資源簡介

第3講 光的直線傳播 光的反射
3.1 學習提要
3.1.1 光的直線傳播
1. 光源
自身能發(fā)光的物體叫做光源。例如：太陽、激光、點燃的蠟燭、舞臺燈光、螢火蟲、閃電等。
2. 光的直線傳播
（1）光在同一種均勻物質(zhì)中沿直線傳播
（2）光傳播需要時間
（3）光在真空中傳播得最快，1s內(nèi)傳播3×108m，即
光速v=3.0×108m/s=3.0×105km/s
小孔成像
小孔成像是由于光的直線傳播形成的。如圖3-1所示，在
黑暗的房間中點燃蠟燭，在一塊隔光板上開一小孔，由于光沿直
線傳播，蠟燭的光線穿過小孔就在右邊形成了蠟燭倒立的實像。
3.1.2 光的反射 圖3-1
1. 光的反射現(xiàn)象
光在兩種物質(zhì)界面上傳播方向又返回原來物質(zhì)中的現(xiàn)象叫做光的反射。
（1）光的反射定律：光反射時，反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)；反射光線和入射光線分居在法線兩側；反射角等于入射角。
如圖3-2是某小組同學研究光的反射定律的實驗。
將光具盤放在水平桌面上，使小門和光具盤保持在同一平面，入射線從空氣射向鏡面，觀察到光具盤上顯示反射光線；當把小門向后轉過一定的角度后，小門上將不能顯示反射光線。這個現(xiàn)象表明光反射時，反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。 圖3-2
實驗時，當入射光線為AO時，反射光為OB；當入射光為CO時，反射光為OD；當入射光為EO時，反射光為OF。從這一現(xiàn)象表明：反射光線和入射光線分居在法線兩側；反射角等于入射角。
（2）鏡面反射——將平行的入射光線沿同一方向反射出去，即反射光線也是平行光線，這種反射叫鏡面反射，如圖3-3（a）所示。
（3）漫反射——粗糙表明能將平行的入射光線向各個方向反射出去。這種反射叫做漫反射，如圖3-3（b）所示。
漫反射和鏡面反射都遵循光的反射定律。
圖3-3
2. 平面鏡
（1）平面鏡成像
①探究平面鏡成像特點：
如圖3-4所示，某同學在做探究平面鏡成像特點的實驗時，將一塊玻璃板豎直架在一張白紙上面，再取兩段等長的蠟燭A和B一前一后放置，實驗過程中眼睛始終在蠟燭A的一側進行觀察。
點燃蠟燭A，調(diào)節(jié)蠟燭B的位置，直到鏡后的蠟燭與鏡前相同蠟燭所成的像完全重合時，B的位置即為A的像所在的位置。實驗發(fā)現(xiàn)：像的大小和物體 圖3-4
的大小相等，像和物的連線與鏡面垂直，像和物到鏡面的距離相等。
②平面鏡成像特點：
物體在平面鏡里成的是虛像，像的大小和物體的大小相等，像和物的連線和鏡面垂直，像和物到鏡面的距離相等。
③平面鏡成像原理：
如圖3 - 5所示，平面鏡前物體上點S發(fā)出的光線射到平面鏡上被反射。從入射光束任意取兩條光線SA和SB ,根據(jù)光的反射定律,作出它們的反射光線AC和BD。逆著反射光線看去，眼睛感到反射光線好像是從反射光線的反向延長線的交點S'處發(fā)出的，S'稱為S的虛像。 圖3-5
（3）利用平面鏡可以改變光的傳播方向。
3. 球面鏡
反射面為球面一部分的鏡面叫做球面鏡。
（1）凹面鏡：用球面的內(nèi)側作反射面的球面叫做凹面鏡。
凹面鏡對光起會聚作用，焦距越小，會聚本領越大。
（2）凸面鏡：用球面的外側作反射面的球面鏡叫做凸透鏡。
凸透鏡對光起發(fā)散作用，焦距越小，發(fā)散本領越大。
3.2 難點釋疑
3.2.1 實焦點和虛焦點
（1）凹面鏡焦點：平行于主軸的光線經(jīng)凹面鏡反射后，反射光線會聚于焦點處。如圖3-6所示，凹面鏡的焦點是實際光線的會聚點，因此是實焦點。
特殊光線：平行于主軸的光線經(jīng)凹面鏡反射后，會聚于焦點；過焦點的入射光線經(jīng)反射后平行于主軸；過球面中心的入射光線沿原路返回；過頂點入射的光線與其反射光線關于主軸對稱。
