一、光的直線傳播
1.光源:定義:能夠發光的物體叫光源。
分類:自然光源,如太陽、螢火蟲;人造光源,如篝火、蠟燭、油燈、電燈。月亮本身不會發光,它不是光源。
2.規律:光在同一種均勻介質中是沿直線傳播的。
3.光線是由一小束光抽象而建立的理想物理模型,建立理想物理模型是研究物理的常用方法之一。
練習:☆為什么在有霧的天氣里,可以看到從汽車頭燈射出的光束是直的?
答:光在空氣中是沿直線傳播的。光在傳播過程中,部分光遇到霧發生漫反射,射入人眼,人能看到光的直線傳播。
☆早晨,看到剛從地平線升起的太陽的位置比實際位置高,該現象說明:光在非均勻介質中不是沿直線傳播的。
4.應用及現象:
①激光準直。
②影子的形成:光在傳播過程中,遇到不透明的物體,在物體的后面形成黑色區域即影子。
③日食月食的形成:當地球在中間時可形成月食。
如圖:在月球后1的位置可看到日全食,在2的位置看到日偏食,在3的位置看到日環食。
④小孔成像:小孔成像實驗早在《墨經》中就有記載小孔成像成倒立的實像,其像的形狀與孔的形狀無關。
5.光速:
光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s;光在空氣中速度約為3×108m/s。光在水中速度為真空中光速的3/4,在玻璃中速度為真空中速度的2/3 。
二、光的反射
1.定義:光從一種介質射向另一種介質表面時,一部分光被反射回原來介質的現象叫光的反射。
2.反射定律:三線同面,法線居中,兩角相等,光路可逆。即:反射光線與入射光線、法線在同一平面上,反射光線和入射光線分居于法線的兩側,反射角等于入射角。光的反射過程中光路是可逆的。
3.分類:
⑴鏡面反射:
定義:射到物面上的平行光反射后仍然平行
條件:反射面平滑。
應用:迎著太陽看平靜的水面,特別亮。黑板“反光”等,都是因為發生了鏡面反射。
⑵漫反射:
定義:射到物面上的平行光反射后向著不同的方向,每條光線遵守光的反射定律。
條件:反射面凹凸不平。
應用:能從各個方向看到本身不發光的物體,是由于光射到物體上發生漫反射的緣故。
練習:☆請各舉一例說明光的反射作用對人們生活、生產的利與弊。
⑴有利:生活中用平面鏡觀察面容;我們能看到的大多數物體是由于物體反射光進入我們眼睛。
⑵有弊:黑板反光;城市高大的樓房的玻璃幕墻、釉面磚墻反光造成光污染。
☆把桌子放在教室中間,我們從各個方向能看到它原因是:光在桌子上發生了漫反射。
4.面鏡:
⑴平面鏡:
成像特點:等大,等距,垂直,虛像。
①像、物大小相等。
②像、物到鏡面的距離相等。
③像、物的連線與鏡面垂直。
④物體在平面鏡里所成的像是虛像。
成像原理:光的反射定理。
作用:成像 改變光路。
實像和虛像:實像:實際光線會聚點所成的像。
虛像:反射光線反向延長線的會聚點所成的像。
⑵球面鏡:
凹面鏡定義:用球面的內表面作反射面。
凹面鏡性質:凹鏡能把射向它的平行光線會聚在一點;從焦點射向凹鏡的反射光是平行光。
凹面鏡應用:太陽灶、手電筒、汽車頭燈
凸面鏡定義:用球面的外表面做反射面。
凸面鏡性質:凸鏡對光線起發散作用。凸鏡所成的象是縮小的虛像。
凸面鏡應用:汽車后視鏡。
練習:☆在研究平面鏡成像特點時,我們常用平板玻璃、直尺、蠟燭進行實驗,其中選用兩根相同蠟燭的目的是:便于確定成像的位置和比較像和物的大小。
☆汽車司機前的玻璃不是豎直的,而是上方向內傾斜,除了可以減小前進時受到的阻力外,從光學角度考慮這樣做的好處是:使車內的物體的像成在司機視線上方,不影響司機看路面。汽車頭燈安裝在車頭下部:可以使車前障礙物在路面形成較長的影子,便于司機及早發現。
