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第三章 光和眼睛
一、知识结构
知识点1 光的直线传播
二、知识梳理
(1)能够 发光的物体都叫作光源.
(2)条件:光在 介质中沿直线传播
自行
同种均匀的
3.0×108
(3)现象:小孔成像、影子、日食、月食等.
(4)应用:激光准直、站队看齐、射击瞄准等.
(5)光速:光在真空中的传播速度c=________ m/s.光在不同的介质中的传播速度不同
例1 在一张不透光的纸上打一个极小的“△”形孔,让太阳光非直射到这张纸上经过这个小孔,这时在地面可以看到 (选填“圆形”、“三角形”或“方形”)小亮斑,它是太阳光在空气中沿 直线传播而形成的 (选填“正立”或“倒立”)的像。
解析:在地上形成光斑,这是小孔成像,小孔成像中,像的形状与小孔的形状无关,像的形状取决于物体(太阳)的形状,因此“△”形的小孔仍然成圆形的像;小孔成像是光在同种均匀介质中沿直线传播的形成的;地面上的光斑实际上是太阳的倒立缩小的实像。。
圆形
倒立
知识点2 光的反射
(1)定义:光射到物体表面被_____ 回原介质中的现象。
(2)规律:①反射光线、入射光线和法线都在_________ 内;②反射光线、入射光线分别位于_____两侧;③反射角_____入射角
反射
同一平面
(3)两种反射
镜面反射:反射面_________,入射光线平行,反射光线_________
漫反射:反射面_________,入射光线平行,反射光线射向_________
注意:两种反射都遵循光的反射定律
平整光滑
法线
等于
仍然平行
凹凸不平
各个方向
例2 光线沿与镜面成60°角的方向射到镜面上,当入射角增大5°时,反射光线与入射光线的夹角改变的角度为( )
A.65° B.50° C.5° D.10°
解析:入射光线与镜面的夹角是60°,则入射角为90°-60°=30°,反射角等于入射角,也等于30°,那么入射光线与反射光线的夹角为30°+30°=60°;若入射角增大5°,则反射角也增大5°,那么入射光线与反射光线的夹角改变了10°。
D
例3 夜间开车时汽车灯光能照亮前方的柏油马路,使司机能看清路面。但刚下过雨的路面十分潮湿,司机几乎看不到路面被照亮,甚至感觉自己车灯未开。造成该现象的主要原因是( )
A.由于下雨,路面很黑,不反射光
B.由于路面潮湿,光发生了折射
C.由于灯光在潮湿的路面上主要发生了漫反射
D.由于灯光在潮湿的路面上主要发生了镜面反射
D
解析:由于下雨后路面十分潮湿,光在有水的路面上照射时,会发生镜面反射,反射光线的大部分光线平行射向远方,反射回司机的光线较少,所以几乎看不到路面被照亮。
1.成像原理:_________.
2.成像特点:“等大、等距、垂直、正立、虚像”(如图所示).即:
①像的大小与物体的大小_____;
②像和物体到平面镜的距离_____;
③像和物体的连线与镜面_____;
④物体在平面镜里所成的像是正立的___像.
光的反射
知识点3 平面镜成像
相等
相等
垂直
虚
例4 关于平面镜成像,下列说法正确的是( )
A.物体远离平面镜,像也远离平面镜,像变小
B.物体远离平面镜,像也远离平面镜,像的大小不变
C.物体面镜,像的位置不变,像的大小不变
D.物体面镜,像面镜,像变大
解析:平面镜成的像始终与物体的大小相等;平面镜成像的大小始终与物体自身的大小相同,与距镜面的远近无关;物体面镜,像也面镜,像的大小不变;物体面镜,像面镜,像大小不变。
B
例5 小明早晨搭乘爸爸的汽车上学,在汽车后视镜里看到后面公交车车头显示屏上的信息,如图所示,则该公交车为( )
A.32路 B.23路 C.35路 D.53路
解析:由图分析可得题中所给的图片上的数字与“23”成轴对称,可知该公交车为23路车。
B
知识点4 光的折射
(1)定义:光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生_____的现象叫光的折射.
