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1、第四章 多彩的光
一、光的傳播
1、光源:即能發(fā)光的物體(太陽、螢火蟲、通電電燈、點(diǎn)燃的蠟燭、恒星、水母、燈籠魚等,月亮、所有行星均不是光源,但它們能反射太陽光或其他光源的光)。
可分為:①人造光源:通電電燈、點(diǎn)燃的蠟燭;②自然光源:太陽、螢火蟲、恒星、水母、燈籠魚等。
2、光在同種均勻物質(zhì)中是沿直線傳播的(能看到地平線以下的太陽,是由于地球周圍的大氣是不均勻的,離地面越高,空氣越稀薄,從大氣層外射到地面的光線會(huì)發(fā)生彎曲)。
3、在物理學(xué)中,用一條帶線頭的直線表示光的傳播路徑和方向,并將這條帶箭頭的直線稱為光線。許多光線在一起稱為光束。
4、光直線傳播的應(yīng)用:
影子的形成(由
2、于光沿直線傳播,所以當(dāng)光遇到不透明的物體就會(huì)在物體后面形成影子)、日食月食的形成、小孔成像、激光準(zhǔn)直、隊(duì)伍看齊。
5、光的傳播速度很快,在真空中速度最大,在空氣中略小于真空中的速度,在水中是真空中的3/4,在玻璃中是真空中的2/3。(光速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聲速,如先看見閃電再聽見雷聲,在100m賽跑時(shí)聲音傳播的時(shí)間不能忽略不計(jì),但光傳播的時(shí)間可忽略不計(jì))
注:光年是光在一年中傳播的距離,光年是長度單位;1光年≈9.46×1015m;
二、光的反射
1、光的反射:當(dāng)光射到物體表面時(shí),被物體表面反射回去,這種現(xiàn)象叫做光的反射。
2、光反射圖:如右圖
3、反射定律:在反射現(xiàn)象中,反射光線、入射光線
3、、法線都在同一個(gè)平面內(nèi);反射光線、入射光線分居法線兩側(cè);反射角等于入射角。
說明:(1)入射角與反射角之間存在因果關(guān)系,反射角總是隨入射角的變化而變化,因而只能說反射角等于入射角,不能說成入射角等于反射角。(鏡面旋轉(zhuǎn)θ,反射光旋轉(zhuǎn)2θ)
(2)垂直入射時(shí),入射角為0度,反射角亦等于0度。
4、鏡面反射和漫反射:
(1)鏡面反射:平行光射到光滑的反射面上時(shí),反射光仍然被平行的反射出去;
(2)漫反射:平行光射到粗糙的反射面上,反射光將沿各個(gè)方向反射出去;
(3)鏡面反射和漫反射的相同點(diǎn):都是反射現(xiàn)象,都遵守反射定律;
不同點(diǎn)是:反射面不同(一光滑,一粗糙),一個(gè)方向的入射光,鏡面反
4、射的反射光只射向一個(gè)方向(刺眼);而漫反射射向四面八方;(電影屏幕粗糙、黑板要粗糙是利用漫反射把光射向四處,黑板上“反光”是發(fā)生了鏡面反射)
生活中的例子:迎著月亮走,水面很光滑,會(huì)發(fā)生鏡面反射,光束較為集中,進(jìn)入眼睛的光線較強(qiáng),會(huì)使人們感覺水面比較亮;而地面發(fā)生漫反射,光線分散,進(jìn)入眼睛的光較弱,人們覺得地面比較暗。如果背著月亮走,水面發(fā)生鏡面發(fā)射的光無法進(jìn)入人的眼睛,因此積水處較暗,地面發(fā)生漫發(fā)射的光線進(jìn)入人眼,因此人們覺得地面比水面亮。
5、平面鏡成像(能呈現(xiàn)在光屏上的像為實(shí)像;不能在光屏上呈現(xiàn),只能用眼睛直接看到的像為虛像)
1)平面鏡成像的特點(diǎn):像是虛像,像與物的大小相同,像到
