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1、第 页 共 20 页第 五 章 光 现 象一、 光现象：生活中有些现象像照明灯、探照灯和激光等都是光现象1. 电场：静止的电荷产生静电场，而运动的电荷产生的电场是变化的电场。2. 磁场：像磁铁产生的磁场是静磁场，而不规则变化的电流产生的磁场是变化的磁场。3. 电磁场：当电场不均匀变化时，就在空间产生了变化的磁场；而当磁场不均匀变化时，就在空间产生了变化的电场；变化的电场与变化的磁场总是相互联系，不可分割的。物理学上把其统称为电磁场。4. 电磁波：当空间某区域产生变化的电场或磁场时，这个变化的电场会在较远的空间引起新的变 化的磁场，新的变化的磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场。像这样，电磁场
2、在空间由近及远的传播叫做电磁波。比如：收音机接收到是载有电磁波信号，在加以放大，在还原成声音信号，这就是我们听见收音机的新闻、音乐等的过程。还有电视信号，就是在有音频和视频的电磁波信号，电视机接收到这种信号加以放大，再还原成我们需要的音频和视频。5. 像电灯照明、焰火等与光有关的现象叫光现象。6. 那到底什么叫光？光其实是一定频率范围内的电磁波。而人的眼睛能感知到的光叫可见光。7. 光子：当光在空间中传播时，光是不连续的，而是一个单位一个单位的（也称一份一份的） ，每一个单位就叫光子。光在空间中传播时大量的光子的集体运动。8. 光子的成因：电子在离原子核较远的轨道上高速旋转时，电子的能量较高，
3、当电子离核较远的轨道变到离核较近的轨道时，电子的总能量减少，减少的能量由原子以光子的形式向外辐射出去，即电磁波。所以光的本质是一种辐射能。刚高速物体的原子向外辐射光子时，我们则称该物体正在发光。二、 理解光现象： 三部分。条件：像电灯照明、焰火等与光有关的现象；连接词：叫；名称：光现象。 条件系统：像电灯照明、焰火等与光有关的现象。条件系统的结构特征和本质特征：像电灯照明、焰火等与光有关的现象。举例：电灯照明、焰火、电焊过程中产生的弧光等。三、 光现象产生的充分条件：光源.1.定义：正在发光的物体叫光源。2.理解：条件：正在发光的物体； 联结词：叫； 名称：光源。条件系统：正在发光的物体。条件
4、系统的结构特征和本质特征：正在发光。举例：自然光源：太阳、星星（恒星）等；人造光源：火把、蜡烛、电灯泡等。比如：月亮也“发光” ，但它不是光源，由于它不是自己发光，而是反射太阳光。3.充分条件：能发光。4.结果：发光5.用途：改变我们的生活，提供夜间的照明等。例 1：有人说月亮也是光源？请判断正误，并说明理由。解答：从光源的条件入手。月亮不是光源，因为它自己不能发光，它只能反射太阳光。四.结果思维.光的传播和光速1.概念：光在真空中或在某介质中的传播的现象叫做光的传播。2.理解光的传播：三部分：条件: 光在真空中或在某介质中的传播的现象；连接词：叫做； 名称：光的传播。条件系统-光在真空中或在
5、某介质中的传播的现象。条件系统的结构特征和本质特征：光在真空中或在某介质中的传播。介质就是光传播的媒介物。但光在真空中也能传播，因而光传播可以没有介质。举例：光在空气中传播以及光在水中传播等都是光的传播。3.光传播的条件：真空或介质。4.光传播的结果：1） 均匀介质(1） （结果特征）光速： （数量思维）光在真空中和在不同的介质中传播，传播速度一般是不一样的。20 世纪 20 年代，经过比较精确的测量，光在真空中的传播速度近似等于 3108m/s.而光在其它的介质中传播速度都比真空中要小，但在空气中光的传播速度近似等于光在真空中的速度，即可以认为是 3108m/s，第 页 共 20 页一般都用
