資源簡(jiǎn)介

3.3 《光的直線傳播》 學(xué)案
學(xué)習(xí)目標(biāo)：
1.參與影子游戲，在游戲中思考陰影的成因；通過(guò)探究,歸納得出光的傳播規(guī)律,進(jìn)而能用光的直線傳播來(lái)解釋小孔成像、日食、月食等現(xiàn)象．
2.了解光的傳播需要一定的時(shí)間，知道真空中、空氣中的光速．
3. 能說(shuō)出激光測(cè)距的原理．
學(xué)習(xí)過(guò)程：
知識(shí)梳理
一、光的直線傳播
1. 光的直線傳播：光在同種均勻的物質(zhì)中沿直線傳播．
⑴這里的物質(zhì)是指光能透過(guò)的透明物質(zhì)，比如光在水、玻璃等物質(zhì)中都是沿直線傳播的；
⑵光從一種透明物質(zhì)進(jìn)入另一種透明物質(zhì)時(shí)傳播方向通常要改變；
⑶光在同種但不均勻的物質(zhì)中傳播方向也可能發(fā)生變化，比如太陽(yáng)光進(jìn)入大氣層時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲，就是因?yàn)榇髿獠痪鶆蛟斐傻模?br/>2. 光的理想模型——光線
⑴光是客觀存在的，日常生活中人們所講的“光線”，實(shí)際指的就是光．
⑵物理學(xué)中，人們畫一條直線(或曲線)表示光的傳播路徑，并在線上畫上箭頭來(lái)表示光的傳播方向，這條帶有箭頭的線被稱作物理學(xué)中的“光線”．
⑶“光線”是用來(lái)表示光的傳播路線和方向的一種方法，是一種物理模型，在光現(xiàn)象中實(shí)際并不存在這樣的帶箭頭的“光線”．
3. 光的直線傳播的實(shí)例
⑴影子：光在傳播的過(guò)程中如果遇到了不透明的物體，在物體的后面光照不到的地方就會(huì)留下一個(gè)暗區(qū)，這個(gè)暗區(qū)就形成了影子，影子的存在，就說(shuō)明光是沿直線傳播的．
⑵日食和月食：日食是地球運(yùn)行到月球的陰影里形成的，月食則是月球運(yùn)行到地球的陰影里形成的．
①當(dāng)人們位于月球的本影(光在傳播過(guò)程中遇到不透明物體時(shí)，在其后方形成的全暗區(qū)域)內(nèi)時(shí)完全看不到太陽(yáng)，這就是日全食；當(dāng)人們位于月球的半影(光在傳播過(guò)程中遇到不透明物體時(shí)，其后方只有部分光線到達(dá)的區(qū)域)內(nèi)時(shí)，只能看到太陽(yáng)的一部分，這就是日偏食．
②同樣，當(dāng)月球運(yùn)行到地球的本影區(qū)域內(nèi)，陽(yáng)光完全不能射到月球上，人們完全看不到月球，這就是月全食；而當(dāng)月球運(yùn)行到地球的本影和半影交界處，人們只能看到月球的一部分，這就是月偏食．日食和月食的存在，也說(shuō)明光是沿直線傳播的．
⑶影子有關(guān)的計(jì)算．
【例1】　小明在學(xué)習(xí)“光的傳播”時(shí)，看到老師的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，過(guò)程如下：①用激光筆射向水中，觀察到光線是一條直線(如圖)；②在A點(diǎn)處用漏斗向水中慢慢注入海波溶液，觀察到光線發(fā)生了彎曲；③經(jīng)攪拌后，觀察到光線又變直．小明根據(jù)上述現(xiàn)象得出的結(jié)果正確的是(　　)．
　　
A. 光的傳播需要介質(zhì)
B. 光只有在水中才沿直線傳播
C. 光在海波溶液里不能沿直線傳播
D. 光在同一種均勻介質(zhì)中才沿直線傳播
