每一組入射光線和反射光線進(jìn)行編號(hào)。（5）進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的目的：避免偶然性，尋找普遍規(guī)律。（6）若發(fā)現(xiàn)每次實(shí)驗(yàn)反射角與入射角的和為90°，原因是：錯(cuò)把入射角看成入射光線與反射面的夾角，或錯(cuò)把反射角看成反射光線與反射面的夾角。3.光的反射定律（1）反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)；（三線共面）（2）反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)；（分居兩側(cè)）（3）反射角等于入射角。（兩角相等）注意先有入射角后又反射角，因此只能說(shuō)反射角等于入射角。當(dāng)光垂直射向鏡面，入射光線、法線和反射光線重合，即入射角為0°，反射角也為0°。4.光的反射作圖類(lèi)型作圖方法已知反射面、入射光線做反射光線如圖所示，先過(guò)入射點(diǎn)O作出法線，再根據(jù)光的反射定律（反射角等于入射角），作出反射光線，標(biāo)上箭頭。已知反射面、反射光線作入射光線如圖所示，先過(guò)入射點(diǎn)作出法線，再根據(jù)光的反射定律（反射角等于入射角）畫(huà)出對(duì)應(yīng)的入射光線，標(biāo)上箭頭已知入射光線和反射光線，畫(huà)出平面鏡的位置如圖所示，先作入射光線和反射光線夾角的角平分線，此線的位置即為法線的位置。過(guò)入射光線與反射光線的交點(diǎn)（入射點(diǎn)）作垂直于法線的一條直線，該直線的位置即為平面鏡的位置。二、光路的可逆性在探究光的反射規(guī)律實(shí)驗(yàn)中，如果讓光逆著反射光的方向射到平面鏡上，它被反射后就會(huì)逆著原來(lái)的入射光的方向射出。這表明，在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的。如圖所示。三、鏡面反射和漫反射1.鏡面反射：鏡面很平整、光滑，一束平行光照射到鏡面上后，會(huì)被平行地反射。如平面鏡、自行車(chē)尾燈、黑板反光、平靜的水面反光等。2.漫反射：凹凸不平的表面會(huì)把平行的入射光線向著四面八方反射。如各個(gè)方向都能看到黑板上的字、電影銀幕用幕布等。3.鏡面反射和漫反射都遵循光的反射定律。4.雨后，路面有很多小水坑，夜晚迎著月光走，地上較亮的是水，光在水面發(fā)生鏡面反射；背著月光走，地上較暗的是水，光在路面發(fā)生漫反射。第3節(jié)平面鏡成像一、平面鏡成像的特點(diǎn)1.探究平面鏡成像的特點(diǎn)【實(shí)驗(yàn)器材】薄玻璃板一塊、支架、筆一只、兩支完全相同的蠟燭、刻度尺、白紙等薄玻璃板的作用：（1）確定像的位置；（2）防止成兩個(gè)像影響實(shí)驗(yàn)觀察。兩支完全相同的蠟燭目的：便于比較像與物的大小?！緦?shí)驗(yàn)過(guò)程】1.如圖所示，在桌面上鋪一張紙，紙上豎立一塊玻璃板。沿著玻璃板在紙上畫(huà)一條直線，代表平面鏡的位置。將點(diǎn)燃的蠟燭放置在玻璃板前，通過(guò)移動(dòng)未點(diǎn)燃的蠟燭，找到點(diǎn)燃蠟燭的像的位置，在紙上標(biāo)記蠟燭和像的位置。測(cè)量蠟燭和像到平面鏡的距離，記錄在下表中。2.移動(dòng)點(diǎn)燃的蠟燭，多做幾次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意觀察點(diǎn)燃蠟燭的像的大小是否隨蠟燭位置的改變而變化。3.換用長(zhǎng)度不同的蠟燭，再做幾次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意觀察蠟燭像的大小和蠟燭的大小是否相同。4.將玻璃板后面未點(diǎn)燃的蠟燭B移走，再把光屏放在該位置上并正對(duì)玻璃板，觀察是否能在光屏上接收到前面點(diǎn)燃蠟燭的像?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】平面鏡所成的像為正立的虛像，其大小與物體的大小相等，像和物體到平面鏡的距離相等，像和物體的連線與鏡面垂直?！