5、平面鏡的距離與物體到平鏡面的距離相等,像和物體相對(duì)鏡面對(duì)稱。(為什么離鏡子越遠(yuǎn),感覺像越小?人的視覺造成的,同一個(gè)物體離我們?cè)竭h(yuǎn),我們眼睛對(duì)物體的邊緣所張的視角越小,感覺物體就越小。)
2)像和物對(duì)應(yīng)點(diǎn)的連線和鏡面垂直,到鏡面的距離相等;像和物上下相同,左右相反(鏡中人的左手是人的右手,看鏡子中的鐘的時(shí)間要看紙張的反面,物體遠(yuǎn)離、靠近鏡面像的大小不變,但亦要隨著遠(yuǎn)離、靠近鏡面相同的距離,對(duì)人是2倍距離)。
3)水中倒影的形成的原因:平靜的水面就好像一個(gè)平面鏡,它可以成像(水中月、鏡中花);對(duì)實(shí)物的每一點(diǎn)來說,它在水中所成的像點(diǎn)都與物點(diǎn)“等距”,樹木和房屋上各點(diǎn)與水面的距離不同,越接近水面的
6、點(diǎn),所成像亦距水面越近,無數(shù)個(gè)點(diǎn)組成的像在水面上看就是倒影了。(物離水面多高,像離水面就是多遠(yuǎn),與水的深度無關(guān))。
4)平面鏡成虛像的原因:物體射到平面鏡上的光經(jīng)平面鏡反射后的反射光線沒有會(huì)聚而是發(fā)散的,這些光線的反向延長線(畫時(shí)用虛線)相交成的像,不能呈現(xiàn)在光屏上,只能通過人眼觀察到,故稱為虛像(不是由實(shí)際光線會(huì)聚而成)
注意:進(jìn)入眼睛的光并非來自像點(diǎn),是反射光。要求能用平面鏡成像的規(guī)律(像、物關(guān)于鏡面對(duì)稱)和平面鏡成像的原理(同一物點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)反射后,反射光的反向延長線交于像點(diǎn))作光路圖(作出物、像、反射光線和入射光線)。
三、光的折射
1、光的折射:光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)
7、時(shí),傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象。
2、光在同種介質(zhì)中傳播,當(dāng)介質(zhì)不均勻時(shí),光的傳播方向亦會(huì)發(fā)生變化。
3、折射角:折射光線和法線間的夾角。
4、光的折射規(guī)律:
1)光折射中,折射光線、入射光線、法線光線在同一平面內(nèi),法線居中。
2)折射角隨入射角的增大而增大;
3)光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)時(shí),折射光線向法線方向偏折;光從水或其它介質(zhì)斜射入空氣中時(shí),折射光線遠(yuǎn)離法線(要求會(huì)畫折射光線、入射光線的光路圖)
4)斜射時(shí),總是空氣中的角大;垂直入射時(shí),折射角和入射角都等于0°,光的傳播方向不改變
5)當(dāng)光射到兩介質(zhì)的分界面時(shí),反射、折射同時(shí)發(fā)生
6)光的折射中光路可逆。
生活中的例子
8、:水中的魚的位置看起來比實(shí)際位置高一些(魚實(shí)際在看到位置的后下方);由于光的折射,池水看起來比實(shí)際的淺一些;水中的人看岸上的景物的位置比實(shí)際位置高些;夏天看到天上的星斗的位置比星斗實(shí)際位置高些;透過厚玻璃看鋼筆,筆桿好像錯(cuò)位了;斜放在水中的筷子好像向上彎折了(要求會(huì)作光路圖)。人們利用光的折射看見水中物體的像是虛像(折射光線反向延長線的交點(diǎn))
四、光的色散
1、太陽光通過三棱鏡后,依次被分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色,這種現(xiàn)象叫色散。