(2)规律
①折射光线与入射光线、法线在_________内——三线共面;
②折射光线和入射光线分居_____两侧——两线分居;
③当光线由空气斜射入水中时,折射角_____入射角,入射角增大,折射角也_____;
④当光线垂直入射时,传播方向_____;
⑤在光的折射现象中,光路是_____的
偏折
法线
小于
增大
同一平面
不变
可逆
(3) 池底变浅、海市蜃楼等.
从池底A点射来的光线在水面处发生折射,折射角______入射角,眼睛逆着折射光线看去,感觉光是从A′点射来的,A′点就是A点变___(选填“高”或“低”)的虚像
(4)色散现象:太阳光是白光,它通过三棱镜后被分解成各种颜色的光。彩虹、日晕等都是光的色散现象。
大于
高
例6 如图所示,小明站在池塘边看见水中有一条鱼,A、B两点为像点或物点,下列相关叙述中不正确的是( )
A.小明看到的是鱼的虚像
B.鱼的真实位置在B点
C.在人眼处用激光笔照A点能照到鱼
D.在人眼处用激光笔照B点能照到鱼
解析:光由B点发出,经水面斜射入入空气中时发生折射,折射角大于入射角而射入人眼。鱼的实际位置在B点,鱼的虚像的位置A就在折射光线的反向延长线上,根据光路时可逆的,小明用激光笔瞄准A点能照射到。
D
例7 下列描述的物理现象,不能用光的折射解释的是( )
A.筷子在水中变弯折
B.水中的鱼看起来比实际的位置浅
C.平静的湖水中人的倒影
D.早晨的太阳在地平线以下能被看到
解析:光线在同种不均匀介质中传播或者从一种介质斜射入另一种介质时,就会出现光的折射现象,例如水池底变浅、水中筷子变弯、海市蜃楼等都是光的折射形成的。。
C
知识点5 透镜
(1)凸透镜:外形特征 ;对光线有 作用;
(2)凹透镜:外形特征 ;对光线有 作用;
(3)三条特殊光线
中间厚、边缘薄
会聚
中间薄、边缘厚
发散
例8 游客随手丢弃的矿泉水瓶是森林火灾频发的“罪魁祸首”之一。这些装有水的瓶子在阳光照射下能引燃茅草等物体,此时,装有水的瓶子相当于( )
A.凸透镜 B.凹透镜 C.三棱镜 D.平面镜
解析:根据盛水透明塑料瓶的形状可知,它相当于一个凸透镜,可以将射来的太阳光会聚于一点,会聚点的温度比较高,可能会引起火灾。
A
知识点6 凸透镜成像规律及应用
(1)照相机和投影仪的调节
增大像——物近(物距小)像远(像距大)像变大
照相机:相机 实物,同时把镜头(凸透镜)前伸,增大暗箱的长度;
投影仪:投影片 镜头,屏幕 镜头.
减小像——物远(物距大)像近(像距小)像变小
照相机:相机 实物,同时把镜头(凸透镜)后缩,减小暗箱的长度;
投影仪:投影片 镜头,屏幕 镜头.
(2)放大镜的调节:放大像,放大镜 物体;减小像,放大镜 物体.
