第1课时光的直线传播光的反射（整理）

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1、学 海 无 涯 第十四章光学第十四章光学 高考调研 考 纲 导 航 光的反射和折射 光的本性 内容 要求 说明 89 光的直线传播 本影和半影 90 光的反射 反射定 律 平面镜成像作图法平面镜成像 91 光的折射 折射定律 折射率 全反射和临界角 92 光导纤维 93 棱镜 光的色散 94 光本性学说的发展简史 95 光的干涉现象 双缝干涉 薄膜干涉 双缝干涉 的条纹间距与波长的关系 96 光的衍射 97 光的偏振现象 98 红外线 紫外线 X 射线 射线以及综合应用 光的电磁本性 电磁波谱 99 激光的特性及应用 日食 月食 折射定律 全反射 光导纤维 色散 微粒说 波动说 双缝干涉 薄膜

2、干涉 衍射现象 双缝干涉 薄膜干涉 偏振现象 红外线的热效应 紫外线的荧光 效应 激光及其应用 来源 学 科 网 命 题 取 向 几何光学研究光的传播规律 近几年高考考查的重点是 折射角的计算和光路及全反射 问题 在上海考题中 光在棱镜中的光路和折射角的计算考查的较多 题型是选择题 作图 题居多 近 5 年的高考题 对全反射临界角的计算占有较大的比例 光的直线传播 光的反射定律 光的折射定律是光传播的基本规律 平面镜成像 棱镜 色散偏移等光现象是这些基本规律的应用 高考试题多是从分析 确定像的位置 性质 光 线的传播方向 观察像或物的范围等方面 通过画光路图 计算等方式来考查学生对基本规 律的

3、理解和掌握 光的波动性主要讲述的是人类对光的波动性的认识过程 光的干涉和衍射实验成功证明 学 海 无 涯 了光具有波动性 光的电磁说揭示了光现象的电本质 光的偏振又进一步说明了光是一种横 波 因此 本章考查的热点内容是 1 双缝干涉和衍射 2 电磁波谱及其性质 来 源 Zxxk Com 备 考 方 略 1 要加强平面镜成像作图的训练 作成像光路图 既能体现光的传播的基本规律的应用 又是研究平面镜成像规律的重要方法 也是历年来高考考查的主要内容 要密切注意联系 实际生活 生产中能用光的传播规律解释常见的一些光现象 如对海市蜃楼 彩虹 日食 小孔成像等常见的光现象的解释 应引起足够的重视 光学与人

4、类生活很密切 如望远镜 光导纤维等实际的应用 2 对于光的本性的复习 应按照人们对光的本性认识过程来进行 通过光的干涉和衍射 了解光具有波动性 了解光的波动性在科学技术中的应用 了解光的电磁说及光谱的初步知 识 了解红外线 可见光 紫外线 X 射线的产生机理及应用 同时通过对光的本性认识发 展史的学习 也体会学习物理学科的科学研究方法 认识物理学 在实验基础上提出假说 再用实验验证 并对假说修正 最后形成理论 的研究途径 3 注意运用类比的方法进行干涉和衍射的复习 同时还要认清机械波和电磁波的区别 4 复习本章内容时 应把重点放在 双缝干涉 电磁波谱 在复习双缝干涉时 一 定要讲清 单缝 双缝

5、的作用 相干光源是怎样获得的 这是复习中的一个难点 希望 复习中引起足够重视 第一课时光的直线传播光的反射第一课时光的直线传播光的反射 第一关 基础关展望高考 基 础 知 识 一 光的直线传播 知识讲解 1 光源 自行发光的物体 特点 光源具有能量且能将其它形式的能转化为光能 光在介质中的传播就是能量的传 播 2 介质 光能在其中传播的物质 3 光的直线传播 光在同种均匀介质中总是沿着直线传播的 光在真空中的传播速度 c 3 0 10 8m s 在任何介质中的传播速度都小于 c v c n n 为该介质的折射率 4 本影和半影 1 影 影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成

6、的区域 2 本影 发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域 3 半影 发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光线照射的区域 学 海 无 涯 活学活用 1 如图所示 A 是直径为 10cm 的发光圆 B 是直径为 5cm 的遮 光板 C 为光屏 三者中心共轴 A B 之间相隔 200cm 当 C 离 B 为 多远时正好屏上的本影消失 只有半影 这时半影环的半径是多 少 本影可取的最大直径是多少 解析 示意图如图所示 由相似三角形知 x200 x D d 解得 x 200cm 即 C 离 B 为 200cm 时屏上的本影正好消失 同理可得 D200 x dx cm 解得 x 2