凸面鏡焦點：凸面鏡的焦點不是實際光線的會聚點，而是反射光線的反向延長線的交點，因此凸面鏡的焦點是虛焦點，如圖3-7所示。
圖3-6 圖3-7
3.2.2 實像和虛像的區(qū)別
物體可以看成由很多個物點組成的。物點發(fā)出的光束是發(fā)散光束，這些光束經(jīng)光學系統(tǒng)作用后，若成為會聚光束，則其會聚點稱為物點的實像點;若成為發(fā)散光束，則其反向延長線的交點稱為物點的虛像點；若成為平行光束，則不成像。組成物體的所有物點對應的像點就組成了物體的像。若物體的像由實像點組成，物體的像就是實像；若物體的像由虛像點組成，則物體的像就是虛像。
實像可用光屏來承接，也可用眼睛來觀看。虛像不能用光屏來承接，只能用眼睛來觀看。
3.3 例題精析
3.3.1 光的直線傳播
例1 太陽光穿過樹葉間的孔隙，在地面上出現(xiàn)無數(shù)個小圓點，這是 的像，是由于 而形成的。
【點撥】 樹葉間的孔隙相當于小孔。
【解析】 從太陽射出的光進入孔隙后，投射到地面上，就形成了太陽的像。
【答案】 太陽；光在空氣中沿直線傳播。
【反思】 光的直線傳播及小孔成像的原理是解答本題的關鍵。
例2 運動會上100m跑比賽時，記時員聽到發(fā)令槍聲才記時，比看到冒煙記時早些還是遲些？早或遲多長時間？哪個更準確？
【點撥】 發(fā)令員發(fā)令時，槍聲和煙同時發(fā)生并在空中傳播。
【解析】 運動員與發(fā)令員相距很近，可以認為在發(fā)令的同時起跑。記時員在終點，由于光速遠大于聲速，可以認為發(fā)令的同時記時員看到了冒煙，記時員聽到聲音要稍后些。
看見冒煙和聽到聲音的時間相差t=s/v=100m/(340m/s)=0.29s。
【答案】 記時員聽到發(fā)令槍聲才記時，比看到冒煙記時要遲些，遲0.29s，看到冒煙記時準確。
【反思】 題目使我們進一步明確光的傳播速度非常大。
3.3.2 利用平面鏡成像特點畫像
例3 在圖3-8（a）中畫出物體ABC在平面鏡中所成的像。
圖3-8
【點撥】 根據(jù)平面鏡成像時像與物體對鏡面相互對稱作圖。
【解析】 用軸對稱方法先分別作出A、B、C三點的像A’、B’、C’，再根據(jù)像是正立的、等大的虛像，用虛線連接三點即可。
【答案】 如圖3-8（b）所示。
【反思】 通過解題使我們對平面鏡成像特點有了進一步的理解，注意鏡中像要花虛線。
3.3.3 光的反射規(guī)律應用
例4 有一光電控制液面高度的儀器，它是通過光束在液面上的反射光線反射到光電屏上的光斑位置來判斷液面高低的。圖3-9（a）所示的光路中，一光束與液面的夾角為40°，則反射角的大小為 ，當液面升高時，光電屏上的光斑S將向 （選填“左”或“右”）移動。
圖3-9
【點撥】 當液面升高時，入射點的位置也隨之升高并向左移。
【解析】 根據(jù)光的反射定律，反射角=入射角，已知一光束與液面的夾角為40°，則入射角為50°，反射角為50°。當液面升高時，入射點的位置也隨之高升并向左移，根據(jù)光的反射定律，則反射光線的位置也向左移，射到光電屏上的光斑S將向左移動，如圖3-9（b）所示。
【答案】 反射角的大小為50°；當液面升高時，光電屏上的光斑S將向左移動。
【反思】 通過解題的過程使我們對光的反射定律有力進一步的理解，并且能靈活運用知識內(nèi)容。
3.3.4 球面鏡
球面鏡在生活中有著廣泛的應用，請各舉一實例。
【點撥】凹面鏡能使從焦點發(fā)出的光線經(jīng)反射后成為平行于主軸的平行光。凹面鏡對光線的發(fā)散作用，在生活中也有不少應用。
【解析】 探照燈、手電筒以及各種機動車的前燈，都是利用凹面鏡能使從焦點發(fā)出的光線經(jīng)反射后成為平行于主軸的平行光。汽車觀后鏡是利用凸面鏡對光線的發(fā)散作用。