靠近
远离
靠近
靠近
远离
远离
远离
靠近
例9 在“探究凸透镜成像规律”的实验中,蜡烛,凸透镜和光屏的位置如图所示,烛焰在光屏上恰好成一清晰的像。下列说法正确的是( )
A.凸透镜对光有发散作用
B.光屏上成倒立、缩小的实像
C.利用此时的成像规律可以制成投影仪
D.蜡烛燃烧一段时间后,光屏上的像会向下移
B
例10 如图,是一张在湖边拍摄的照片。因为湖水平静,岸上景物与湖中倒影在照片上十分相似。下列关于照相机使用及真实景物与它在湖中的倒影区别不正确的( )
A.照相时景物与相机距离应大于2倍焦距
B.在底片上所成像是倒立、缩小的实像
C.倒影中物体的高度比真实物体略大一些
D.倒影比真实景物略暗一些
C
知识点7 眼睛和眼镜
(1)近视眼:近处清晰,远处模糊;原因是晶状体太___,折光能力太___ ;成像在视网膜___方;用 镜矫正。
(2)远视眼:远处清晰,近处模糊;原因是晶状体太___,折光能力太___;成像在视网膜___方;用 镜矫正。
(3)成像光路图
厚
强
前
凹透
薄
弱
后
凸透
例11 现代生活中智能手机给人们带来了许多便利,但长时间盯着手机屏幕,容易导致视力下降。如图所示,关于近视眼及其矫正的原理图正确的是( )
A.③① B.②① C.②④ D.③④
A
知识点8 显微镜和望远镜
(1)显微镜
物镜:成 、 的实像,相当于投影仪。
目镜:成 、 的虚像,相当于放大镜。
(2)望远镜
物镜:成 、 的实像,相当于照相机;
目镜:成 、 的虚像,相当于放大镜。
倒立
放大
正立
放大
倒立
放大
正立
缩小
(3)视角
定义:由物体两端射出的两条光线在眼球内交叉而成的角叫视角.
影响因素:视角与物体本身的大小及物体到人眼之间的距离有关.
例12 通过显微镜和天文望远镜(开普勒望远镜)观察物体时,得到的判断正确的是( )
A.用显微镜观察时像是正立的,用天文望远镜观察时像是倒立的
B.用显微镜观察时像是正立的,用天文望远镜观察时像是正立的
C.用显微镜观察时像是倒立的,用天文望远镜观察时像是正立的
D.用显微镜观察时像是倒立的,用天文望远镜观察时像是倒立的
D
解析:显微镜的物镜相当于投影仪成倒立的放大的实像;目镜相当于放大镜成正立的放大的虚像;望远镜的物镜相当于照相机成倒立缩小的实像,目镜相当于放大镜成正立的放大的虚像。
三、实验探究
实验1 探究光的反射规律
(1)实验器材:激光笔、可转折光屏、平面镜、 .
(2)实验装置如图所示.
量角器
(7)当光线逆着原来的反射光线射到反射面时,必会逆着原来的入射方向反射出去,说明反射时光路是_____的
(3将光屏 放在水平镜面上;
(4)让激光射出的光线笔沿着光屏入射 ;
(5)光屏的作用:显示光的__________;
(6)如何验证三线是否共面:将反射光线所在的一半光屏向后折,观察能否看到反射光线;
可逆
传播路径
竖直
例13 在探究“光的反射规律”实验时,小明把一块平面镜放在水平桌面上,再把硬纸板a、b竖直立在平面镜上,具体操作如下:
(1)如图甲所示,纸板上的虚线ON垂直于平面镜,让一束光贴着纸板沿AO入射到O点,使∠AON=30°,经平面镜反射沿OB射出,∠BON= 。改变光束AO入射的角度,使AO远离ON,则∠BON将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
变大
30°
(2)如图乙所示,将图甲中右侧的纸板b沿着ON逆时针转动一定角度,在纸板b上 (选填“能”或“不能”)观察到反射光线。
(3)如图丙所示,将纸板ab向后倾斜一定角度,让光束贴着纸板沿AO入射到O点,在纸板b上 (选填“能”或“不能”)看到反射光线,反射光线与入射光线 (选填“在”或“不在”)同一平面内。
(4)在甲图中,入射光线沿BO射到平面镜,发现反射光线沿OA射出,这说明反射时 。
不能
不能
在
光路是可逆的
实验 2 探究平面镜成像特点
(1)实验器材:玻璃板、蜡烛、光屏、刻度尺、白纸等.
(2)实验装置如图所示.
(3)平面镜成像的原理: .
(4)用玻璃板代替平面镜的目的是便于观察和确定 .
(5)实验中应选择较 的玻璃板.因为玻璃板越 ,通过玻璃板看到的蜡烛A的像A′与B错位越小,测得的像距越接近真实的像距.