6、 c 来表示光速。光速要比声音快得多。光在水中的速度为 c；光在玻璃中的速度为 c。4332比如：飞过自己头顶的飞机，我们是先看见飞机而后才听见飞机引擎的隆隆声，那是因为光的传播速度比声音要快。例 2：在雷电交加的天气，你是先看见闪电还是先听见雷声？并解释之。解释： 应该是先看见闪电，而后听见雷声。因为虽然闪电和声音都要经过相同的路程才能到达，但光的传播速度比声音要快得多。例 3：从地球向月球发射激光信号，经过 2.6 秒后收到从月球返回的信号，则地球和月球间的距离为多少千米？分析：这与回声相似。从地球向月球发射激光后，激光到达月球后会被反射回来共用 2.6 秒，光到达月球的时间 t= 秒=1
7、.3 秒；光在真空中的传播速度为 3108m/s，由 v= 可得 s=vt=3108m/s1.3 秒26. ts=3.9108米=3.910 5千米。(2）光的直线传播背景：生活中例子，小孔成像；夏天早晨和中午影子的产生；在有雾的天气里，可以看到从汽车头灯射出的光束是直的；透过树丛的光束是直的；在电影院中可以看到放映机射向银幕的光束是直的等；光不仅在空气中沿直线传播，在水、玻璃等物质中的传播路线是直的。说明光在同种均匀介质中是直线传播的。概念：光在同种均匀介质中是直线传播的。理解：a.三部分。条件：光在同种均匀介质中传播；连接词：是；名称：直线传播。b.将条件-光在同种均匀介质中传播看成一个系
8、统。c.系统的本质特征：同种均匀介质中传播。d.举例：光在均匀的空气中是直线传播的光在水中也是直线传播的。充分条件：同种均匀介质。 结果： 影子.比如：早上的影子或者下午的影子要比中午的影子长。对于点光源来说，影子部分 就是光照不到的区域。如图 7-4 所示。但是对于面光源来说，有一部分区域完全照不到光，而有一部分区域只有部分光能够到达，因此出现了本影和半影。I.本影i.概念： 完全不会受到光的照射的区域叫做本影。ii.理解本影a) 三部分。条件：完全不会受到光的照射的区域；连接词：叫做；名称：本影。b) 条件系统：完全不会受到光的照射的区域。c) 条件系统的结构特征和本质特征：完全不会受到光
9、的照射。d) 举例：太阳光在人体后边形成的漆黑一点光都照不到的区域就是本影；如图 7-5 所示，中间部分一点光都照不到的区域就是本影。iii.充分条件：光源和障碍物，并且在光源照射障碍物在障碍物的后方完全没有光的区域。iv.结果：在本影区域没有光。v.应用：人和动物夏天在树荫下纳凉。II.半影i.概念： 本影的周围还有一个能受到光源发出的一部分光照射的区域叫做半影。ii.理解本影a) 三部分。条件：本影的周围还有一个能受到光源发出的一部分光照射的区域；连接词：叫做；名称：半影。b) 条件系统：本影的周围还有一个能受到光源发出的一部分光照射的区域。c) 条件系统的结构特征和本质特征：本影的周围还
10、有一个能受到光源发出的一部分 光照射。d) 举例：如下右图所示，两边有一点亮的区域就是半影。第 页 共 20 页iii.充分条件：光源和障碍物，并且在光源照射障碍物在障碍物的后方完全没有光的区域。iv.结果：在本影区域没有光。v.应用：人和动物夏天在树荫下纳凉;0日食和月食.）日食（图 1）太 阳 月 亮 123地 球当月亮处在太阳和地球之间，而地球上的人刚好在 1 区域时，会看到日全食，当人处在 2 区域时，会看到日偏食。日食根据地球上的人的位置有三种：日全食、日偏食和日环食。）月食(图 2)太 阳 月 亮地 球当地球处在太阳和月亮中间，而地球上刚好处在夜晚的人将会看到月食，月食有两种：月全
11、食和月偏食。用途：可以利用影子。像夏天用雨伞遮住阳光即遮阳伞。夏天也可以利用影子来判断一天中大概的时间。(正反思维)事物都有正反两面，而有时又要消除影子。像医院手术室里利用无影灯来尽量消除影子，以免人或器材的影子影响手术的进行。光的反射定义：光从一种物质射到另一种物质表面时，有一部分光返回原来物质中传播的现象。理解：a.三部分。条件：光从一种物质射到另一种物质表面有一部分光返回原来物质中传播的现象。连接词：是； 名称：光的反射。b.条件系统：光从一种物质射到另一种物质表面有一部分光返回原来物质中传播的现象。c.条件系统的结构特征和本质特征：光在两种介质的界面有一部分光返回。d.举例：经常在水边