【答案】 凹面鏡的應用：探照燈、手電筒以及各種機動車的前燈。凸面鏡的應用：觀后鏡。
【反思】 物理知識在我們生活中有著廣泛應用。
3.4 強化訓練
A卷
1、 的物體叫光源。太陽、月亮、電燈、電視熒屏這些物體中，屬于光源的有 。
2、光在 沿直線傳播；光在真空中的傳播速度為 m/s。
3、若入射光線與鏡面的夾角為50°，則反射角為 ，反射光線與入射光線的夾角為 。若入射角減小為20°，則反射光線與鏡面的夾角為 ，反射光線與入射光線的夾角為 。
4、一束光垂直射到平面鏡上，入射角為 ，反射角為 ，入射光線方向不變，當鏡面轉過30°時，則反射光線的傳播方向改變了 。
5、能夠從不同的方向看到一些本身不發(fā)光的物體，是因為光在這些物體表面發(fā)生 的緣故，這時每一條反射光線都 反射定律(選填“遵循”或“不遵循”)。
6、某人高1.7 m，站在豎直放置的平面鏡前。這個人在鏡里的像離本人3m，這個人距鏡面 m，他的像高 m。
7、打雷時，我們總是先見閃電后聞雷聲，這是因為 （ ）
A、閃電先發(fā)生 B、雷聲先發(fā)生
C、聲音傳播較快 D、光比聲音傳播得快
8、下列各現(xiàn)象中不屬于光沿直線傳播的是 . （ ）
A、射擊瞄準時一定要“三點成一線” B、樹林中地上有圓形亮斑
C、燈光下人的影子 D、在平靜的水中看到自己的像
9、晚上，在桌面上鋪一張白紙，把一塊小平面鏡平放在紙上，如圖3-10所示，讓手電筒的光
正對著平面鏡照射，從側面看去 （ ）
圖3-10
A、白紙和鏡面都是亮的 B、白紙和鏡面都是暗的
C、白紙是暗的，鏡面是亮的 D、白紙是亮的，鏡面是暗的
10、白天室內(nèi)的人覺得光線明亮，而室外的人從遠處望去總覺得窗口是黑洞洞的，這是因為（ ）
A、窗玻璃的透明度不高
B、窗玻璃把入射光反射出來了
C、進人房間的光線經(jīng)多次反射很少從窗口射出
D、房間內(nèi)和房間外的人對光的感受能力有差異
11、小貓在平靜的池塘邊欣賞自己在水中的像，圖3-11中能正確反映這一現(xiàn)象的是 （ ）
圖3-11
12、某人從平面鏡里看到臺鐘的鐘面如圖3-12所示，這表明當時的準確時間是 （ ）
A、 6點55分 B、10點40分 C、5點05分 D、5點20分
圖3-12 圖3-13 圖3-14
如圖3-13所示，兩個相互垂直的平面鏡，在其中任一位置放置光源S，那么光源S在鏡中所成的像共有 （ ）
A、1個 B、 2個 C、3個 D、4個
圖3-14中bc是一口水池，地面ab、cd與水面處在同一水平面上。aa’是高為10m的電線桿， ab = 4 m，bc = 2 m，cd = 2 m。立在d點的觀察者彎腰觀察電線桿在水中的像。已知觀察者的兩眼距地面高為1.5 m，則他能看到電線桿在水中所成像的長度為 （ ）
A、4. 5 m B、6 m C、3 m D、1.5 m
15、甲利用平面鏡反射看到了乙的眼睛，下列說法中正確的是 （ ）
A、乙一定也能從同一平面鏡同時看到甲的眼睛
B、乙一定不能從同一平面鏡同時看到甲的眼睛
C、A和B兩種結論都有片面性，結論和平面鏡的質(zhì)量有關
D、A和B兩種結論都有片面性，結論和甲隱藏得是否巧妙有關
16、如圖3-15所示，根據(jù)反射光線0B，畫出人射光線AO，并標出人射角。
圖3-15
17、如圖3-16所示，根據(jù)入射光線或反射光線完成各光路圖，并標出反射角。
圖 3-16
18. 如圖3 - 17所示，用對稱法畫出圖中物體AB在平面鏡中的像A'B'。
(a) (b) (c) (d)
圖 3-17
19. 如圖3 - 18所示,AO為人蔚光線,OS為反射光線，請在圖上畫出平面鏡的位置。
圖 3-18 圖 3-19
20、如圖3-19所示，S為發(fā)光點，S’為它在平面鏡中的虛像。請在圖上畫出平面鏡的位置。
B卷
1、圖3-20表不的是 成因的示意圖(選填“日食”或“月食”)。