(6)实验中应选择茶色玻璃板.因为透明玻璃板透光性较强,反光性较弱;所以选用透光性不如透明玻璃板而反光性强于透明玻璃板的茶色玻璃板.
(7)实验时,玻璃板应与桌面 放置.因为在平面镜成像中,物与像关于平面镜 ,如果玻璃板放置时不与桌面 ,所成的像会在桌面的上方或下方,这样我们做实验时就无法在桌面上找到与B重合的像.
光的反射
像的位置
薄
薄
对称
垂直
垂直
(10)本实验中 的作用是测量像与物到平面镜的距离.
(11)实验中,应只点燃其中一支蜡烛.设点燃的蜡烛为A, 的蜡烛为B;本实验的目的在于研究蜡烛A的像是否与蜡烛A的大小相同,如果将蜡烛B点燃,则蜡烛B也会产生一个像对实验进行干扰;并且如果玻璃板两侧蜡烛都点燃的话,就没有黑暗和明亮的对比,不利于观察到蜡烛A的像的准确位置.
(12)实验中移去后面的蜡烛,并在蜡烛所在的位置上放一个光屏,则光屏上不能承接到前面的蜡烛烛焰的像,所以平面镜所成的像是 像.
刻度尺
未点燃
虚
(13)将蜡烛远离玻璃板时,像也 玻璃板,但所成的像的大小 .
(14)本实验应多次移动点燃蜡烛的位置,并进行实验,目的是寻找实验的普遍规律.
(15)将桌面上的白纸换成方格纸的好处是方便比较蜡烛和像到平面镜的距离关系.
(16)观察像的时候,眼睛的位置应与物体同侧.因为平面镜成像的原理是光的反射,且只有当光进入人眼时,人眼才能看到像.
远离
不变
例14 如图是探究平面镜成像特点的实验装置。
(1)用玻璃板代替平面镜,主要是利用玻璃板透明的特点,便于
。
(2)若有3mm厚和1mm厚的两块玻璃板,应选择 厚的璃板做实验。
确定像的位置
1mm
(3)实验应选取两支外形完全相同的蜡烛进行,这是为了比较像与物的
关系。
(4)实验中用刻度尺或方格纸的作用是便于比较像与物 关系。
(5)移去蜡烛B,并在其所在的位置放一个光屏,光屏上 承接到烛焰的像(选填“能”或“不能”),所以平面镜成的是 像(选填“实”或“虚”)。
(6)将蜡烛A逐渐靠近玻璃板时,它的像大小 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
大小
到平面镜距离
不能
虚
不变
实验 3 探究光的折射特点
1.主要器材及其作用:
(1)量角器(测量折射角和入射角的大小);
(2)可转折光屏(为探究折射光线、入射光线和法线是否在同一平面内).
2.实验应在较暗的环境下进行:使实验现象更明显.
3.光路显示更明显的方法:在水中加牛奶或用茶水等方法进行实验.
4.入射角、折射角的确定.
5.实验步骤补充:
(1)探究折射光线和入射光线、法线是否在同一平面内(将光屏向后转折,观察光屏上是否有折射光线);
(2)探究折射角和入射角的大小关系(增大入射角多次测量折射角,观察折射角的大小变化);
(3)验证光路是否可逆(将光沿着某条折射光线射入,观察光线是否沿其对应的入射光线射出).
6.结论:光从空气斜射入水中或其他介质中时,折射光线向 方向偏折,折射角 入射角;当入射角增大时,折射角 ;当光从空气垂直射入水中或其他介质中时,传播方向 。
7.光从水(玻璃)中斜射入空气中时,当入射角逐渐增大到某一值时,折射角达到最大值90°,继续增大入射角,折射光线消失,只有反射光线(全反射).
8.实验评估(一次测量实验具有偶然性,应改变入射角大小,多次测量,保证实验具有普遍性).
9.使实验结论具有普遍性的操作:
(1)改变入射角,进行多次实验;(2)将水换成其他介质(玻璃砖)进行实验.