7、00 3 cm 再由相似三角形知 2R200 x dx 解得 R 10cm 即半影环的半径为 10cm 本影可取的最大直径就是遮光板 B 的直径 5cm 答案 当 C 离 B200cm 时屏上的本影正好消失 这时半影环的半径为 10cm 本影可取的最 大直径是 5cm 点评 影的形成是光的直线传播规律的实际应用 用光的直线传播规律来解决影的形成 问题 二 光的反射 知识讲解 1 反射现象 光从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象 2 反射定律 反射光线跟入射光线还有法线在同一平面内 且反射光线和入射光线分居 法线两侧 反射角等于入射角 3 分类 镜面反射和漫反射 注意镜面反射和漫反

8、射都遵循反射定律 4 光路可逆原理 所有几何光学中的光现象 光路都是可逆的 5 平面镜的作用和成像特点 1 作用 只改变光束的传播方向 不改变光束的聚散性质 2 成像特点 等大 正立的虚像 物和像关于镜面对称 活学活用 2 一个半径为 5m 的圆形蓄水池装满水 水面与地面相平 在池的 中心上空离水面 3m 处吊着一盏灯 求一个身高 1 8m 的人可以离开水池 边缘多远的距离还能看到灯在水中的像 学 海 无 涯 解析 水面相当于平面镜 作反射光光路图如图所示 若人在某位置时恰能通过水池的 边缘看到灯在水中的像 这时光源发出的光恰好通过水池边缘反射入人的眼睛 来源 学科 网 ZXXK 由反射定律可

9、知 由几何分析得 SBO DCO 故有 hx Hr 即 x hr H 3m 答案 3m 点评 正确作出反射光路图 结合反射定律进行分析 是解决这类问题的关键 第二关 技法关解读高考 解 题 技 法 一 平面镜成像的作图方法 技法讲解 方法一 根据光的反射定律作成像光路图 先作出物点射到平面镜上的任意两条光线 然后根据反射定律作出其反射光线 最后将反射光线反向延长交于平面镜后的一点 该点即 为像点 方法二 根据平面镜成像的特点作图 先根据物像的对称性作出像点 然后作出物点射 到平面镜上的任意两条光线 最后将像点与两入射光线在平面镜上的入射点分别用直线连 接 并在镜前延长这两条直线 即为两条反射光

10、线 如图所示 利用方法二比方法一有明显的优点 作图准确 迅速方便 不管利用哪种方法作图都应 注意 1 实际光线用实线画出并带箭头 实际光线的反向延长线用虚线表示 2 至少要画两条光线 因为至少要有两条光线 才能找出像的位置 3 对称法只能用来确定像的位置 作光路时必须补画上光线 典例剖析 例 1 为了在竖直悬挂的穿衣镜前看到自己的全身 试分析 平面镜至少得多高 这时镜 的最高点或者最低点应在什么位置 学 海 无 涯 解析 根据人与像对称于镜面 其光路如图所示 设身高 AB H 眼睛 E 到头顶的竖 直距离 EA h 根据三角形的两边中线的长度等于底边长度的一半 所以镜的最小高度为 Hmin 1

11、 2 H 镜的下边 D 距地面的最大允许高度为 hmax 1 2 EB 1 2 H h 镜的上边 C 位于 AE 的 中垂线上 即镜的悬挂点距地面高度为 H H 1 2 h 二 平面镜的视场问题 技法讲解 1 人眼看到物体的条件 从物体发射出来的光线直接射入或经反射 折射后进入人的眼睛 在下图中 带箭头的 水平线表示一条光线 只有眼睛位于 a 处才能看到这条光线 在 b c d 处均不能看到这条光 线 2 确定平面镜成像的观察范围的方法 在用遮光板将由物点射向平面镜的光线不全部挡住的情况下 平面镜前的物体总能在镜 中成像 但只有在一定范围内才能看到 若要看到平面镜中完整的像 则需借助边界光线