痉此寂c交流】（1）為了使觀察到的像更為清晰，實(shí)驗(yàn)最好在較暗的環(huán)境中進(jìn)行；（2）實(shí)驗(yàn)中用玻璃板代替平面鏡，目的是便于觀察和確定像的位置；（3）實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用較薄的玻璃板。因?yàn)椴ＡО宓那昂蟊砻婵梢愿鞒梢粋€(gè)像，當(dāng)玻璃板較厚時(shí)，兩個(gè)像有較大的錯(cuò)位，難以確定像的位置；（4）實(shí)驗(yàn)中，玻璃板要豎直立在水平桌面上。若玻璃板沒(méi)有豎直放置，則未點(diǎn)燃的蠟燭和點(diǎn)燃的蠟燭將不能完全重合；（5）用點(diǎn)燃的蠟燭做實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是所成的像比較亮，便于觀察；（6）白紙用于標(biāo)注玻璃板的位置、蠟燭以及蠟燭的像的位置，刻度尺用于測(cè)量蠟燭以及蠟燭的像到玻璃板的距離；（7）改變蠟燭與玻璃板的距離進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，是為了尋找普遍規(guī)律；（8）觀察點(diǎn)燃蠟燭的像時(shí)，眼睛應(yīng)與物體在玻璃板的同一側(cè)；觀察像是否為虛像時(shí)，眼睛與像在玻璃板的同一側(cè)。2.平面鏡成像的特點(diǎn)（1）平面鏡所成像的大小與物體的大小相等；（等大）（2）像和物體到平面鏡的距離相等；（等距）（3）像和物體的連線與鏡面垂直；（垂直）（4）平面鏡所成的像為虛像。（虛像）利用數(shù)學(xué)課中有關(guān)對(duì)稱(chēng)的知識(shí)，平面鏡成像的規(guī)律也可以表述為：平面鏡所成的像為虛像，像與物體關(guān)于鏡面對(duì)稱(chēng)。注意我們?cè)谟^察平面鏡成像時(shí)會(huì)有近大（靠近鏡面像大）遠(yuǎn)小（遠(yuǎn)離鏡面像?。┑母杏X(jué)，這是由人的“視角”造成的錯(cuò)覺(jué)。事實(shí)上，平面鏡所成像的大小總是與物體的大小相等，像的大小與物體到平面鏡的距離無(wú)關(guān)。二、平面鏡成虛像的原理1.平面鏡成虛像的原理在下圖中，光源S向四處發(fā)光，一些光經(jīng)平面鏡反射后進(jìn)入了人的眼睛，引起視覺(jué)。由于有光沿直線傳播的經(jīng)驗(yàn)，人會(huì)感覺(jué)這些光好像是從進(jìn)入人眼光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)S’處發(fā)出的。S'就是S在平面鏡中的像。由于平面鏡后并不存在光源S'，進(jìn)入眼睛的光并非真正來(lái)自S'，所以把S'叫作虛像。由此可知，平面鏡成像的原理是光的反射。平面鏡所成的像實(shí)際上來(lái)自物體的光經(jīng)平面鏡反射后，反射光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。2.平面鏡成像作圖（1）根據(jù)平面鏡成像特點(diǎn)作圖（對(duì)稱(chēng)法）作圖方法（如圖所示）①做垂線—即畫(huà)出物體的兩個(gè)端點(diǎn)AB到平面鏡面的垂線段AM、BN；②畫(huà)垂足；③量等距：使A′M=AM，B′N(xiāo)=BN；④畫(huà)像點(diǎn)A′B′并連接，則A′B′就是物體AB的像。（2）根據(jù)平面鏡成像原理（光的反射定律）作圖從S射向平面鏡的所有光線，經(jīng)平面鏡反射后，反射光線的反向延長(zhǎng)線都會(huì)交于點(diǎn)S'，所以在作圖時(shí)，只要任選兩條從點(diǎn)光源S發(fā)出射向平面鏡的入射光線，作出其反射光線的反向延長(zhǎng)線，就可以確定像S'。如下圖。作圖步驟如下：①?gòu)狞c(diǎn)光源S任意引兩條光線射到平面鏡上；②分別作出兩條入射光線的法線；③根據(jù)光的反射定律分別作出兩條入射光線的反射光線；④分別作兩條反射光線的反向延長(zhǎng)線，它們的交點(diǎn)S'即為點(diǎn)光源S的像。三、平面鏡的應(yīng)用1.成像（如舞蹈室的鏡子，矯正舞蹈員的姿勢(shì)）2.改變光的傳播路徑（如潛望鏡）四、凸面鏡和凹面鏡1.凸面鏡（1）概念：用球面的外表面作反射面的鏡子叫凸面鏡。（2）特點(diǎn)：凸面鏡對(duì)光有發(fā)散作用，平行光射到凸面鏡上，反射后成為發(fā)散光，如圖所示。