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专题03 光的直射,反射与折射
考点精讲一、光的直线传播
光在同一种均匀物质中沿直线传播。小孔成像、影子的形成、日食、月食说明光的直线传播。光速:宇宙中最快的速度是真空中的光速;在计算中,真空或空气中光速c=3×108m/s=3×105km/s。
【注意】①小孔成像的性质:倒立的实像,可以成放大、等大、缩小的像。
②像的形状与孔的形状无关。
③像的大小与物距和像距有关。
典例1:(2022·衢州)科学就在身边。下列现象中,由光的直线传播产生的是( )
A.“折断”的铅笔 B.水中的倒影
C.镜中的小狗 D.地上的影子
【答案】D
【解析】分析各个选项中包含的物理原理即可。
【解答】A.“折断”的铅笔,即水中的铅笔发出的光从水中射入空气中发生折射形成,故A不合题意;
B.水中的倒影,即水边的景物发出的光线在水面发生反射形成,故B不合题意;
C.镜中的小狗,是小狗发出的光线在镜面上发生反射形成,故C不合题意;
D.地上的影子,是光沿直线传播形成的,故D符合题意。
变式1:(2022·宁波)如图所示是一个放置于宁波某地水平地面上的简易计时模型,圭杆垂直下列描述错误的是( )
A.杆影的形成是由于光在均匀介质中沿直线传播
B.一天内,杆影移动是由地球公转造成的
C.一天内,正午的杆影最短
D.该模型依据杆影的方位计时
【答案】B
【解析】根据光沿直线传播的知识分析判断
【解答】A.杆影的形成是由于光在均匀介质中沿直线传播,故A正确不合题意;
B.一天内,杆影移动是由地球自转造成的,故B错误符合题意;
C.一天内,正午时阳光与地面的夹角最大,此时的杆影最短,故C正确不合题意;
D.该模型依据杆影的所对的刻度值进行计时,故D正确不合题意。
变式2:如图所示,点燃的蜡烛放在距小孔a处,它成的像在距小孔b处的半透明纸上,且a大于b。则半透明纸上的像是( )
A.倒立、放大的虚像 B.正立、缩小的虚像
C.倒立、缩小的实像 D.正立、放大的实像
【答案】C
【解析】 小孔成像是由于光的直线传播形成的,成倒立的实像,像的大小主要取决于物与小孔的距离及光屏与小孔的距离。
变式3:晴天正午,小明与同学从树荫下走过时,发现地面上有许多大小、形状不同的光斑,如图所示。光斑形状与什么因素有关呢 光斑又是如何形成的呢 对此他们马上进行了探究。他们猜想光斑形状:a.与树叶形状有关,光斑是树叶的影子;b.与树叶间空隙形状有关;c.与树叶间空隙大小有关。
(1)根据所学知识,可确定猜想a_________(合理/不合理)。
(2)通过探究,他们得到了以下结论,无论是大孔还是小孔形成的光斑都是由于_____________形成的,其中________(小孔/大孔)形成光斑的形状与孔的形状有关,__________(小孔/大孔)形成的光斑的大小与孔到地面的距离有关。
【答案】(1)不合理; (2)直线传播;大孔;小孔。
【解析】(1)猜想a是光斑是树叶的影子,因为光斑是小孔成像现象,不是影子,所以不合理。
小孔成像是由光的直线传播形成的;在光屏与小孔的距离相同的条件下,如果孔较小,通过孔形成的光斑是小孔成像现象,光斑形状与孔的形状无关;
如果孔太大,通过孔形成的光斑不再是小孔成像现象,而是影子的原因,则光斑形状与孔的形状有关;
如果光屏与小孔的距离较远时,通过孔形成的光斑属于小孔成像现象,像的大小与孔到光屏的距离有关。
考点精讲二、光的反射
考点一、光的反射定律——三线共面,二线分居,两角相等
①光反射时,入射光线MO、反射光线ON、法线OP在同一平面内。
②反射光线ON和入射光线MO分别位于法线OP两侧。
③反射角β(∠NOP)等于入射角α(∠MOP)。
④入射角α增大时,反射角β也同时增大,反之,入射角减小时反射角也同时减小。
⑤如果把入射角减小到与法线重合时,即当入射角为0°时,反射角也为0°,此时,入射光线、反射光线和法线三线重合。
⑥光路具有可逆性:如图中,如果入射光线沿NO射入,那么反射光线一定沿OM射出。实际的应用是你通过镜子看见别人的眼睛时,对方也可通过镜子看见你的眼睛。
【注意】当光射到物体表面上时,有一部分光会被物体表面反射回来的现象叫光的反射。我们能够看到本身不发光的物体,是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。
考点二、镜面反射和漫反射
反射分镜面反射和漫反射,平行光线入射到平而光滑反射面上,反射光线还是平行射出,这种反射是镜面反射;
平行光线入射到粗糙的反射面上,反射光线射向四面八方,这种反射是漫反射,镜面反射和漫反射都遵守光的反射定律。
【注意】①反射定律的应用要注意是同一平面内。
②入射角是指入射光线与法线的夹角;反射角是指反射光线与法线的夹角。
③反射时,反射角等于入射角,不能说入射角等于反射角。
④镜面反射和漫反射的共同点是每条光线都遵循光的反射定律,不同点是镜面反射的反射光线朝某一方向,而漫反射的反射光线朝着各个方向。
考点三、平面镜成像
成像特点:物体在平面镜中成的是虚像,像的大小跟物体相等,像到镜面的距离与物体到镜面的距离相等,像与物体的连线关于镜面对称。
成像原理:发光点P把光线射到平面镜上,又经平面镜反射到人的眼中,人眼是根据光的直线传播经验来判断物体位置的,人眼逆着反射光线的方向向镜内看去,觉得光线好像是从两条反射光线反向延长的交点P′处射来的,如图所示。镜面后实际并不存在发光点P′,P′也不是反射光线的交点,而是反射光线反向延长线的交点,所以是虚像。
考点四、探究光的反射定律
①为了保留光的传播路径,可以用笔描出入射光线和反射光线的路径;入射光线、反射光线、法线在同一平面上;在光的反射中,光路是可逆的;
②实验时玻璃板如果不竖直,不论怎样移动后面的蜡烛都不可能与前面蜡烛的像完全重合;实验中选择两根完全一样的蜡烛是为了比较物体与像的大小关系;平面镜成的是虚像。