三、顏色及看不見的光
1.白光的組成:紅,橙,黃,綠,藍,靛,紫。
色光的三原色:紅,綠,藍。
顏料的三原色:品紅,黃,青。
正如如蘭老師所說,此口訣朗朗上口,形象生動,同時包含了許多的哲理,讓人有浮想聯翩、回味無窮之感。做為一種交流與借鑒,下面我也提供一種記憶凸透鏡成像規律的方法。
鑒于通常情況下研究的是u>2 f、f<u<2 f、u<f這三個區間的成像情況,可以將u>2 f 想象為遠郊(焦)區, f<u<2 f想象為近郊(焦)區,u<f想象為城里;再將凸透鏡在光軸各區間所成像的性質、及其主要應用中的一些關鍵的“字”抽取出來,借用下面的一段有趣的話做提示性記憶。
在遠郊區拾(實,實像)到(倒,倒立)小(縮小)相機(照相機),在近郊區拾(實,實像)到(倒,倒立)大(放大)投影(投影儀),進城里還常常(長長,代指放大)假(代指虛像)正(正立)經(鏡,代指放大鏡)。
考點1:光的色散、物體的顏色
主要考查光的色散現象,透明體的顏色是由它透過的色光決定的,若物體幾乎能讓各種色光透過,它就是無色的,如水、空氣等。不透明體的顏色是由它反射的色光決定的,白色物體幾乎能反射所有色光,黑色物體對所有色光幾乎都不反射,而是吸收。還要了解光的三基色:紅、綠、藍,顏料的三原色:紅、黃、藍。
例1
解析:題目考查光的色散現象,不同顏色的光通過三棱鏡后分散開來,是由于光的折射,而且折射時紅光偏折程度最小,紫光偏折程度最大。
答案:光的色散
考點2:人眼看不見的光──紅外線、紫外線
紅外線、紫外線和可見光都是電磁波大家庭中的一員,試題對這部分知識的考查熱點在于它們在實際生活中的應用。如利用紅外線來加熱物品,家庭用紅外烤箱烤食品,浴室用紅外線暖燈來取暖,醫療上利用紅外線來理療,科研上用于紅外遙感,電視遙控器也是利用紅外線工作的。紫外線能殺菌。驗鈔機上應用紫外線的熒光效應,進行防偽。適量的紫外線照射對人體有益,但過量則對人有害。
例2
A.驗鈔機和遙控器發出的“光”都是紫外線
B.驗鈔機和遙控器發出的“光”都是紅外線
C.驗鈔機發出的“光”是紫外線,遙控器發出的“光”是紅外線
D.驗鈔機發出的“光”是紅外線,遙控器發出的“光”是紫外線
解析:題目考查紅外線、紫外線在日常生活中的應用,驗鈔機利用的是紫外線,遙控器利用的是紅外線。
答案:C。
考點3:光的直線傳播
光在同種均勻介質中是沿直線傳播的。激光準直、影子的形成、月食、日食的形成、小孔成像等都可以用光的直線傳播來解釋。注意小孔成像中像是倒立的實像。
例3
解析:太陽能在臉盆的水中成像,這是光的反射,或者是利用了平面鏡成像原理;手指疊放,對著陽光,在白紙上也能觀察到太陽的像,屬于小孔成像,利用的是光沿直線傳播的原理。
答案:平面鏡
考點4:光的反射
對反射定律的實驗驗證可以通過實驗題的形式進行考查。對反射現象和反射光路可以通過作圖題進行考查。作圖時一定要細心,如法線要與鏡面垂直,要畫成虛線;光線要加箭頭,且箭頭方向要與光的傳播一致;反射角與入射角都是與法線的夾角,二者要明顯相等。還要注意反射有兩種類型──鏡面反射與漫反射,其根本區別在于反射面是否光滑,而不是反射光線是否平行。無論是鏡面反射還是漫反射,都遵循光的反射定律。
例4
A.當入射光線與反射面的夾角為20°時,反射角也為20°
B.入射光線靠近法線時,反射光線也靠近法線
C.入射角增大5°時,反射光線與入射光線的夾角也增大5°
D.鏡面反射遵守光的反射定律,漫反射不遵守光的反射定律