詩詞:菩薩蠻·大柏地(一九三三年夏)
赤橙黃綠青藍(lán)紫,誰持彩練當(dāng)空舞? 雨后復(fù)斜陽,關(guān)山陣陣蒼。 當(dāng)年鏖戰(zhàn)急,彈洞前村壁。 裝點(diǎn)此關(guān)山, 今
9、朝更好看?!泊蟀氐亍吃诮魇∪鸾鹂h城北六十里。一九二九年一月,毛澤東和朱德率領(lǐng)紅軍由井岡山向贛南進(jìn)軍。二月十日(正值春節(jié))至十一日,在大柏地?fù)魯∥沧返膰顸h贛軍劉士毅部,殲敵近兩個(gè)團(tuán),俘敵團(tuán)長以下八百余人,并繳獲了大批武器。這是毛澤東和朱德率領(lǐng)的紅軍部隊(duì)離開井岡山后打的第一個(gè)大勝仗。這首詞是作者一九三三年重過大柏地時(shí)所作,當(dāng)時(shí)他已被調(diào)離軍事領(lǐng)導(dǎo)職務(wù),專任政府工作。
2、白光是由各種色光混合而成的復(fù)色光。
3、色光的三原色是:紅、綠、藍(lán);其它色光可由這三種色光混合而成;世界上沒有黑光;顏料的三原色是品紅、青、黃;三原色混合是黑色;
4、透明體的顏色由它透過的色光決定(什么顏色透過什么顏色的
10、光);不透明體的顏色由它反射的色光決定(什么顏色反射什么顏色的光,吸收其它顏色的光,白色物體發(fā)射所有顏色的光,黑色吸收所有顏色的光)
例:一張白紙上畫了一匹紅色的馬、綠色的草、紅色的花、黑色的石頭,現(xiàn)在暗室里用綠光看畫,會(huì)看見黑色的馬,黑色的石頭,還有黑色的花在綠色的紙上,看不見草(草、紙都為綠色)
思考:為什么黑色花很少見?
五、科學(xué)探究:凸透鏡成像
1、凸透鏡:是利用光的折射原理制成的光學(xué)器件,其形狀是中央較厚、邊緣薄。凸透鏡對(duì)光有會(huì)聚作用,又叫會(huì)聚透鏡。
2、主光軸(光軸):過透鏡兩個(gè)球面球心的直線,用CC/表示;
3、光心:凸透鏡的中心;用“O”表示。
4、焦點(diǎn):平行于凸
11、透鏡主光軸的光線經(jīng)凸透鏡后會(huì)聚于主光軸上一點(diǎn),這點(diǎn)叫焦點(diǎn);用“F”表示。
5、焦距:焦點(diǎn)到光心的距離(通常由于透鏡較厚,焦點(diǎn)到透鏡的距離約等于焦距)焦距用“f”表示。如下圖:
注:中央比邊緣薄的透鏡叫凹透鏡,對(duì)光有發(fā)散作用,又叫發(fā)散透鏡;并行于主光軸的光經(jīng)凹透鏡發(fā)散后,其反向延長線的交點(diǎn)叫凹透鏡的焦點(diǎn)。凸透鏡和凹透鏡都各有兩個(gè)焦點(diǎn),凸透鏡的焦點(diǎn)是實(shí)焦點(diǎn),凹透鏡的焦點(diǎn)是虛焦點(diǎn)。
粗略測(cè)量凸透鏡焦距的方法:使凸透鏡正對(duì)太陽光(太陽光是平行光,使太陽光平行于凸透鏡的主光軸),下面放一張白紙,調(diào)節(jié)凸透鏡到白紙的距離,直到白紙上光斑最小、最亮為止,然后用刻度尺量出凸
12、透鏡到白紙上光斑中心的距離就是凸透鏡的焦距。
辨別凸透鏡和凹透鏡的方法:
1)用手摸透鏡,中間厚、邊緣薄的是凸透鏡;中間薄、邊緣厚的是凹透鏡;
2)讓透鏡正對(duì)太陽光,移動(dòng)透鏡,在紙上能看到較小、較亮光斑的為凸透鏡,否則為凹透鏡;
3)用透鏡看字,能讓字放大的是凸透鏡,字縮小的是凹透鏡;
6、三條特殊光線的畫法:
(1)、跟主光軸平行的光線,經(jīng)凸透鏡鏡后會(huì)經(jīng)過焦點(diǎn);而經(jīng)過凹透鏡折射后,折射光線的反向延長線過焦點(diǎn)。
(2)通過凸透鏡的焦點(diǎn)或射向凹透鏡另一側(cè)的焦點(diǎn)的光線,經(jīng)凸透鏡鏡后會(huì)平行于主光軸;而經(jīng)過凹透鏡折射后平行于主光軸。