【注意】1.可见光可以反射,不可见光同样可以反射。
2.成虚像的判断依据:平面镜里所成的像不能呈现在光屏上,所以是虚像。
3.平面镜所成像的大小与镜面的大小、物体到镜面的距离无关。
典例1:(2022·宁波)如图所示是实验室中的毛玻璃片,一面磨砂,一面平滑。为了分辨这两个面,下列方法中不可行的是( )
A.用手去触摸,粗糙的一面是磨砂面
B.用激光笔照射表面,反射后可在光屏上成一个亮点的一面是平滑面
C.压力相同时,与同一水平桌面之间滑动摩擦力较大的一面是磨砂面
D.透过毛玻璃片看不清远处物体,朝向眼睛的一面是平滑面
【答案】D
【解析】(1)根据两个表面的手感不同判断;
(2)光在光滑平整的表面上发生镜面反射,反射光线集中在某个范围内;光在凸凹不平的表面上发生漫反射,反射光线射向四面八方;
(3)增大摩擦力的方法:①增大压力;②增大接触面的粗糙程度;
(4)根据光的折射的知识判断。
【解答】A.用手去触摸,粗糙的一面是磨砂面,光滑的一面为平滑面,故A正确不合题意;
B.用激光笔照射表面,反射后可在光屏上成一个亮点的一面发生的是镜面反射,则这个面是平滑面 ,故B正确不合题意;
C.压力相同时,与同一水平桌面之间滑动摩擦力较大的一面肯定比较粗糙,应该是磨砂面,故C正确不合题意;
D.透过毛玻璃片看不清远处物体,无论朝向眼睛的一面为平滑面还是粗糙面,穿过玻璃后的折射光线都是杂乱无章的,因此无法看到远处的物体,故D错误符合题意。
变式1:(2022·温州)如图所示,在“探究平面镜成像规律”时,固定蜡烛甲,为确定其像的位置,下列操作正确的是( )
A.移动丙靠近乙 B.移动丙远离乙
C.移动乙靠近丙 D.移动乙远离内
【答案】A
【解析】根据探究平面镜成像规律的实验过程、现象和结论分析判断。
【解答】根据图片可知,蜡烛乙的位置其实就是蜡烛甲在平面镜内成的像的位置。为了找到甲的像的位置,应该用一根与其完全相同的蜡烛丙在镜子另一侧移动,直到与乙重合的位置即可。
故A正确,而B、C、D错误。
变式2:(2022·舟山)如图,小舟利用平面镜研究光的反射定律,下列说法错误的是( )
A.AO是入射光线
B.反射角等于30°
C.将激光笔靠近N时,光线OB会靠近ON
D.绕ON前后转动F板,F板上观察不到光线
【答案】B
【解析】根据对光的反射定律的理解分析判断。
【解答】A.根据图片可知,AO是激光笔发出的射向镜面的光线,因此为入射光线,故A正确不合题意;
B.ON为法线,OB为反射光线,二者的夹角∠NOB为反射角。根据图片可知,反射角应该为60°,故B错误符合题意;
C.将激光笔靠近N时,入射角会减小。根据“反射角等于入射角”可知,反射角会减小,即反射光线OB会靠近ON,故C正确不合题意;
D.反射光线、法线和入射光线在同一平面内,则绕ON前后转动F板,此时F板上不会看到反射光线,故D正确不合题意。
变式3:(2022九下·杭州月考)如图所示是探究平面镜成像特点的实验装置。
(1)如果玻璃板没有竖直放置,将对实验产生什么影响?
(2)小金用跳棋代替点燃的蜡烛进行实验,但看不清跳棋的像。请你帮她想个办法看清跳棋的像: 。
(3)小金在实验过程中,让镜子沿OO'轴(镜子与桌面的接触部分)方向水平向右移动,结果她发现镜中的像B相对于点燃的蜡烛A 移动(选填“向右”、“向左”或“不”);接下来,她又将镜子绕OO'轴转向自己,他发现镜中的像 (选填“转向自己”、“转离自己”或“不动”)。
【答案】(1)蜡烛B无法与蜡烛A的像重合
(2)用手电筒(或其他光源)照亮跳棋
(3)不;转向自己
【解析】(1)在平面镜成像的实验中,如果玻璃板没有与桌面垂直,那么根据平面镜成像的对称性可知,像要么在桌面的上方,要么在桌面的下方,总之,蜡烛不能与镜子后的像重合。
(2)镜子中像的亮度取决于反射光线的强度,即物体本身的亮度;
(3)物体和像关于平面镜所在的那个平面对称,据此分析解答。
【解答】(1)如果玻璃板没有竖直放置,将对实验产生的影响:蜡烛B无法与蜡烛A的像重合。
(2)小金用跳棋代替点燃的蜡烛进行实验,但看不清跳棋的像。看清跳棋的像的方法:用手电筒(或其他光源)照亮跳棋。
(3)小金在实验过程中,让镜子沿OO'轴(镜子与桌面的接触部分)方向水平向右移动,此时平面镜所在的那个平面没有改变,则她发现镜中的像B相对于点燃的蜡烛A的位置不移动。
她又将镜子绕OO'轴转向自己,此时平面镜所在的那个平面发生改变,则他发现镜中的像发生改变,转向自己。
考点精讲三、光的折射
入射光线AO,折射光线OB,法线NN′在同一平面内。折射光线和入射光线分别位于法线两侧。光从空气斜射入水或玻璃表面时,折射光线向法线偏折,折射角β小于入射角α。入射角α增大时,折射角β也增大。如果光从水中斜射入空气中时,折射光线将偏离法线,折射角大于入射角。光的折射也遵循光路可逆,如果入射光线沿BO射入到点O,折射光线一定沿OA折射(如右上图所示)。
【注意】①光必须斜射时,才能发生折射现象。
②解释光现象或作图时要注意:人眼看物体是物体发出或反射的光射入人的眼睛,而不是人眼发出光射到物体上。
③光垂直射到水或玻璃表面时传播方向不改变,即垂直于界面时三线重合两角为0°,这是一种特殊情况。
典例1:(2022·长兴模拟)人们对光的研究始终没有停止。
(1)如图甲是某同学将光从空气射向水面,根据实验现象做出的光路图,则当光从水中沿CO方向射向空气时,光在空气中的折射角大小为
(2)该同学还想利用紫光探究光的反射定律,他利用三棱镜和遮光板将阳光中的紫光分离出来,如图乙所示,三种遮挡方法最有可能在地面上得到紫光的是 。(填图中数字 )
(3)光对被照射物体具有力的作用,研究表明,在地球附近,一个正对着太阳的面积为1.0×106m2的平整光亮表面,受到的太阳光的压力约为9 N。则太阳光对这个平面的压强是多少?
