3.3 《光的直线传播》 学案（含答案） 苏科版物理八年级上学期

3.3 《光的直线传播》 学案
学习目标：
1.参与影子游戏，在游戏中思考阴影的成因；通过探究,归纳得出光的传播规律,进而能用光的直线传播来解释小孔成像、日食、月食等现象．
2.了解光的传播需要一定的时间，知道真空中、空气中的光速．
3. 能说出激光测距的原理．
学习过程：
知识梳理
一、光的直线传播
1. 光的直线传播：光在同种均匀的物质中沿直线传播．
⑴这里的物质是指光能透过的透明物质，比如光在水、玻璃等物质中都是沿直线传播的；
⑵光从一种透明物质进入另一种透明物质时传播方向通常要改变；
⑶光在同种但不均匀的物质中传播方向也可能发生变化，比如太阳光进入大气层时会发生弯曲，就是因为大气不均匀造成的．
2. 光的理想模型——光线
⑴光是客观存在的，日常生活中人们所讲的“光线”，实际指的就是光．
⑵物理学中，人们画一条直线(或曲线)表示光的传播路径，并在线上画上箭头来表示光的传播方向，这条带有箭头的线被称作物理学中的“光线”．
⑶“光线”是用来表示光的传播路线和方向的一种方法，是一种物理模型，在光现象中实际并不存在这样的带箭头的“光线”．
3. 光的直线传播的实例
⑴影子：光在传播的过程中如果遇到了不透明的物体，在物体的后面光照不到的地方就会留下一个暗区，这个暗区就形成了影子，影子的存在，就说明光是沿直线传播的．
⑵日食和月食：日食是地球运行到月球的阴影里形成的，月食则是月球运行到地球的阴影里形成的．
①当人们位于月球的本影(光在传播过程中遇到不透明物体时，在其后方形成的全暗区域)内时完全看不到太阳，这就是日全食；当人们位于月球的半影(光在传播过程中遇到不透明物体时，其后方只有部分光线到达的区域)内时，只能看到太阳的一部分，这就是日偏食．
②同样，当月球运行到地球的本影区域内，阳光完全不能射到月球上，人们完全看不到月球，这就是月全食；而当月球运行到地球的本影和半影交界处，人们只能看到月球的一部分，这就是月偏食．日食和月食的存在，也说明光是沿直线传播的．
⑶影子有关的计算．
【例1】　小明在学习“光的传播”时，看到老师的一个演示实验，过程如下：①用激光笔射向水中，观察到光线是一条直线(如图)；②在A点处用漏斗向水中慢慢注入海波溶液，观察到光线发生了弯曲；③经搅拌后，观察到光线又变直．小明根据上述现象得出的结果正确的是(　　)．
　　
A. 光的传播需要介质
B. 光只有在水中才沿直线传播
C. 光在海波溶液里不能沿直线传播
D. 光在同一种均匀介质中才沿直线传播
精析：光的传播不需要介质，光在真空中也能传播，A选项错；光的直线传播是有前提条件的，要保证传播的介质是均匀的，若介质不均匀，传播光线会发生弯曲．当水中注入海波溶液时，整个液体还不均匀，故光线发生弯曲，搅拌后，整个液体变得均匀，故光又沿直线传播，所以B、C选项错误，D选项正确．
解答：D
【例2】　一个人沿马路边经过某一盏路灯，在走路过程中，路灯照射到人身上时，影子长短在变化，其变化的情况是(　　)．
A. 逐渐变长　　　B. 先变短，后变长
C. 逐渐变短 D. 先变长，后变短
精析：当人在远处时，人与灯光的夹角小，形成的影子长；当人逐渐走近路灯时，人与灯光的夹角会变大，此时形成的影子会变短；当人经过路灯逐渐远离时，人与灯光的夹角又会变小，形成的影子再次变长．因此，当人经过路灯时，影子先变短后变长．
解答：B
解后反思：解决一些光学问题的较好方法是作图法，根据已知条件正确画出光学图形，使问题简单明了，具有直观性，更便于从图形中总结出规律或找到问题的答案．
【例3】　一根50 cm长的木棍，竖起立在水平地面上，影子长为40 cm，与此同时，一根旗杆的影子长为16 m，则旗杆的高度是(　　)．
A. 16 m　　 B. 20 m C. 20.8 m D. 16.8 m
精析：解本题的关键是要明确：太阳光照射到地球表面时光线互相平行，即某一时刻太阳光与水平面的夹角是一定的．根据光的直线传播规律及题意可画出如图所示的示意图．由于木棍和旗杆都直立在水平地面上且照到木棍和旗杆上的太阳光是平行的，所以由数学知识可知，木棍和旗杆的高度之比和它们对应的影长之比相等．
解答：B
解后反思：光在同种均匀介质中沿直线传播而形成影，根据题意画出情景实物图是解决此题的关键．分析图形，灵活运用平面几何知识是解决此类问题的基本方法.