精析：光的傳播不需要介質(zhì)，光在真空中也能傳播，A選項(xiàng)錯(cuò)；光的直線傳播是有前提條件的，要保證傳播的介質(zhì)是均勻的，若介質(zhì)不均勻，傳播光線會(huì)發(fā)生彎曲．當(dāng)水中注入海波溶液時(shí)，整個(gè)液體還不均勻，故光線發(fā)生彎曲，攪拌后，整個(gè)液體變得均勻，故光又沿直線傳播，所以B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確．
解答：D
【例2】　一個(gè)人沿馬路邊經(jīng)過(guò)某一盞路燈，在走路過(guò)程中，路燈照射到人身上時(shí)，影子長(zhǎng)短在變化，其變化的情況是(　　)．
A. 逐漸變長(zhǎng)　　　B. 先變短，后變長(zhǎng)
C. 逐漸變短 D. 先變長(zhǎng)，后變短
精析：當(dāng)人在遠(yuǎn)處時(shí)，人與燈光的夾角小，形成的影子長(zhǎng)；當(dāng)人逐漸走近路燈時(shí)，人與燈光的夾角會(huì)變大，此時(shí)形成的影子會(huì)變短；當(dāng)人經(jīng)過(guò)路燈逐漸遠(yuǎn)離時(shí)，人與燈光的夾角又會(huì)變小，形成的影子再次變長(zhǎng)．因此，當(dāng)人經(jīng)過(guò)路燈時(shí)，影子先變短后變長(zhǎng)．
解答：B
解后反思：解決一些光學(xué)問(wèn)題的較好方法是作圖法，根據(jù)已知條件正確畫出光學(xué)圖形，使問(wèn)題簡(jiǎn)單明了，具有直觀性，更便于從圖形中總結(jié)出規(guī)律或找到問(wèn)題的答案．
【例3】　一根50 cm長(zhǎng)的木棍，豎起立在水平地面上，影子長(zhǎng)為40 cm，與此同時(shí)，一根旗桿的影子長(zhǎng)為16 m，則旗桿的高度是(　　)．
A. 16 m　　 B. 20 m C. 20.8 m D. 16.8 m
精析：解本題的關(guān)鍵是要明確：太陽(yáng)光照射到地球表面時(shí)光線互相平行，即某一時(shí)刻太陽(yáng)光與水平面的夾角是一定的．根據(jù)光的直線傳播規(guī)律及題意可畫出如圖所示的示意圖．由于木棍和旗桿都直立在水平地面上且照到木棍和旗桿上的太陽(yáng)光是平行的，所以由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，木棍和旗桿的高度之比和它們對(duì)應(yīng)的影長(zhǎng)之比相等．
解答：B
解后反思：光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播而形成影，根據(jù)題意畫出情景實(shí)物圖是解決此題的關(guān)鍵．分析圖形，靈活運(yùn)用平面幾何知識(shí)是解決此類問(wèn)題的基本方法.
二、光速
1.光的傳播不一定需要介質(zhì)，它可以在真空中傳播，且在真空中傳播得最快，其速度為3×108 m/s.
2.光在不同的物質(zhì)中傳播速度是不同的，在空氣中的傳播速度略小于在真空中的傳播速度，可近似地認(rèn)為是3×108 m/s，光在水中的傳播速度約為真空中的，在玻璃中的傳播速度約為真空中的.
【例4】　光在真空中的傳播速度是________m/s；光在水中的速度________(填“大于”“小于”或“等于”)光在空氣中的速度．
精析：真空中光速是宇宙中最快的速度，為3×108 m/s，光在水中的速度約為真空中光速的，光在玻璃中的速度約為真空中光速的.