【答案】(1)55° (2)3
(3)解:P= = =9×10-6 Pa
【解析】(1)折射角为折射光线和法线的夹角;
(2)根据三棱镜对色光偏折能力的不同解答;
(3)根据压强公式计算即可。
【解答】(1)根据图片可知,AO为折射光线,OD为法线,则折射角AOD=90°-35°=55°。
(2)三棱镜对紫光的偏折能力最大,根据图乙可知,紫光应该在光柱的最下方,因此只有③能够让紫光经过,故选③。
变式1:[绵阳中考]如图所示,两块完全相同的直角三角形玻璃砖A和B放置在同一水平面内,斜边平行且相距一定距离。一条光线从空气中垂直于玻璃砖A的直角边射入,从玻璃砖B的直角边射出,射出后的位置和方向可能是图中的( )
A.光线a B.光线b
C.光线c D.光线d
【答案】B
【解析】光垂直于玻璃砖A的直角边入射时,传播方向不变;光从玻璃砖A斜射入空气中时,折射角大于入射角,故从A出来的折射光线会向上偏转;光从空气中斜射入B中时,折射角小于入射角(此时的折射角等于A中的入射角),故折射光线与入射光线平行射出B,如图所示。
变式2:某校新建成一个喷水池,在池底中央安装了一只射灯。射灯发出的一束光照在右边的池壁上,当池内无水时,站在池旁左边的人看到在S点形成一个亮斑,如图所示。现往池内灌水,水面升至a位置时,人看到亮斑的位置在P点;如果水面升至b位置时,人看到亮斑的位置在Q点,则( )
A.P点在S点的下方,Q点在S点的上方
B.P点在S点的上方,Q点在S点的下方
C.P点在S点的上方,Q点在S点的上方
D.P点在S点的下方,Q点在S点的下方
【答案】A
【解析】往池内灌水,水面升至a位置时,由于光的折射,空气那侧折射角大于入射角,所以人看到亮斑的位置P点在S点的下方;如果水面升至b位置时,射灯发出的光线在水中是直线传播的,亮斑的实际位置在S点,由于人从水面上看时,池底会变“浅”,人看到亮斑的位置Q点在S点的上方。
变式3:(2022·湖州)三棱镜是一种重要的光学元件,光通过三棱镜的传播路线是怎样的呢?小越用红光以一定角度射到三棱镜上,光路图如图1所示。改变入射角度,光路图如图2、图3所示。
(1)经过两次折射后,红光均向三棱镜的 (选填“顶角A”或“底面BC”)偏折。这个规律对于其他的单色光成立吗?小越选用其他不同的单色光重复上述实验,发现了同样的规律。
(2)了解了小越的探究后,老师建议小越把凸透镜分割成两部分进行思考,如图4所示。小越经过分析和综合,理解了凸透镜对光具有 作用的原因。
(3)利用三棱镜还可以进行的探究实验是 。
【答案】(1)底面BC
(2)会聚
(3)光的色散或凹透镜对光的作用
【解析】(1)根据图1、图2、图3可知,经过两次折射后,红光均向三棱镜的底面BC方向偏折。
(2)根据图4可知,凸透镜相当于两个相同的三棱镜将底部重合在一起,根据三棱镜对光线的作用可知,上面的光线向下偏折,下面的光线向上偏折,其实就是所有的光线都向主轴偏折,即凸透镜对光线有会聚作用。
(3)①太阳光经过三棱镜后会被分解为七种颜色的色光,这就是光的色散现象;
②凹透镜相当于两个相同的三棱镜顶角重合在一起,根据三棱镜对光线的作用可知,上面的光线向上偏折,下面的光线向下偏折,其实就是使光线远离主轴,即凹透镜对光线有发散作用。
那么利用三棱镜还可以进行的探究实验为:光的色散或凹透镜对光的作用。
1.(2022·椒江模拟)如图为一只白鹭正在平静的水面上展翅起飞。关于白鹭在水中所成的像,下列说法正确的是( )
A.水中的像是光的折射形成的 B.水中的像是白鹭的虚像
C.白鹭飞得越高,水中的像越小 D.水越深,水中的像离水面越远
【答案】B
【解析】根据平面镜成像的成因和特点分析判断。
【解答】A.水中的像是白鹭身上的光在水面发生反射形成的,故A错误;
B.水中的像是白鹭在水中形成的平面镜成像现象,属于虚像,故B正确;
C.根据平面镜成像的“物像等大”可知,白鹭的像与它大小相等,与距离无关,故C错误;
D.水面相当于平面镜,则白鹭离水面越高,则像离水面越远,与水的深度无关,故D错误。
2.(2022·杭州)下列所成的像为实像的是( )
A.人在平面镜中成的像
B.山在水中的倒影
C.邮票经放大镜成的正立放大的像
D.太阳经过小孔在地面上成的圆形光斑
【答案】D
【解析】实像由实际光线会聚而成,可以成在光屏上,根据各个选项的成像原理和特点判断。
【解答】A.人在平面镜中成的像,是光的反射形成的虚像,故A不合题意;
B.山在水中的倒影,是光的反射形成的虚像,故B不合题意;
C.邮票经放大镜成的正立放大的像,是光的折射形成的虚像,故C不合题意;
D.太阳经过小孔在地面上成的圆形光斑,是光沿直线传播形成的实像,故D符合题意。
3.(2022·温州模拟)如图(俯视图)所示,S为房间内的一盏灯,MN为房间的玻璃门,可绕M转动,当玻璃门逆时针打开时(从MN位置转到MN’位置),灯S的像距和像的大小如何变化( )
A.像距变大,像变小 B.像距变小,像变小
C.像距变大,像的大小不变 D.像距不变,像的大小不变
【答案】C
【解析】根据平面镜成像的特点判断。
【解答】根据图片可知,当玻璃门逆时针方向打开时,灯S到玻璃门的距离逐渐增大,根据“物像等距”的规律可知,此时的像距也变大。根据“物像等大”的规律可知,像的大小只取决于灯泡L的大小,与距离无关,即像的大小不变,故C正确,而A、B、D错误。
4.(2022·仙居模拟)如图是某同学制作的照相机模型,内纸筒的左端贴有半透明膜,外纸筒的左端装有凸透镜,通过调整内外纸筒的位置,可以在半透明膜上看到远处景物的像。该像的性质是( )