（3）應(yīng)用：使用凸面鏡能起到擴(kuò)大視野的作用，所以汽車(chē)的后視鏡和道路轉(zhuǎn)彎處的反射鏡都是凸面鏡。2.凹面鏡（1）概念：用球面的內(nèi)表面作反射面的鏡子叫凹面鏡。（2）特點(diǎn)：凹面鏡對(duì)光有會(huì)聚作用，平行光射到凹面鏡上，反射后會(huì)聚到一點(diǎn)，如圖所示。（3）應(yīng)用①使用凹面鏡對(duì)光的會(huì)聚作用的有：太陽(yáng)灶、奧運(yùn)圣火采集器等。②由光路可逆原理可知，由一點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)凹面鏡反射后可成為平行光，這一特點(diǎn)的常見(jiàn)應(yīng)用有：探照燈、各種機(jī)動(dòng)車(chē)的前燈、醫(yī)用頭燈等。第4節(jié)光的折射一、光的折射1.定義：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一般會(huì)發(fā)生變化；這種現(xiàn)象叫光的折射。2.基本概念“一點(diǎn)、一面、三線、兩角”一點(diǎn)入射點(diǎn)光的入射點(diǎn)，用字母“O”表示一面分界面兩種介質(zhì)的分界面，如圖所示的MM′三線入射光線照射到兩種介質(zhì)分界面的光線AO法線過(guò)入射點(diǎn)且垂直于兩介質(zhì)分界面的直線NN′折射光線進(jìn)入另一種介質(zhì)的光線OB兩角入射角入射光線與法線的夾角，如圖中的∠α折射角折射光線與法線的夾角，如圖中的∠β3.光的折射規(guī)律（1）共面：折射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)。（2）異側(cè)：折射光線、入射光線分別位于法線兩側(cè)。（3）光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中時(shí)，折射光線向靠近法線方向偏折，折射角小于入射角。當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角增大。（4）光從水或其他介質(zhì)斜射入空氣中時(shí)，折射光線向遠(yuǎn)離法線方向偏折，折射角大于入射角。巧記在光的折射現(xiàn)象中，空氣中的角大。（5）當(dāng)光從空氣垂直射入水或其他介質(zhì)中時(shí)，傳播方向不變，即折射角=入射角=0°。（6）光的折射現(xiàn)象中，光路可逆。注意（1）光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，一般會(huì)同時(shí)發(fā)生光的折射和光的反射。（2）反射光線與入射光線在界面的同側(cè)，折射光線與入射光線卻在界面的兩側(cè)。二、生活中的折射現(xiàn)象池底變“淺”池底（或水中物體）的光線由水中斜射入空氣中時(shí)，在水面上發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進(jìn)入人眼，人眼會(huì)逆著折射光線的方向看去，就會(huì)覺(jué)得池底變淺了（或變高了、變短、彎折了）“錯(cuò)位”的奧秘兩次折射后，入射光線與第二次折射光線平行，于是鋼筆“錯(cuò)位”了“變高”的奧秘水上的物體反射的光從空氣進(jìn)入水中，發(fā)生折射，折射角小于入射角，折射光線靠近法線，向下偏折，所以潛水員看到的樹(shù)的位置比實(shí)際位置偏高海市蜃樓海市蜃樓是一種光學(xué)幻景，是地球上物體反射的光經(jīng)大氣折射而形成的虛像第5節(jié)光的色散一、光的色散1.定義：太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡后，依次被分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色的光，這種現(xiàn)象叫做光的色散。2.光的色散說(shuō)明白光是由色光混合而成的。不同色光的偏折程度不同，紅光偏折程度最小，紫光偏折程度最大。3.光的色散的實(shí)質(zhì)是光的折射。4.生活中的色散現(xiàn)象：如雨后的彩虹、潑向空中的水變得五顏六色、在陽(yáng)光下肥皂泡變成彩色等等都是光的色散實(shí)例，其原因是太