解析:入射光線與反射面的夾角為20°時,則入射角為70°,反射角也為70°;當入射角增大5°時,反射角也增大5°,這樣反射光線與入射光線的夾角增大10°;無論是鏡面反射還是漫反射,都遵循光的反射定律。
答案:B
考點5:平面鏡成像
平面鏡成像是光的反射的應用,其特點簡記為:正立、等大、對稱、虛像。平面鏡的成像的特點可以通過實驗探究,或選擇題、填空題、作圖題等多種形式進行考查。這里有兩個常犯的錯誤:認為物體離平面鏡越遠其在平面鏡中成的像越小,還有作圖時像不畫成虛像,一定要注意克服。關于實像與虛像的區別:實像是實際光線會聚而成的,可以用屏接到,當然也能用眼看到。虛像不是由實際光線會聚成的,而是實際光線反向延長線相交而成的,只能用眼看到,不能用屏接收。
例5
解析:蠟燭B射向玻璃板的光被反射進入人眼,人眼誤認為光是從玻璃板后來的,這就是B的像;當蠟燭B的底部放在桌面上時,如果玻璃板與桌面不垂直,蠟燭的像的底部就不在桌面上了,所以無論怎樣沿水平桌面移動蠟燭C都不能使C與B的像完全重合;眼睛透過玻璃板看見了“蠟燭C”實際上是“蠟燭C”的光從空氣進入玻璃,又從玻璃進入空氣中的人眼,這要發生兩次折射。
答案:反射
考點6:光的折射現象和規律
光的折射現象和規律常出現在選擇題和作圖題中,許多同學常把入射角和折射角誰大誰小記混,這里教你一招,你就永遠不會混了:光從空氣斜射入水或玻璃時,折射角小于入射角;光從水或玻璃斜射入空氣時,折射角大于入射角。即不論入射角還是折射角,只要該角是在空氣中,這個角都是大的(垂直入射除外)。簡記為“空氣大角”。
例6
A.是激光束經水面反射后形成的;若向右移動,表明水面上升
B.是激光束經水面反射后形成的;若向左移動,表明水面上升
C.是激光束經水面折射后形成的;若向左移動,表明水面下降
D.是激光束經水面折射后形成的;若向右移動,表明水面下降
解析:容器底部中央產生的光班是光從空氣進入到水中形成的,屬于光的折射,而不是反射。因為反射現象是光不進入另一物質又返回原物質中去的現象。若水面上升,則光的入射點向右移動,這樣折射光線也要向右移動,反之,若光斑向右移動,表明水面上升。
答案:C
考點7:凸透鏡和凹透鏡
透鏡對光線的作用在作圖題中經常出現,特別是特殊光線經過透鏡的折射光路圖,是常考點。這里還有兩個常錯點:凸透鏡對光線有會聚作用,是指從凸透鏡出射的光線相對入射光線更偏向主光軸,使它的光束變窄、變收縮.不能將會聚作用理解為出射光線一定是會聚的、交于一點。凹透鏡對光線有發散作用,是指從凹透鏡射出的光線相對原來的入射光線更偏離主光軸,使光束變寬、變發散,經過凹透鏡的光線也可能交于一點。
例7
解析:凸透鏡對光有會聚作用,平行于主軸的光線通過凸透鏡后會會聚于主軸上一點,這點是凸透鏡的焦點。根據光路的可逆性,經過焦點射入凸透鏡的光將會平行于主軸射出。凹透鏡對光有發散作用,平行于主軸的光線通過凹透鏡后會發散,發散光線的反向延長線過凹透鏡的虛焦點。根據光路的可逆性,射向凹透鏡另一側虛焦點的光線,從凹透鏡射出時將會平行于主軸射出。
答案:如答圖5、答圖6。
考點8:凸透鏡成像規律及應用
凸透鏡成像規律的實驗題以及有關透鏡的應用的題目是中考命題的熱點。常見題型有填空題、選擇題、實驗探究題和作圖題等。解答本考點的題目關鍵是熟練掌握凸透鏡成像的規律,但凸透鏡成像的規律,由于成像復雜,許多同學感到難以掌握。可簡要歸納成下面六句話:
一焦分虛實(即物體在一倍焦距以內成虛像,一倍焦距以外為實像),
二焦分大小(即物距小于二倍焦距,成放大的像;大于二倍焦距成縮小的像);
實像異側倒(成實像時,物和像總在透鏡的兩側,且像是倒立的),
物遠像近小(物體離透鏡越遠,所成實像離透鏡越近,且像越小);