A.正立缩小的虚像 B.倒立缩小的实像
C.正立放大的虚像 D.倒立放大的实像
【答案】B
【解析】根据凸透镜成像的特点和性质分析解答。
【解答】半透明的膜相当于光屏,能够成在光屏上的像肯定是实像。因为此时像距远远小于物距,所以成的是倒立缩小的实像,故B正确,而A、B、D错误。
5.(2022·江山模拟)在做“探究平面镜成像规律”实验时,小科选择了以下实验装置。下列说法正确的是( )
A.在图甲实验中,蜡烛远离玻璃板,所成的像将变小
B.在图甲实验中,蜡烛所成的像将位于C位置
C.在图乙实验中,仅将玻璃板由I位置移动到II位置,蜡烛仍能成像
D.在图乙实验中,环境越明亮,观察到的像越清晰
【答案】C
【解析】根据平面镜成像的特点分析判断。
【解答】A.蜡烛所成的像的大小与蜡烛大小相同,与距离无关,故A错误;
B.根据平面镜成像的对称性可知,蜡烛所成的像应该再B点,故B错误;
C.物体和像关于平面镜对称,其实是关于平面镜所在的那个平面对称。当玻璃板从I位置到II位置时,平面镜所在的那个平面的位置没有改变,因此蜡烛的像没有改变,故C正确;
D.像的清晰程度取决于物体发出光线的明亮程度,而环境越明亮,相当于物体越暗,则看起来越不清晰,故D错误。
6.如图甲所示,玉林园博园的彩虹桥桥面距湖面3m,它的“倒影”距桥面____m。如图乙所示,是从平面镜中看到的挂钟,挂钟显示的实际时间是____。
【答案】6 7:25
【解析】 (1)物、像到平面镜的距离相等,平静的水面相当于平面镜,彩虹桥的像和彩虹桥到水面的距离相等,都是3m,所以它的“倒影”距桥面6m。(2)根据挂钟在平面镜中成像判断实际时间的方法:方法一:根据平面镜成像特点,即物、像关于平面镜对称,作出平面镜中挂钟指针的实际情况。方法二:把试卷翻过来,注意上下不要颠倒,直接从试卷的反面看挂钟的实际时间是7:25。
7.通过玻璃门(如图甲)可简单地验证平面镜成像的某些规律。
甲 乙
(1)先在房间A的地砖拼接处放一标记物,然后到房间B,若实验者及标记物的位置如图乙所示。为了让实验者所成的像落在标记物上,他应向________(填序号)方向移动。
(2)为了让成像更清晰,房间B的亮度要比房间A__________。
(3)对本实验的相关评价,合理的有____________。
A.证明了平面镜所成的像是等大的虚像
B.利用地砖方便地确定像和物体的位置关系
C.巧妙利用生活中的物体进行实验,感受到科学就在我们身边
【答案】③ 亮(或大) BC
【解析】 (1)平面镜成像时,物体与像是以平面镜为对称轴的对称图形,物像连线与镜面垂直,物距与像距相等,像与物体大小相等。(2)标记物在房间A,要求实验者所成的像落在标记物上,故为了使像更加清晰,房间B的亮度要比房间A亮一些。(3)本实验没有验证像与物体是否等大,也没有验证像的虚实。
8.(2020·诸暨模拟)探究光的反射规律时,小明将一块平面镜M放在水平桌面上,再把一张硬纸板竖直放在平面镜上,如图所示,硬纸板是由可以绕ON折转的E、F两块板组成。让一束光贴着硬纸板左侧的E板沿AO方向射到O点,在右侧F板上能看到反射光线OB。
(1)从硬纸板前不同的方向都能看到入射光线,这是因为光在硬纸板上发生了________(选填“镜面”或“漫”)反射。
(2)若小明保持入射光线的位置不变,将平面镜M向右移,此时,反射光线将________(选填“向左移”、“不移动”或“向右移”)。
(3)多次改变入射光的方向,总能在纸板上观察到入射光和反射光的径迹,由此小明得出结论:在光的反射现象中,反射光线,入射光线和法线都在同一平面内。请你评估小明的做法是否合理并说明理由:_______。
【答案】(1)漫
(2)不移动
(3)没有设计对比实验,证明当反射面不在同一平面上时,就不能同时看到反射光线
【解析】(1)漫反射的反射光线射向四面八方,虽然比较微弱,但是可以让我们从不同角度观察物体;镜面反射的反射光线集中在同一方向,要么光线十分明亮,要么十分黑暗。
(2)反射光线的位置由入射光线决定,据此分析;
(3)如果要使得到的结论更客观,那么就要调整反射面不在同一平面内,观察是否照样能看到反射光线。
【解答】(1)从硬纸板前不同的方向都能看到入射光线,这是因为光在硬纸板上发生了漫反射。
(2)若小明保持入射光线的位置不变,将平面镜M向右移,入射点的位置始终保持不变,因此反射光线将不移动;
(3)小明的做法不合理,理由是:没有设计对比实验,证明当反射面不在同一平面上时,就不能同时看到反射光线。
9.在探究光的反射定律时,小波将一块平面镜放在水平桌面上,再把一块纸板(分E、F两个面)垂直放置在平面镜上,如图甲所示。
(1)图甲中,E、F在同一平面上,让光线沿纸板E上的AO射向镜面,则在纸板F上得到沿OB的反射光线,测得AO、OB与法线的夹角均为40°,于是小波得出结论:反射角等于入射角。你认为小波得出结论的过程____________(选填“合理”或“不合理”),原因是___________________。
(2)在实验过程中,若将纸板倾斜(即纸板与平面镜不垂直),如图乙所示,让光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面,此时反射光线与入射光线________(选填“在”或“不在”)同一平面内,纸板上________(选填“能”或“不能”)看到反射光线。
【答案】(1)不合理 由一次实验结果得出结论具有偶然性(2)在 不能
【解析】(1)在利用实验数据得出结论时,为了使结论具有可行性,应该多做几次实验,从多组数据中得出的结论才具有普遍性,可以避免结论的偶然性,因此,根据一次实验数据得出结论的过程是不合理的;