解答：3×108　小于
三、小孔成像
1.實(shí)驗(yàn)步驟：用易拉罐、半透明紙、剪刀、細(xì)線、火柴和蠟燭可以探究小孔成像．其方法是：⑴用剪刀剪去易拉罐的底部，用細(xì)線將半透明紙系在底部，在罐口剪一個(gè)小孔，⑵將蠟燭點(diǎn)燃放在易拉罐小孔前，調(diào)節(jié)兩者之間的距離，觀察半透明紙上像的性質(zhì)．
2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：小孔成的像是倒立的實(shí)像；像的大小與物體到小孔、光屏到小孔的距離有關(guān)．當(dāng)物體離小孔越近，屏離小孔越遠(yuǎn)時(shí)，屏上的像越大；像的形狀由物體的形狀決定，而與小孔的形狀無(wú)關(guān)．
【例5】　學(xué)習(xí)了光學(xué)知識(shí)后，小桐和小朵想自己探究小孔成像現(xiàn)象．如圖所示，她們給兩個(gè)空罐的底部中央分別打上一個(gè)圓孔和一個(gè)方孔，再用兩片半透明的塑料膜蒙在空罐的口上，分別將小孔對(duì)著燭焰和燈絲，可以看到燭焰和燈絲通過(guò)小孔所成的像．
(1)甲圖中點(diǎn)燃的蠟燭距小孔的長(zhǎng)度為a，像距小孔的長(zhǎng)度為b(a>b)，則半透明膜上的像是(　　)．
A. 倒立、放大的虛像 B. 正立、縮小的虛像
C. 倒立、縮小的實(shí)像 D. 正立、放大的實(shí)像
(2)由甲、乙兩圖可知實(shí)驗(yàn)是在研究小孔成像與________的關(guān)系．
(3)分析比較________兩圖，可以得出小孔成像與物體的形狀有關(guān)．
(4)該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明小孔成像的原理是________________．
(5)發(fā)生日食現(xiàn)象時(shí)，如果利用丙實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)“”形太陽(yáng)進(jìn)行觀察，在半透明塑料膜上看到像的形狀是(　　)．
A. B. C. D.
精析：(1)小孔成像是光的直線傳播形成的，成的是倒立的可大可小的實(shí)像，像的形狀與物體有關(guān)，與孔的形狀無(wú)關(guān)．則半透明膜上的像是倒立、縮小的實(shí)像，故選C.
(2)由甲、乙兩圖可知，蠟燭距小孔和像距小孔的距離是一定的，物體也是同一個(gè)物體，改變的只是孔的形狀．所以，實(shí)驗(yàn)是在研究小孔成像與小孔形狀的關(guān)系．
(3)分析比較甲與丙兩圖可知，蠟燭距小孔和像距小孔的距離是一定的，孔的形狀也相同，改變的只是物體的形狀．所以，可以得出小孔成像與物體的形狀有關(guān)．
(4)由于光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，光在通過(guò)小孔時(shí)，上方的光射向下方，下方的光射向上方，是實(shí)際光斑的會(huì)聚，成的是倒立的可大可小的實(shí)像．該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明小孔成像的原理是光的直線傳播．
(5)由于小孔成像成的是倒立的可大可小的實(shí)像，像的形狀與物體有關(guān)，發(fā)生日食現(xiàn)象時(shí)，如果利用丙實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)“”形太陽(yáng)進(jìn)行觀察，在半透明塑料膜上看到像的形狀是C選項(xiàng).