圖 3-20
2、水平放置一平面鏡，要想使一支與豎直方向夾角為60°的筆與它在平面鏡中的像垂直，平面
.鏡應轉過 度。
3、有一個人以0.5 m/s的速度走近豎直放置的平面鏡，像向 平面鏡方向移動(選填“靠近”或“遠離”），像的移動速度是 m/s。
4、藍天上飄著朵朵白云，我們向著清澈、平靜的池塘看去，會發(fā)現(xiàn)魚好像在云中游。我們所看到的云是由于光的 射形成的 像。若水深2 m，云到水面的距離為2 000 m，則云的像到水面的距離為 m。
5、身高1.5 m的小明，站立在路燈下的某處，他在燈光下的影子是光的 產(chǎn)生的現(xiàn)象。在某個時刻，小明的影長為1.5 m。若他以1 m/s的速度勻速沿平直路面遠離路燈而去，2s后影長為2m，則路燈離平直路面的高度為 m。
6、—條光線與反射光線的夾角為140°，則反射光線與平面鏡的夾角為 （ ）
A、20° B、70° C、90° D、140°
7、某同學晚上從路燈下走過時，他在地面上的影子長度變化是 （ ）
A、變長 B、變短 C、先變短后變長 D、先變長后變短
8、光照射到下列物體的表面，發(fā)生的反射不屬于漫反射的是 （ ）
A、室內(nèi)的石灰墻壁上 B、拋光的金屬表面上 C、白色衣服上 D、投影的幕布上
9、關于平面鏡成像，下列說法中正確的 （ ）
A、物體離開平面鏡越遠它的像越小
B、只有在平面鏡正前方的物體才能在平面鏡中成像
C、比平面鏡大的物體，不能在平面鏡內(nèi)成完整的像
D、只有在平面鏡背面的物體不能在鏡中成像
10、如圖3-21所示，平面鏡前有一個點光源S，S沿與鏡面成30°的方向，以速度v向鏡面運動，則S和它的像的接近速度為 （ ）
A、v/2 B、v C、2v D、3v
圖 3-21
11、—個身高為h（可看成是眼睛到地面的距離）的人面對豎直墻站立，身后有一棵高為H的樹，人到墻和人到樹的距離相等。在墻面上掛一面鏡子，為了使人能從鏡子中看到樹的最高點，則平面鏡的最髙點離地面的最小高度為 （ ）
A、（2H + h）/3 B、（H + 2h）/3 C、（H + h）/2 D、（2H +h）/3
12、如圖3-22所示，平面鏡M沿水平方向以大小不變的速度v移向點光源S，運動中鏡面始終保持與運動方向垂直，則S在鏡中的像S’的移動速度的大小和方向是 （ ）
A、以速度v水平向左移動 B、以速度v水平向右移動
C、以速度2v水平向左移動 D、以速度2v水平向右移動
圖3-22 圖3-23 圖3-24
13、如圖3-23所示，兩平面鏡夾角為β，一條光線沿AO方向入射，經(jīng)兩平面鏡反射后，沿O’B方向出射，則光線AO和O’B的夾角φ為 （ ）
A、 β/2. B、β C、2β D、3β
14、以平面鏡MO和NO為兩個側面的一個黑盒子里有一個點光源S，黑盒子的另一側面EN 上開有一個小孔P，如圖3-24所示。一位觀察者在盒外沿與EN平行的方向走過時，通過小孔P能夠看到S所發(fā)出的光的次數(shù)為 （ ）
A、1 次 B、 2 次 C、3 次 D、4 次
15、美術課上，小紅面前立著一幅米老鼠的簡筆畫，如圖3-25（a）所示。她利用平面鏡清晰、準確地描出了畫中的米老鼠。請說明其中的原理，并作圖示意。（作圖時，以圖3-25(b) 中A點代表簡筆畫中的米老鼠。）
圖3-25
16、如圖3-26所示，水平桌面上斜放著一個平面鏡，桌面上有一個小球向鏡面滾去。要使平面鏡中小球的像沿豎直方向下落，則鏡面與桌面間的夾角應為多少度？
圖3-26
17、如圖3-27所示，S為發(fā)光點，MN為平面鏡，請畫出由S點發(fā)出并經(jīng)平面鏡反射后通過 A點的光線。
圖3-27
18、小明用平面鏡將一束太陽光反射到井中，如圖3-28所示，請在圖上作出平面鏡的位置，并標出鏡面與水平面夾角的度數(shù)。
圖3-28