(2)在光的反射现象中,反射光线、入射光线和法线在同一平面上,若实验中将纸板倾斜,由于反射光线和入射光线与法线在同一平面上,故我们在纸板上将看不到反射光线。
10.同学们学习了“光的折射”后,知道了光从空气斜射入玻璃中时,折射角小于入射角。入射角增大,折射角也增大。那么当光从空气斜射入玻璃中时,折射角与入射角大小是否成正比呢
【建立猜想】折射角与入射角大小可能成正比。
【实验探究】同学们测得了四组实验数据。
第2次实验如图所示,请将实验数据填入表格中。
【实验结论】折射角与入射角大小_______(选填“成正比”或“不成正比”)。
【评价与交流】根据实验数据,还可以得出的结论是_______。
【答案】(1)25°
(2)不成正比
(3)光从空气斜射入玻璃中时,折射角增大值小于入射角增大值
【解析】(2)入射角增大为原来的几倍,折射角增大的倍数与入射角增大的倍数不同,则两者不成正比。
11.(2019.枣庄)如图甲是“探究平面镜成像特点”的实验装置图。
(1)实验时,不采用平面镜面采用透明薄玻璃板,不仅能观察到蜡烛的像,也便于
(2)在竖立的玻璃板前点燃蜡烛A ,可以看到蜡烛A在玻璃板后面的像,取一支外形相同但不点燃的蜡烛B在玻璃板后面移动,直到看上去它跟蜡烛A的像完全重合。在比较物与像的大小关系时,蜡烛B替代的是
(选填“蜡烛A的像”或"蜡烛B的像”) , 看到蜡烛是由光的 (填“反射”或“折射”)形成的。
(3)移去蜡烛B ,在其原来位置上放置一 块光屏,光屏上 (选填“能”或“不能)呈现蜡烛A的像。
(4)实验过程中如果玻璃板没有垂直架在纸上,而是如图乙所示倾斜,蜡烛A的像应是 图中的(选填"A1”、"A2”或"A3”)。
【答案】(1)确定像的位置 (2)蜡烛A的像 (3)反射 (4)不能 (5)A1
【解析】(1)该实验采用透明薄玻璃板代替日常使用的平面镜,玻璃板是透明的,观察到A蜡烛像的同时,也能观察到蜡烛B,当蜡烛B和蜡烛A的像重合时, 蜡烛B的位置便是蜡烛A的像的位置;
(2)在竖立的玻璃板前点燃蜡烛A ,拿未点燃的蜡烛B竖直在玻璃板后面移动,人眼一直在玻璃板的前侧观察,直至它与蜡烛A的像完全重合;在比较物与像的大小关系时,蜡烛B替代的是蜡烛A的像;看到蜡烛是由光的反射形成的;
(3 )移去后面的蜡烛,并在所在位置上放一光屏,则光屏上不能接收到蜡烛烛焰的像。所以平面镜所成的像是虚像;
(4)实验过程中如果玻璃板没有垂直架在纸上,而是如图所示倾斜,物与像关于镜面对称,蜡烛A的像应是图中的A1
12.(2022·舟山)钻石素有“宝石之王”的称谓,因其优越的特性和漂亮的外表而受到大众喜爱(图甲)。
(1)钻石是在地下150~250 千米的深处,由熔化的地幔中的碳元素冷却生成的八面体晶体之后,这些晶体经 搬运到地表附近。
(2)天然钻石产量极其稀少,在很多领域会用性质相近的氧化锆(ZrO2)替代。前者属于单质,后者属于化合物,分类的依据是 。
(3)钻石闪闪发光的奥秘在于控制切割钻石的角度,使入射光线不穿透下部亭部面,而被全部反射。图乙为光线经钻石传播的部分光路图,请补充光传播到E处后的折射光线。
【答案】(1)地壳变动
(2)是否由同种元素组成
(3)
【解析】1.地壳变动是在地球内力的作用下形成的,地震和火山是地壳变动的主要表现形式。
2.纯净物只由一种物质构成,只由一种元素构成的纯净物只有一种物质,即单质。
由两种或两种以上组分(如元素)按一定重量比与一定结构排列结合成的叫化合物。
3.光的折射是指光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生改变,从而使光线在不同介质的交界处发生偏折的现象。属于光的折射现象。
【解答】(1)钻石是在地下150~250 千米的深处,由熔化的地幔中的碳元素冷却生成的八面体晶体。之后,这些晶体经地壳变动搬运到地表附近。
(2)天然钻石产量极其稀少,在很多领域会用性质相近的氧化锆(ZrO2)替代。前者属于单质,后者属于化合物,分类的依据是是否由同种元素组成。
(3)钻石闪闪发光的奥秘在于控制切割钻石的角度,使入射光线不穿透下部亭部面,而被全部反射。光线由钻石台面垂直进入时亭角的设计,光线进入钻石后经亭部C、D发生两次全反射,并以小于钻石临界角的角度从钻石冠部射出,故光传播到E处后的折射光线如图:
13.(2022·上虞模拟)小科学完光学知识后回家进行了实验,先根据课本介绍将铅笔放入水中观察到了预期的现象(图甲),后又发现将铅笔竖直放入盛有水的圆柱形的杯子当中,观察到水中的铅笔变粗并错位。将铅笔由水杯中间向两边移动,发现水中的铅笔错位更加明显,快到水杯边上时,水中的铅笔竟然“消失”了。
于是小科在老师的指导下,查阅了一些资料,并且将实验现象画成简图。
资料一:若界面为弧形,可以将折射点及反射点的切面视为该点的折射面(图乙)。
资料二:光从水中射向空气中折射角与入射角的变化规律如下表。
入射角 0° 10° 20° 30° 40° 50° 60°
折射角 0° 13.4° 27.1° 41.7° 58.7° 无折射 无折射
(1)请在图丙中画出入射光线ao大致的折射光线。
(2)当铅笔放入盛有水的圆柱形杯子当中,水杯相当于凸透镜,当铅笔的位置小于一倍焦距时,成正立放大的 。(填“虚”或“实”像,因此筷子变粗。
(3)分析表中数据,反射的光线通过折射面射入人眼,折射角大于入射角,进一步分析可得到折射角之间的差值,随着入射角的增大而 , 因此铅笔错位更加厉害.