12、边界光线的公共部分 即为完整像的观察范围 通过平面镜看虚像的情况就像通过与平面镜等大的 窗口 看窗外物体一样 具体观察 范围为像点和平面镜的边缘连线所限定 典例剖析 来源 学 科 网 例 2 如图所示 在竖直平面 xOy 上 人眼位于 x 轴上 3 坐标点 H 一平面镜位于图示位 置 平面镜两端坐标为 N 1 3 与 M 0 3 那么当一发光点 P 从坐标原点沿 x 轴负方 向运动过程中 当 P 点在以下哪个区域中运动时 人眼可以从平面镜上观察到 P 的像 学 海 无 涯 A 0 至 1 区间 B 1 至 3 区间 C 0 至 区间 D 3 至 5 区间 解析 设想 H 处有一点光源 它发出的

13、光被平面镜反射后照到 x 轴上的 A B 区间 具 体光路如图所示 那么根据光路可逆知识 当发光点 P 在 A B 之间运动时 能被处于 H 的 人眼通过平面镜看到 具体范围为发光点 P 在 3 至 5 区间内 来源 Zxxk Com 答案 D 三 物或平面镜移动问题的分析方法 技法讲解 1 当物或平面镜平动时 如图若镜不动 物速为 v 且垂直镜面移动 则像速为 v 且垂直 镜面与物运动方向相反 来源 学科网 学 海 无 涯 若镜动而物不动 当镜速为 v 时 像对物速度为 2v 且方向与镜移动方向相同 2 当平面镜绕镜上某点转过一微小角度 角时 据反射定律 法线也随之转过 角 反 射光线则偏转

14、 2 角 典例剖析 例 3 一个点光源 S 对平面镜成像 设光源不动 平面镜以速率 v 沿 OS 方向向光源平移 镜面与 OS 方向之间的夹角为 30 如图所示 则光源的像 S 将 A 以速率 0 5v 沿 S S 连线向 S 运动 B 以速率 v 沿 S S 连线向 S 运动 C 以速率 3v 沿 S S 连线向 S 运动 D 以速率 2v 沿 S S 连线向 S 运动 解析 利用平面镜成像规律作出像点 S 如图所示 连接 SS AS 利用对称关系 可知 ASS 为等边三角形 当平面镜从 A 向右移到 S 点 像点也从 S 移至 S 点 显然像点 沿 S S 连线向 S 运动 速率 v 等于

15、 v 故选 B 答案 B 第三关 训练关笑对高考 随 堂 训 练 1 如图所示 为发生日食时影区的分布情况 则下列叙述中正确的是 学 海 无 涯 A 在 D 区的观察者可观察到日环食 B 在 B 区的观察者可观察到日全食 C 在 A 区的观察者可观察到日全食 D 在 A 区的观察者可观察到日偏食 解析 由题图所示的光路及本影 半影的定义可知 D 是本影区 A C 为半影区 B 是本影 D 的倒圆锥体 进入 B 区的光线均为太阳周围的光线 故有 A C 区观察均为日偏食 在 B 区观察 为日环食 所以 D 选项正确 答案 D 2 一个点光源 S 放在平面镜 MN 前 若 MN 不动 光源 S 以

16、速率 2m s 沿 与镜面成 60 角的方向向右做匀速直线运动 如图所示 则光源在镜中的像 将 A 以 2m s 的速率做直线运动 且运动方向与 S 的运动方向夹角为 120 B 以 2m s 的速率垂直于 MN 做直线运动 C 以 槡 23m s 的速率相对于 S 做直线运动 D 以 槡 23m s 的垂直于 MN 的速率向 MN 做直线运动 解析 根据平面镜成像规律 作 S 的像 S 如右图所示 经过 t 时间 光源 S 的位置 为 S1 其像就为 S 1 由物像对称性可知 SS1 S S 1 所以 S 相对平面镜是以 2m s 的速率 沿与镜成 60 角的 S O 方向做匀速直线运动 并且与 S 的运动方向 SO 的夹角为 120 所 以选项 A 是正确的 B 是错误的 S 的速度为 v 垂直于平面镜的分速度v1 v 5cos30 2 3 3 2 m s 由物像对称 性知 S 相对于镜的垂直分速度也为3m s 所以选项 D 是错误的 若以 S 为参照物 则 S 相对于 S 是以 23m s 的速率向 S 做匀速直线运动 所以选项 C 是正确的 答案 AC 3 凌日是内行星经过日面