虛像同正大(成虛像時,物和像總在透鏡的同側,且像是正立、放大的),
物近像變小(物體離透鏡越近,所成虛像越小)。
其中一、二兩句是對成像情況的總體把握,三、五兩句是成像情況的靜態分析,四、六兩句是成像情況的動態描述。
例8
解析:眼睛中的晶狀體相當于凸透鏡,視網膜相當于膠片(光屏),不過這個像距是不能改變的,要使遠近不同的物體的像都清晰地成在視網膜上,眼睛是通過調節晶狀體的厚薄來改變焦距實現的。根據凸透鏡的成像規律,當物體由遠移近透鏡時,像將變遠。但若像距不能變大時,可以讓晶狀體的會聚本領變大,即焦距變短,此時晶狀體較厚。若長期觀察近處物體,會造成晶狀體一直處于較厚的狀態,當他看遠處物體時,晶狀體仍會偏厚,使像成在視網膜的前方,戴凹透鏡制成的眼鏡可以抵消偏厚的晶狀體,達到矯正的目的。
答案:凸透鏡
三、小試牛刀
1.如圖8所示,F為凸透鏡的兩個焦點,A'B'為物體AB的像,則物體AB在(
A.圖中Ⅰ區域,比A'B'大,箭頭方向向上
B.圖中Ⅱ區域,比A'B'大,箭頭方向向下
C.圖中Ⅲ區域,比A'B'大,箭頭方向向上
D.圖中Ⅳ區域,比A'B'小,箭頭方向向下
2.圖9所示的四幅圖,有的能夠說明近視眼或遠視眼的成像原理,有的給出了近視眼或遠視眼的矯正方法。下列判斷正確的是(
A.圖①能夠說明遠視眼的成像原理,圖③給出了遠視眼的矯正方法
B.圖②能夠說明遠視眼的成像原理,圖④給出了遠視眼的矯正方法
C.圖①能夠說明近視眼的成像原理,圖③給出了近視眼的矯正方法
D.圖②能夠說明近視眼的成像原理,圖③給出了近視眼的矯正方法
3.某同學站在豎直放置的平面鏡前2 m處,鏡中的像與他相距
4.如圖10所示,東東在探究光的色散現象時,看到白光經三棱鏡后,光屏上自上而下出現了紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的色帶。東東對產生的原因進行了思考。受此啟發,在測量凸透鏡的焦距時,東東想:如果分別用紅光和紫光平行與同一個凸透鏡的主光軸射入,紅光、紫光對凸透鏡的焦距是否相同呢?請寫出你的推斷:
5.如圖11所示水面上方有一發光點A1,水中另有一發光點A2。人在空氣中的B點看到A2在水中的位置就是A1在水中的像的位置。畫出:
(1)A1發出的光經水面反射進入人眼的光路圖。
(2)A2發出的光進入人眼的光路圖。
6.小明用蠟燭、凸透鏡和光屏做“探究凸透鏡成像的規律”的實驗。如圖12所示:
(1)要使像能夠成在光屏的中央,應將光屏向
(2)實驗過程中,當燭焰距凸透鏡15cm時,移動光屏至某一位置,在光屏上得到一等大清晰的像,則該凸透鏡的焦距是
(3)接著使燭焰向左移動5cm,此時應該將光屏向
(4)小明把自己的近視眼鏡放在凸透鏡與蠟燭之間,發現光屏上的像由清晰變得模糊不清.他應當向
7.小明做探究“平面鏡成像的特點”的實驗時,將玻璃板豎直放在桌面上(如圖13),取兩段同樣的蠟燭,把蠟燭A點燃放在玻璃板的前方,將蠟燭B放置在玻璃板的后方。
(1)調節蠟燭B的位置,直到
(2)取兩段同樣的蠟燭是為了比較像和物體
(3)移去蠟燭B,在其原來的位置放一塊光屏,光屏上不能承接到蠟燭A的像,這說明平面鏡所成的像是
參考答案:
1.C
2.A
3.4
4.紅
5.見下圖:
河南省濟源市梨林鎮一中 段利寧
“透鏡及其應用”是光學的重點考查內容,從近兩年中考試題可以看出,題目在考查學生創新能力、遷移能力、綜合運用知識解決實際問題等方面有所加強,而同學們解題的關鍵是具備科學的思維方法,下面舉例談談解答透鏡考題常用的思維方法,供同學們借鑒。