(4)图表中还可发现入射角大于一定角度时(如大于50°时),铅笔会“消失”视野中,发生这个现象的原因是因为此时的光线 的缘故。
【答案】(1)
(2)虚
(3)增大
(4)只有反射,没有折射,光线消失无法进入人眼(全反射)
【解析】(1)根据光的折射规律完成作图;
(2)根据凸透镜成像的规律分析解答;
(3)根据光的折射规律分析解答。
【解答】(1)光从水中斜射入空气中时,折射角大于入射角,如下图所示:
(2)水杯相当于凸透镜,当铅笔的位置小于一倍焦距时,成正立放大的虚像,因此筷子变粗。
(3)分析表中数据,反射的光线通过折射面射入人眼,折射角大于入射角,进一步分析可得到折射角之间的差值,随着入射角的增大而增大, 因此铅笔错位更加厉害。
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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专题03 光的直射,反射与折射
考点精讲一、光的直线传播
光在同一种均匀物质中沿直线传播。小孔成像、影子的形成、日食、月食说明光的直线传播。光速:宇宙中最快的速度是真空中的光速;在计算中,真空或空气中光速c=3×108m/s=3×105km/s。
【注意】①小孔成像的性质:倒立的实像,可以成放大、等大、缩小的像。
②像的形状与孔的形状无关。
③像的大小与物距和像距有关。
典例1:(2022·衢州)科学就在身边。下列现象中,由光的直线传播产生的是( )
A.“折断”的铅笔 B.水中的倒影
C.镜中的小狗 D.地上的影子
变式1:(2022·宁波)如图所示是一个放置于宁波某地水平地面上的简易计时模型,圭杆垂直下列描述错误的是( )
A.杆影的形成是由于光在均匀介质中沿直线传播
B.一天内,杆影移动是由地球公转造成的
C.一天内,正午的杆影最短
D.该模型依据杆影的方位计时
变式2:如图所示,点燃的蜡烛放在距小孔a处,它成的像在距小孔b处的半透明纸上,且a大于b。则半透明纸上的像是( )
A.倒立、放大的虚像 B.正立、缩小的虚像
C.倒立、缩小的实像 D.正立、放大的实像
变式3:晴天正午,小明与同学从树荫下走过时,发现地面上有许多大小、形状不同的光斑,如图所示。光斑形状与什么因素有关呢 光斑又是如何形成的呢 对此他们马上进行了探究。他们猜想光斑形状:a.与树叶形状有关,光斑是树叶的影子;b.与树叶间空隙形状有关;c.与树叶间空隙大小有关。
(1)根据所学知识,可确定猜想a_________(合理/不合理)。
(2)通过探究,他们得到了以下结论,无论是大孔还是小孔形成的光斑都是由于_____________形成的,其中________(小孔/大孔)形成光斑的形状与孔的形状有关,__________(小孔/大孔)形成的光斑的大小与孔到地面的距离有关。
考点精讲二、光的反射
考点一、光的反射定律——三线共面,二线分居,两角相等
①光反射时,入射光线MO、反射光线ON、法线OP在同一平面内。
②反射光线ON和入射光线MO分别位于法线OP两侧。
③反射角β(∠NOP)等于入射角α(∠MOP)。
④入射角α增大时,反射角β也同时增大,反之,入射角减小时反射角也同时减小。
⑤如果把入射角减小到与法线重合时,即当入射角为0°时,反射角也为0°,此时,入射光线、反射光线和法线三线重合。
⑥光路具有可逆性:如图中,如果入射光线沿NO射入,那么反射光线一定沿OM射出。实际的应用是你通过镜子看见别人的眼睛时,对方也可通过镜子看见你的眼睛。
【注意】当光射到物体表面上时,有一部分光会被物体表面反射回来的现象叫光的反射。我们能够看到本身不发光的物体,是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。
考点二、镜面反射和漫反射
反射分镜面反射和漫反射,平行光线入射到平而光滑反射面上,反射光线还是平行射出,这种反射是镜面反射;
平行光线入射到粗糙的反射面上,反射光线射向四面八方,这种反射是漫反射,镜面反射和漫反射都遵守光的反射定律。
【注意】①反射定律的应用要注意是同一平面内。
②入射角是指入射光线与法线的夹角;反射角是指反射光线与法线的夹角。
③反射时,反射角等于入射角,不能说入射角等于反射角。
④镜面反射和漫反射的共同点是每条光线都遵循光的反射定律,不同点是镜面反射的反射光线朝某一方向,而漫反射的反射光线朝着各个方向。
考点三、平面镜成像
成像特点:物体在平面镜中成的是虚像,像的大小跟物体相等,像到镜面的距离与物体到镜面的距离相等,像与物体的连线关于镜面对称。
成像原理:发光点P把光线射到平面镜上,又经平面镜反射到人的眼中,人眼是根据光的直线传播经验来判断物体位置的,人眼逆着反射光线的方向向镜内看去,觉得光线好像是从两条反射光线反向延长的交点P′处射来的,如图所示。镜面后实际并不存在发光点P′,P′也不是反射光线的交点,而是反射光线反向延长线的交点,所以是虚像。
考点四、探究光的反射定律
①为了保留光的传播路径,可以用笔描出入射光线和反射光线的路径;入射光线、反射光线、法线在同一平面上;在光的反射中,光路是可逆的;
②实验时玻璃板如果不竖直,不论怎样移动后面的蜡烛都不可能与前面蜡烛的像完全重合;实验中选择两根完全一样的蜡烛是为了比较物体与像的大小关系;平面镜成的是虚像。
【注意】1.可见光可以反射,不可见光同样可以反射。
2.成虚像的判断依据:平面镜里所成的像不能呈现在光屏上,所以是虚像。
3.平面镜所成像的大小与镜面的大小、物体到镜面的距离无关。
典例1:(2022·宁波)如图所示是实验室中的毛玻璃片,一面磨砂,一面平滑。为了分辨这两个面,下列方法中不可行的是( )
A.用手去触摸,粗糙的一面是磨砂面
B.用激光笔照射表面,反射后可在光屏上成一个亮点的一面是平滑面
C.压力相同时,与同一水平桌面之间滑动摩擦力较大的一面是磨砂面
D.透过毛玻璃片看不清远处物体,朝向眼睛的一面是平滑面
变式1:(2022·温州)如图所示,在“探究平面镜成像规律”时,固定蜡烛甲,为确定其像的位置,下列操作正确的是( )
A.移动丙靠近乙 B.移动丙远离乙
C.移动乙靠近丙 D.移动乙远离内
变式2:(2022·舟山)如图,小舟利用平面镜研究光的反射定律,下列说法错误的是( )
A.AO是入射光线
B.反射角等于30°
C.将激光笔靠近N时,光线OB会靠近ON
D.绕ON前后转动F板,F板上观察不到光线
变式3:(2022九下·杭州月考)如图所示是探究平面镜成像特点的实验装置。
(1)如果玻璃板没有竖直放置,将对实验产生什么影响?