12、看到水面金光闪闪，那就是光照到水面，经过水面的反射到达人的眼睛。我们能够确定物体的位置都是利用光的反射。我们看到物体五颜六色主要是眼睛接收到从物体反射回来的不同颜色的光所致。反射条件：光在两种介质的界面发生的方向改变。结果：反射定律内容：如图 4第 页 共 20 页入 射 光 线 反 射 光 线法 线 界 面ONAi说明： 从光的入射点 O 点所做的垂直于反射面的直线 ON 叫做法线；由于他不是实际的光线，因而用虚线。i入射光线 AO 与法线 ON 的夹角叫入射角，同理，反射光线 OB 与法线 ON 的夹角角反射角。定律内容是：a) 反射光线 OB 与入射光线 AO、法线 ON 在同一个平面内
13、；b) 反射光线 OB 与入射光线 AO 分居法线 ON 两侧；c) 反射角 等于入射角 i （i= ） 。 理解光的反射定律：两部分。条件：光在两种介质的界面上发生反射；结论：反射光线与入射光线、法线在同一个平面内；反射光线与入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。将条件和结论分别看成两个系统。条件系统的结构特征和本质特征：光的反射；结论系统的结构特征和本质特征：反射光线与入射光线、法线在同一个平面内；反射光线与入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。举例：光在镜子表面发生反射。光路图：用来表示光的前进路径的。例 4： 如图 5：光线 AO 与镜面成 300角入射时，反射角 度，反射光线与入
14、射光线的夹角为 度。在图中画出反射光线。30图AO306图AOB解答：过点作出法线，确定入射角为 900-300=600；根据反射定律，确定反射角与入射角等于 600，根据反射角便可画出反射光线（如图 6 所示） ，由图 6 得反射光线与入射光线夹角为 1200。答案：60 0、120 0，反射光线如图 6 的 OB.例 5：已知入射光线和反射光线垂直，那入射角是 度。分析：抓住反射定律中入射角等于反射角规律，既可得出入射角和反射角都是 450.思考：在图 6 中，如果光线从 BO 射入，反射光线如何？你得出的结论是什么？答案：光路可逆原理。光杠杆原理一反光镜顺时针和逆时针旋转某一角度 是，其
15、反射光线旋转 2. 12IR1N图 7证明：如图 7 所示， N1： 1=+2 N 2: 2+=+1 得出：=2第 页 共 20 页入射光与反射光的夹角：设最初入射角为 i，镜面旋转 角，则 镜面向入射光方向旋转：2（i +）镜面远离入射光方向旋转：2（i-）例 6：一条光线沿垂直于镜面的方向入射到镜面上，入射角为 度，反射角为度，若入射光位置不变，使镜面绕过入射点并垂直于入射光线和法线的轴转过 200角，则反射光线与入射光线的夹角为 度，反射光线转过 度。分析：当光线垂直于镜面入射时，入射光线与法线重合，所以反射角等与入射角均为零度。如果镜面按题中所述转过 200角，则法线也将转过 200，
16、而入射光线位置不变，则入射角为 200，根据光的反射定律可知，反射角等与入射角等于 200， 反射光线与入射光线的夹角文 400，反射光线由原来位置转过 400。以上是按照正常的思考方法得出的结果，如果根据光杠杆原理，既可得出结果。例 7： 太阳光与水平面成 300角射来，要想使光线沿竖直方向摄入井底，镜面与地面间的夹角应多大？作图说明。3OABNMP图 8解答：如图 8 所示，OP 为水平地面，AO 为入射光线，OB 为竖直射向井底的反射光线，ON 为法线，也是AOB 的平分线，镜面 OMON，镜面 OM 与地面间的夹角MOP=MON - PON=90 0 (AON - AOP).解：如图 8， AOB=30 0+900=1200