法线
小于
增大
不变
例15 探究光的折射规律实验如图,竖直放置的光屏EF可绕MN轴线前后折转。小明让光束治AO射入水中,发现折射光线向靠近法线方向偏折,说明光从空气斜射入水中时折射角 入射角。小兰将F板向后折转一定角度时,在F板上 (选填“能”或“不能”)看到折射光线。保持入射光线方向不变,向水槽内加水使水面升高,激光笔在水槽底部的光斑会向 (选填“左”或“右”)移动。
小于
不能
左
实验 4 探究凸透镜成像规律
(1)实验器材:带刻度的光具座、蜡烛、凸透镜、光屏等.
(2)实验装置如图所示.
(3)实验时,先调节烛焰的中心、透镜的中心和光屏的中心,使三者大致在同一 ,目的是使像成在光屏中央.
(4)若蜡烛逐渐靠近凸透镜,则光屏必须向 凸透镜的方向移动,才能在光屏上重新得到清晰的像.
(5)实验过程中,蜡烛燃烧变短,为了使像仍成在光屏的中央,如果只调节蜡烛,应把蜡烛往 调;如果只调节光屏,应把光屏往 调.
(6)实验过程中,如果有一只小虫子落在透镜上,光屏上的成像情况:仍然成完整的像,只是像的亮度变 .
高度
远离
上
上
暗
(7)实验过程中,光屏上已经出现清晰的烛焰的像,此时若把近视镜放在蜡烛和透镜之间,光屏上的像变得模糊.若想在光屏上重新出现烛焰的清晰的像,应把光屏向 透镜的方向移动.
(8)实验过程中,光屏上已经出现清晰的烛焰的像,此时若把远视镜放在蜡烛和透镜之间,光屏上的像会变得模糊.若想在光屏上重新出现烛焰的清晰的像,应把光屏向 透镜的方向移动.
(9)实验过程中在不改变物距的情况下,换用焦距较大的凸透镜后,要将光屏向 凸透镜的方向移动,才能在光屏上重新得到清晰的像.
远离
靠近
远离
(10)实验过程中,要使光屏上的像变大,在凸透镜不动的情况下,应当让蜡烛向 凸透镜的方向移动,同时光屏向 凸透镜的方向移动.
(11)实验过程中,要使光屏上的像变小,在凸透镜不动的情况下,应当让蜡烛向 凸透镜的方向移动,同时光屏向 凸透镜的方向移动.
(12)无论如何移动光屏,光屏上都找不到清晰像的原因:①烛焰、透镜和光屏三者的中心不在同一高度;②u≤f.
靠近
远离
远离
靠近
例16 如图是探究“凸透镜成像规律”的实验:
(1)为了使像成在光屏的中央,应调节烛焰、光屏的中心和凸透镜的光心在 。
(2)如图所示,此时光屏上承接到清晰的像。凸透镜的焦距为 cm;当蜡烛移动到15cm刻度线时,移动光屏,可在光屏上看到一个 、
的实像。
15.0
同一高度上
倒立
缩小
例17小明用凸透镜、蜡烛、光屏和刻度尺等器材探究凸透镜成像规律。
(1)如图所示,为了测出凸透镜的焦距,小明同学将凸透镜正对着太阳光,再把光屏放在它的另一侧,改变凸透镜与光屏的距离,直到光屏上出现一个 的光斑,就可以测出该凸透镜的焦距为 cm。
(2)小明将烛焰、凸透镜和光屏的中心调到同一高度后,在水平桌面上无论怎样移动光屏,都不能承接到烛焰的像,原因可能是
。
10
蜡烛在凸透镜的一倍焦距之内或蜡烛放在了在焦点上
最小、最亮
(3)实验一段时间后,蜡烛变短了,要使烛焰的像仍然成在光屏的中心,应该将光屏向 移动。
(4)当用不透光的物体遮住凸透镜的上半部分后,物体此时在光屏上形成的像是 。
A.只有上半部分,亮度不变
B.只有下半部分,亮度不变
C.与原来相同,亮度不变
D.与原来相同,亮度变暗
上
D