解答：(1)C (2)小孔形狀 (3)甲、丙 (4)光的直線傳播 (5)C
解后反思：　
現(xiàn)象 圖示 成因
影子 如圖所示，光在傳播過(guò)程中遇到不透明的物體，在物體后面光不能到達(dá)的區(qū)域便形成一個(gè)陰暗區(qū)域，即物體的影子
日食 如圖所示，當(dāng)月球轉(zhuǎn)到地球和太陽(yáng)之間，并且三者在同一直線上時(shí)，月球就擋住了射向地球的太陽(yáng)光．由于光的直線傳播，在地球的陰影區(qū)內(nèi)太陽(yáng)光完全照不到，就發(fā)生了日全食；只有部分太陽(yáng)光照射到，發(fā)生了日偏食；只有太陽(yáng)邊緣的光照射到，發(fā)生了日環(huán)食
月食 如圖所示，當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)到月球和太陽(yáng)之間，并且三者在同一直線上時(shí)，地球就擋住了射向月球的太陽(yáng)光．由于光的直線傳播，在陰影部分的月球則不能反射太陽(yáng)光，月球在本影區(qū)內(nèi)時(shí)我們能看到月全食，在半影區(qū)時(shí)，我們能看到月偏食
小孔成像 如圖所示，燭焰上部發(fā)出的光，由于光的直線傳播，通過(guò)小孔后，射到了下部；燭焰下部發(fā)出的光，由于光的直線傳播，通過(guò)小孔后，射到了上部，就形成了相對(duì)于燭焰倒立的像
當(dāng)堂訓(xùn)練
1. 陽(yáng)光燦爛的日子，行走在綠樹(shù)成蔭的街道上，常常見(jiàn)到地上有一些圓形的光斑，這些光斑是(　　)．
A. 樹(shù)葉的影子 　B. 樹(shù)葉的實(shí)像 C. 太陽(yáng)的虛像 D. 太陽(yáng)的實(shí)像
2. 小明在課外用易拉罐做成如圖所示的裝置做小孔成像實(shí)驗(yàn)，如果易拉罐底部有一個(gè)很小的三角形小孔，則他在半透明紙上看到的像是(　　)．
A. 蠟燭的正立像 B. 蠟燭的倒立像 C. 三角形光斑 D. 圓形光斑
3. 下列說(shuō)法中正確的是(　　)．
A. 光線是真實(shí)存在的線 B. 百米賽跑時(shí)計(jì)時(shí)員應(yīng)聽(tīng)到槍聲才能計(jì)時(shí)
C. 光的傳播需要時(shí)間 D. 光的傳播速度是3×105 m/s
4. 用激光測(cè)距儀向月球發(fā)射一束激光信號(hào)，經(jīng)過(guò)2.56 s接收到從月球返回的信號(hào)，那么月球到地球的距離是(　　)．
A. 3.84×105 km B. 3.84×108 km C. 7.68×105 m D. 7.68×108 m
5. 光在不同的透明物質(zhì)中傳播的速度是不同的，下面的光速大小排列中正確的是(　　)．
A. c空氣＞c真空＞c水＞c玻璃 B. c玻璃＜c空氣＜c水＜c真空
C. c真空＞c空氣＞c玻璃＞c水 D. c玻璃＜c水＜c空氣＜c真空
6. 在“探究樹(shù)蔭下光斑”的綜合實(shí)踐活動(dòng)中，為了研究孔的大小對(duì)光斑形狀的影響，小明設(shè)計(jì)了四種有不同形狀孔的卡片甲，并用另一張卡片乙覆蓋在甲上，如圖所示．接著，從圖示位置沿箭頭方向水平移動(dòng)乙，觀察光斑形狀的變化情況，下列合乎要求的是(　　)．
A B C D
7. 如圖甲所示，一束平行太陽(yáng)光垂直水平地面MN射下，A為小鐵球．
(1)標(biāo)出小鐵球A在甲圖中位置時(shí)，其影子A′在地面MN上的位置(用點(diǎn)表示即可)．
(2)若小球在豎起平面內(nèi)沿圖中圓形虛線軌跡運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)?jiān)趫D乙框中畫出小球的影子在地面上運(yùn)動(dòng)的軌跡．
8. 將點(diǎn)燃的蠟燭置于自制的小孔成像儀前，調(diào)節(jié)二者的位置，在屏上得到如圖所示的蠟燭清晰倒立的像，請(qǐng)?jiān)趫D中確定成像儀上小孔O的位置(保留作圖痕跡)．若將蠟燭靠近成像儀少許，蠟燭的像將________(填“變大”“變小”或“不變”)．