19、如圖3-29所示，平面鏡上方有一豎直擋板P，AB和CD是擋板左側的發(fā)光點S經(jīng)過平面鏡反射后的兩條反射光線，請在圖上作出發(fā)光點S。（要求留下作圖痕跡。）
圖3-29
20、圖3-30中，AB、BC、CD為平面鏡，EF為擋光板，S為發(fā)光點，試從S點作一條光線，經(jīng)
三塊平面鏡反射后恰能通過M點。
圖3-30
作業(yè)參考答案與解析
A卷
1、【答案】自身能發(fā)光，太陽、電燈、電視熒屏
【解析】略
2、【答案】同種均勻介質(zhì)，3×108
【解析】略
3、【答案】40°，80°，70°，40°
【解析】略
4、【答案】0，0，60°
【解析】鏡面轉過30°時，入射角和反射角均改變30°，故反射光線方向改變60°
5、【答案】漫反射，遵循
【解析】略
6、【答案】1.5，1.7
【解析】略
7、【答案】D
【解析】略
8、【答案】D
【解析】略
9、【答案】D
【解析】鏡子發(fā)生鏡面反射，白紙發(fā)生漫反射
10、【答案】C
【解析】略
11、【答案】C
【解析】略
12、【答案】C
【解析】略
13、【答案】C
【解析】兩平面鏡中各成一個像，兩個像所成的像重合成第三個像
14、【答案】C
【解析】觀察者眼睛為點d′，作 aa'關于ad的軸對稱圖形aa″，連接d′c、d′b并延長，分別交aa″于點P′、Q′。
由△cdd′∽△aP′c，可得aP′=4.5m，
由△abQ′∽△bdd′，可得，解得aQ′=1.5m，
所以PQ=P′Q′=aP′-aQ′=4.5m-1.5m=3m．
15、【答案】A
【解析】光路可逆
16、【答案】略
【解析】略
17、【答案】略
【解析】略
18、【答案】略
【解析】略
19、【答案】略
【解析】略
20、【答案】略
【解析】略
B卷
1、【答案】日食
【解析】略
2、【答案】15°
【解析】略
3、【答案】靠近，0.5m/s
【解析】略
4、【答案】反，虛，2 000
【解析】略
5、【答案】直線傳播，7.5
【解析】略
6、【答案】A
【解析】略
7、【答案】C
【解析】略
8、【答案】B
【解析】略
9、【答案】D
【解析】略
10、【答案】B
【解析】S與其在平面鏡中的像和M點形成一個等邊三角形
11、【答案】B
【解析】如圖所示，根據(jù)相似三角形的相似比得出結果
12、【答案】D
【解析】本題中移動的是平面鏡，相當于是像與物的相對速度。
13、【答案】C
【解析】由題可知：∠1=∠3，∠2=∠4。如圖兩條虛線為法線，設兩條法線交于點C，兩平面鏡夾角β頂點為P，則∠COP=∠CO'P=90°。
∵∠OO'P+∠O'OP+∠1+∠2=∠COP+∠CO'P=2×90°=180°
又∵∠OO'P+∠O'OP=180°-β
∴∠1+∠2=180°-（∠OO'P+∠O'OP）=180°-（180°-β）=β
∵∠1=∠3，∠2=∠4
∴∠1+∠2=∠3+∠4
∴∠1+∠2+∠3+∠4=2（∠1+∠2）=2β
∵Φ為△DO'O的一個外角
∴Φ=∠DO'O+∠DOO'=∠1+∠2+∠3+∠4=2β
14、【答案】D
【解析】S發(fā)出的光線，從小孔P射出，有以下四種情況：
（1）由點光源S發(fā)出的光線直接從小孔P射出；
（2）由S發(fā)出，經(jīng)過平面鏡MO反射后，直接通過小孔P的光線；
（3）由S發(fā)出，經(jīng)過平面鏡NO反射后，直接通過小孔P的光線；
（4）由S發(fā)出，經(jīng)過平面鏡MO反射后再經(jīng)過平面鏡NO反射通過P的光線。
15、【答案】略
【解析】略
16、【答案】45°
【解析】略
17、【答案】略
【解析】略
18、【答案】略
【解析】略
19、【答案】略
【解析】略
20、【答案】略
【解析】略
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