(3)射向光心的光線經(jīng)過凹、凸透鏡傳播方向均不改變。
13、
7、凸透鏡成像特點(diǎn):
探究凸透鏡的成像規(guī)律:器材:凸透鏡、光屏、蠟燭、光具座(帶刻度尺)
注意:“三心共線”:蠟燭的焰心、透鏡的光心、光屏的中心在同一直線上;又叫“三心等高”
成像條件
物距(u)
成像的性質(zhì)
像距(v)
應(yīng)用
U﹥2f
倒立、縮小的實(shí)像
f﹤v﹤2f
照相機(jī)
U=2f
倒立、等大的實(shí)像
v=2f
f﹤u﹤2f
倒立、放大的實(shí)像
v﹥2f
投影儀
U=f
不成像
0﹤u﹤f
正立、放大的虛像
(光的折射形成,而平面鏡成像是由反射形成的)
放大鏡
口訣:一倍焦距分虛實(shí),二倍焦距分大小,實(shí)像異側(cè)且倒立,物進(jìn)像退且變大
14、,虛像正立在同側(cè)。物進(jìn)像近且變大。
六、眼睛與視力矯正
1、近視眼:看不清遠(yuǎn)處的物體(只能將近處的物體成像在視網(wǎng)膜上),青少年用眼過度以及周圍環(huán)境的光污染等因素會(huì)導(dǎo)致近視。還有遺傳、眼疾所致。
2、遠(yuǎn)視眼:只能看清遠(yuǎn)處的物體,老年人眼球周圍肌肉松弛,張力不足,導(dǎo)致眼睛的自我調(diào)節(jié)范圍也大大減小。
3、視力可通過眼鏡矯正。(近視眼前加一個(gè)焦距合適的凹透鏡,能改善物體在視網(wǎng)膜上的成像情況;遠(yuǎn)視眼前加一個(gè)焦距合適的凸透鏡,能改善物體在視網(wǎng)膜上的成像情況)
注:“度”=焦距倒數(shù)的100倍
七、神奇的“眼睛”(放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)和投影機(jī)等)
拓:透鏡及其應(yīng)用
1、照相機(jī):
1
15、)鏡頭是凸透鏡;
2)物體到透鏡的距離(物距)大于二倍焦距,成的是倒立、縮小的實(shí)像;
2、投影儀:
1)投影儀的鏡頭是凸透鏡;
2)投影儀的平面鏡的作用是改變光的傳播方向;
注意:照相機(jī)、投影儀要使像變大,應(yīng)該讓透鏡靠近物體,遠(yuǎn)離膠卷、屏幕。
3)物體到透鏡的距離(物距)小于二倍焦距,大于一倍焦距,成的是倒立、放大的實(shí)像;
3、放大鏡:
1)放大鏡是凸透鏡;
2)放大鏡到物體的距離(物距)小于一倍焦距,成的是放大、正立的虛像;
注:要讓物體更大,應(yīng)該讓放大鏡遠(yuǎn)離物體;
注意:1、實(shí)像是由實(shí)際光線會(huì)聚而成,在光屏上可呈現(xiàn),可用眼睛直接看,所有光線必過像點(diǎn);
2、虛像不能在光屏上呈現(xiàn),但能用眼睛看,由光線的反向延長線會(huì)聚而成;
注意:凹透鏡始終成縮小、正立的虛像;
9、眼睛的晶狀體相當(dāng)于凸透鏡,視網(wǎng)膜相當(dāng)于光屏(膠卷);
10、近視眼看不清遠(yuǎn)處的物體,遠(yuǎn)處的物體所成像在視網(wǎng)膜前,晶狀體曲度過大,需戴凹透鏡調(diào)節(jié);
11、遠(yuǎn)視眼看不清近處的物體,近處的物體所成像在視網(wǎng)膜后面,晶狀體曲度過小,需戴凸透鏡調(diào)節(jié);
顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡
12、顯微鏡由目鏡和物鏡組成,物鏡、目鏡都是凸透鏡,它們使物體兩次放大;
13、望遠(yuǎn)鏡由目鏡和物鏡組成,物鏡使物體成縮小、倒立的實(shí)像,目鏡相當(dāng)于放大鏡,成放大的像;