9. 在一塊方形紙板的中心挖一正方形小孔，把這塊有方孔的紙板對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光，當(dāng)紙板和地面相距一定距離時(shí)，在地面上能觀察到一方形黑影，你還會(huì)發(fā)現(xiàn)方形黑影的中心有一個(gè)圓亮斑，請(qǐng)你回答以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1)地面上出現(xiàn)的方形黑影是________的影子，是________造成的現(xiàn)象．
(2)黑影中心的圓亮斑是什么？
(3)如果在日偏食或日環(huán)食時(shí)觀察該現(xiàn)象，地面上應(yīng)出現(xiàn)的圖案是什么樣的？
(4)夏天在林中散步時(shí)，我們會(huì)看到地面上呈現(xiàn)很多的圓亮斑，請(qǐng)問(wèn)樹(shù)葉間的縫隙一定是圓的嗎？
10. 學(xué)習(xí)了光學(xué)知識(shí)后，愛(ài)動(dòng)腦筋的小明和小紅想自己探究小孔成像現(xiàn)象．如圖A所示，他們給兩個(gè)空罐的底部中央分別打上一個(gè)圓孔和一個(gè)方孔，再用兩片半透明的塑料膜蒙在空罐的口上．分別將小孔對(duì)著燭焰和燈絲，可以看到燭焰和燈絲通過(guò)小孔所成的像．
(1)甲圖中點(diǎn)燃的蠟燭距小孔20 cm，它成像在距小孔15 cm，則半透明膜上的像是(　　)．
A. 倒立、放大的虛像
B. 正立、縮小的虛像
C. 倒立、縮小的實(shí)像
D. 正立、放大的實(shí)像
(2)由甲、乙兩圖可知實(shí)驗(yàn)是在研究小孔成像與________的關(guān)系．
(3)分析比較________和________兩圖，可以得出小孔成像與物體的形狀有關(guān)．
(4)小明和小紅明白了：樹(shù)蔭下的圓形光斑(如B圖所示)就是________通過(guò)樹(shù)葉間的小孔在地面上形成的像．
(5)小明和小紅還聯(lián)想到：在太陽(yáng)光或者日光燈下， 如果擋住了光的去路，地面上就會(huì)形成影子．細(xì)心的小明進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在日光燈下的影子灰蒙蒙一片，一點(diǎn)也不清楚，特別是處處裝點(diǎn)著電燈的大廳里，人和物的影子就更是模糊不清了．這是為什么呢？小明去問(wèn)物理老師，老師拿出幾根蠟燭、一個(gè)圓柱形鐵塊，讓小明做了如下實(shí)驗(yàn)：
①木塊放在桌子上，旁邊點(diǎn)上一支蠟燭．觀察鐵塊的影子．(如圖a)
②在旁邊再點(diǎn)上一支蠟燭，觀察鐵塊的影子．(如圖b)
③繼續(xù)在鐵塊旁邊點(diǎn)蠟燭，直到將蠟燭圍滿鐵塊四周，觀察鐵塊的影子．(如圖c和d)
小明發(fā)現(xiàn)，蠟燭影子越來(lái)越________(填“深”或“淺”)，這時(shí)他又比較了一下白熾燈和日光燈，看到白熾燈的燈絲很集中，而日光燈的燈管卻很長(zhǎng)．他想了一會(huì)兒后，高興地說(shuō)：“老師，我明白了！”
請(qǐng)你替小明回答：原來(lái)不透明物體的周圍，若四周都有光源，就________．生活中的________(填一種應(yīng)用)就運(yùn)用這一結(jié)論．
《當(dāng)堂訓(xùn)練》答案
1. D　2. B　3. C　4. A　5. D　6. A
7. 如圖所示
8. 如圖所示　變大
9. (1)紙板　光沿直線傳播
(2)黑影中心的圓亮斑是太陽(yáng)光通過(guò)方形小孔所成的太陽(yáng)的實(shí)像．
(3)日偏食應(yīng)出現(xiàn)的是方形黑影的中心有一塊帶圓形缺口的圓亮斑；在日環(huán)食時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)是方形黑影的中心有一個(gè)圓環(huán)形的亮斑．
(4)樹(shù)葉的縫隙大多是不規(guī)則的．
10. (1)C　(2)孔的形狀　(3)甲　丙　(4)太陽(yáng) (5)淺　不會(huì)形成影子　無(wú)影燈

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