(2)小金用跳棋代替点燃的蜡烛进行实验,但看不清跳棋的像。请你帮她想个办法看清跳棋的像: 。
(3)小金在实验过程中,让镜子沿OO'轴(镜子与桌面的接触部分)方向水平向右移动,结果她发现镜中的像B相对于点燃的蜡烛A 移动(选填“向右”、“向左”或“不”);接下来,她又将镜子绕OO'轴转向自己,他发现镜中的像 (选填“转向自己”、“转离自己”或“不动”)。
考点精讲三、光的折射
入射光线AO,折射光线OB,法线NN′在同一平面内。折射光线和入射光线分别位于法线两侧。光从空气斜射入水或玻璃表面时,折射光线向法线偏折,折射角β小于入射角α。入射角α增大时,折射角β也增大。如果光从水中斜射入空气中时,折射光线将偏离法线,折射角大于入射角。光的折射也遵循光路可逆,如果入射光线沿BO射入到点O,折射光线一定沿OA折射(如右上图所示)。
【注意】①光必须斜射时,才能发生折射现象。
②解释光现象或作图时要注意:人眼看物体是物体发出或反射的光射入人的眼睛,而不是人眼发出光射到物体上。
③光垂直射到水或玻璃表面时传播方向不改变,即垂直于界面时三线重合两角为0°,这是一种特殊情况。
典例1:(2022·长兴模拟)人们对光的研究始终没有停止。
(1)如图甲是某同学将光从空气射向水面,根据实验现象做出的光路图,则当光从水中沿CO方向射向空气时,光在空气中的折射角大小为
(2)该同学还想利用紫光探究光的反射定律,他利用三棱镜和遮光板将阳光中的紫光分离出来,如图乙所示,三种遮挡方法最有可能在地面上得到紫光的是 。(填图中数字 )
(3)光对被照射物体具有力的作用,研究表明,在地球附近,一个正对着太阳的面积为1.0×106m2的平整光亮表面,受到的太阳光的压力约为9 N。则太阳光对这个平面的压强是多少?
变式1:[绵阳中考]如图所示,两块完全相同的直角三角形玻璃砖A和B放置在同一水平面内,斜边平行且相距一定距离。一条光线从空气中垂直于玻璃砖A的直角边射入,从玻璃砖B的直角边射出,射出后的位置和方向可能是图中的( )
A.光线a B.光线b
C.光线c D.光线d
变式2:某校新建成一个喷水池,在池底中央安装了一只射灯。射灯发出的一束光照在右边的池壁上,当池内无水时,站在池旁左边的人看到在S点形成一个亮斑,如图所示。现往池内灌水,水面升至a位置时,人看到亮斑的位置在P点;如果水面升至b位置时,人看到亮斑的位置在Q点,则( )
A.P点在S点的下方,Q点在S点的上方
B.P点在S点的上方,Q点在S点的下方
C.P点在S点的上方,Q点在S点的上方
D.P点在S点的下方,Q点在S点的下方
变式3:(2022·湖州)三棱镜是一种重要的光学元件,光通过三棱镜的传播路线是怎样的呢?小越用红光以一定角度射到三棱镜上,光路图如图1所示。改变入射角度,光路图如图2、图3所示。
(1)经过两次折射后,红光均向三棱镜的 (选填“顶角A”或“底面BC”)偏折。这个规律对于其他的单色光成立吗?小越选用其他不同的单色光重复上述实验,发现了同样的规律。
(2)了解了小越的探究后,老师建议小越把凸透镜分割成两部分进行思考,如图4所示。小越经过分析和综合,理解了凸透镜对光具有 作用的原因。
(3)利用三棱镜还可以进行的探究实验是 。
1.(2022·椒江模拟)如图为一只白鹭正在平静的水面上展翅起飞。关于白鹭在水中所成的像,下列说法正确的是( )
A.水中的像是光的折射形成的 B.水中的像是白鹭的虚像
C.白鹭飞得越高,水中的像越小 D.水越深,水中的像离水面越远
2.(2022·杭州)下列所成的像为实像的是( )
A.人在平面镜中成的像
B.山在水中的倒影
C.邮票经放大镜成的正立放大的像
D.太阳经过小孔在地面上成的圆形光斑
3.(2022·温州模拟)如图(俯视图)所示,S为房间内的一盏灯,MN为房间的玻璃门,可绕M转动,当玻璃门逆时针打开时(从MN位置转到MN’位置),灯S的像距和像的大小如何变化( )
A.像距变大,像变小 B.像距变小,像变小
C.像距变大,像的大小不变 D.像距不变,像的大小不变
4.(2022·仙居模拟)如图是某同学制作的照相机模型,内纸筒的左端贴有半透明膜,外纸筒的左端装有凸透镜,通过调整内外纸筒的位置,可以在半透明膜上看到远处景物的像。该像的性质是( )
A.正立缩小的虚像 B.倒立缩小的实像
C.正立放大的虚像 D.倒立放大的实像
5.(2022·江山模拟)在做“探究平面镜成像规律”实验时,小科选择了以下实验装置。下列说法正确的是( )
A.在图甲实验中,蜡烛远离玻璃板,所成的像将变小
B.在图甲实验中,蜡烛所成的像将位于C位置
C.在图乙实验中,仅将玻璃板由I位置移动到II位置,蜡烛仍能成像
D.在图乙实验中,环境越明亮,观察到的像越清晰
6.如图甲所示,玉林园博园的彩虹桥桥面距湖面3m,它的“倒影”距桥面____m。如图乙所示,是从平面镜中看到的挂钟,挂钟显示的实际时间是____。
7.通过玻璃门(如图甲)可简单地验证平面镜成像的某些规律。
甲 乙
(1)先在房间A的地砖拼接处放一标记物,然后到房间B,若实验者及标记物的位置如图乙所示。为了让实验者所成的像落在标记物上,他应向________(填序号)方向移动。
(2)为了让成像更清晰,房间B的亮度要比房间A__________。
(3)对本实验的相关评价,合理的有____________。
A.证明了平面镜所成的像是等大的虚像
B.利用地砖方便地确定像和物体的位置关系
C.巧妙利用生活中的物体进行实验,感受到科学就在我们身边
8.(2020·诸暨模拟)探究光的反射规律时,小明将一块平面镜M放在水平桌面上,再把一张硬纸板竖直放在平面镜上,如图所示,硬纸板是由可以绕ON折转的E、F两块板组成。让一束光贴着硬纸板左侧的E板沿AO方向射到O点,在右侧F板上能看到反射光线OB。
(1)从硬纸板前不同的方向都能看到入射光线,这是因为光在硬纸板上发生了________(选填“镜面”或“漫”)反射。
(2)若小明保持入射光线的位置不变,将平面镜M向右移,此时,反射光线将________(选填“向左移”、“不移动”或“向右移”)。
(3)多次改变入射光的方向,总能在纸板上观察到入射光和反射光的径迹,由此小明得出结论:在光的反射现象中,反射光线,入射光线和法线都在同一平面内。请你评估小明的做法是否合理并说明理由:_______。
9.在探究光的反射定律时,小波将一块平面镜放在水平桌面上,再把一块纸板(分E、F两个面)垂直放置在平面镜上,如图甲所示。
(1)图甲中,E、F在同一平面上,让光线沿纸板E上的AO射向镜面,则在纸板F上得到沿OB的反射光线,测得AO、OB与法线的夹角均为40°,于是小波得出结论:反射角等于入射角。你认为小波得出结论的过程____________(选填“合理”或“不合理”),原因是___________________。
(2)在实验过程中,若将纸板倾斜(即纸板与平面镜不垂直),如图乙所示,让光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面,此时反射光线与入射光线________(选填“在”或“不在”)同一平面内,纸板上________(选填“能”或“不能”)看到反射光线。
10.同学们学习了“光的折射”后,知道了光从空气斜射入玻璃中时,折射角小于入射角。入射角增大,折射角也增大。那么当光从空气斜射入玻璃中时,折射角与入射角大小是否成正比呢
【建立猜想】折射角与入射角大小可能成正比。
【实验探究】同学们测得了四组实验数据。
第2次实验如图所示,请将实验数据填入表格中。
【实验结论】折射角与入射角大小_______(选填“成正比”或“不成正比”)。
【评价与交流】根据实验数据,还可以得出的结论是_______。
11.(2019.枣庄)如图甲是“探究平面镜成像特点”的实验装置图。
(1)实验时,不采用平面镜面采用透明薄玻璃板,不仅能观察到蜡烛的像,也便于
(2)在竖立的玻璃板前点燃蜡烛A ,可以看到蜡烛A在玻璃板后面的像,取一支外形相同但不点燃的蜡烛B在玻璃板后面移动,直到看上去它跟蜡烛A的像完全重合。在比较物与像的大小关系时,蜡烛B替代的是
(选填“蜡烛A的像”或"蜡烛B的像”) , 看到蜡烛是由光的 (填“反射”或“折射”)形成的。
(3)移去蜡烛B ,在其原来位置上放置一 块光屏,光屏上 (选填“能”或“不能)呈现蜡烛A的像。
(4)实验过程中如果玻璃板没有垂直架在纸上,而是如图乙所示倾斜,蜡烛A的像应是 图中的(选填"A1”、"A2”或"A3”)。
12.(2022·舟山)钻石素有“宝石之王”的称谓,因其优越的特性和漂亮的外表而受到大众喜爱(图甲)。
(1)钻石是在地下150~250 千米的深处,由熔化的地幔中的碳元素冷却生成的八面体晶体之后,这些晶体经 搬运到地表附近。
(2)天然钻石产量极其稀少,在很多领域会用性质相近的氧化锆(ZrO2)替代。前者属于单质,后者属于化合物,分类的依据是 。
(3)钻石闪闪发光的奥秘在于控制切割钻石的角度,使入射光线不穿透下部亭部面,而被全部反射。图乙为光线经钻石传播的部分光路图,请补充光传播到E处后的折射光线。
13.(2022·上虞模拟)小科学完光学知识后回家进行了实验,先根据课本介绍将铅笔放入水中观察到了预期的现象(图甲),后又发现将铅笔竖直放入盛有水的圆柱形的杯子当中,观察到水中的铅笔变粗并错位。将铅笔由水杯中间向两边移动,发现水中的铅笔错位更加明显,快到水杯边上时,水中的铅笔竟然“消失”了。
于是小科在老师的指导下,查阅了一些资料,并且将实验现象画成简图。
资料一:若界面为弧形,可以将折射点及反射点的切面视为该点的折射面(图乙)。
资料二:光从水中射向空气中折射角与入射角的变化规律如下表。
入射角 0° 10° 20° 30° 40° 50° 60°
折射角 0° 13.4° 27.1° 41.7° 58.7° 无折射 无折射
(1)请在图丙中画出入射光线ao大致的折射光线。
(2)当铅笔放入盛有水的圆柱形杯子当中,水杯相当于凸透镜,当铅笔的位置小于一倍焦距时,成正立放大的 。(填“虚”或“实”像,因此筷子变粗。
(3)分析表中数据,反射的光线通过折射面射入人眼,折射角大于入射角,进一步分析可得到折射角之间的差值,随着入射角的增大而 , 因此铅笔错位更加厉害.
(4)图表中还可发现入射角大于一定角度时(如大于50°时),铅笔会“消失”视野中,发生这个现象的原因是因为此时的光线 的缘故。
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