二、光速
1.光的传播不一定需要介质，它可以在真空中传播，且在真空中传播得最快，其速度为3×108 m/s.
2.光在不同的物质中传播速度是不同的，在空气中的传播速度略小于在真空中的传播速度，可近似地认为是3×108 m/s，光在水中的传播速度约为真空中的，在玻璃中的传播速度约为真空中的.
【例4】　光在真空中的传播速度是________m/s；光在水中的速度________(填“大于”“小于”或“等于”)光在空气中的速度．
精析：真空中光速是宇宙中最快的速度，为3×108 m/s，光在水中的速度约为真空中光速的，光在玻璃中的速度约为真空中光速的.
解答：3×108　小于
三、小孔成像
1.实验步骤：用易拉罐、半透明纸、剪刀、细线、火柴和蜡烛可以探究小孔成像．其方法是：⑴用剪刀剪去易拉罐的底部，用细线将半透明纸系在底部，在罐口剪一个小孔，⑵将蜡烛点燃放在易拉罐小孔前，调节两者之间的距离，观察半透明纸上像的性质．
2.实验结论：小孔成的像是倒立的实像；像的大小与物体到小孔、光屏到小孔的距离有关．当物体离小孔越近，屏离小孔越远时，屏上的像越大；像的形状由物体的形状决定，而与小孔的形状无关．
【例5】　学习了光学知识后，小桐和小朵想自己探究小孔成像现象．如图所示，她们给两个空罐的底部中央分别打上一个圆孔和一个方孔，再用两片半透明的塑料膜蒙在空罐的口上，分别将小孔对着烛焰和灯丝，可以看到烛焰和灯丝通过小孔所成的像．
(1)甲图中点燃的蜡烛距小孔的长度为a，像距小孔的长度为b(a>b)，则半透明膜上的像是(　　)．
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
(2)由甲、乙两图可知实验是在研究小孔成像与________的关系．
(3)分析比较________两图，可以得出小孔成像与物体的形状有关．
(4)该实验说明小孔成像的原理是________________．
(5)发生日食现象时，如果利用丙实验装置对“”形太阳进行观察，在半透明塑料膜上看到像的形状是(　　)．
A. B. C. D.
精析：(1)小孔成像是光的直线传播形成的，成的是倒立的可大可小的实像，像的形状与物体有关，与孔的形状无关．则半透明膜上的像是倒立、缩小的实像，故选C.
(2)由甲、乙两图可知，蜡烛距小孔和像距小孔的距离是一定的，物体也是同一个物体，改变的只是孔的形状．所以，实验是在研究小孔成像与小孔形状的关系．
(3)分析比较甲与丙两图可知，蜡烛距小孔和像距小孔的距离是一定的，孔的形状也相同，改变的只是物体的形状．所以，可以得出小孔成像与物体的形状有关．
(4)由于光在同种均匀介质中沿直线传播，光在通过小孔时，上方的光射向下方，下方的光射向上方，是实际光斑的会聚，成的是倒立的可大可小的实像．该实验说明小孔成像的原理是光的直线传播．
(5)由于小孔成像成的是倒立的可大可小的实像，像的形状与物体有关，发生日食现象时，如果利用丙实验装置对“”形太阳进行观察，在半透明塑料膜上看到像的形状是C选项.
解答：(1)C (2)小孔形状 (3)甲、丙 (4)光的直线传播 (5)C
解后反思：　
现象 图示 成因
影子 如图所示，光在传播过程中遇到不透明的物体，在物体后面光不能到达的区域便形成一个阴暗区域，即物体的影子
日食 如图所示，当月球转到地球和太阳之间，并且三者在同一直线上时，月球就挡住了射向地球的太阳光．由于光的直线传播，在地球的阴影区内太阳光完全照不到，就发生了日全食；只有部分太阳光照射到，发生了日偏食；只有太阳边缘的光照射到，发生了日环食
月食 如图所示，当地球转到月球和太阳之间，并且三者在同一直线上时，地球就挡住了射向月球的太阳光．由于光的直线传播，在阴影部分的月球则不能反射太阳光，月球在本影区内时我们能看到月全食，在半影区时，我们能看到月偏食
小孔成像 如图所示，烛焰上部发出的光，由于光的直线传播，通过小孔后，射到了下部；烛焰下部发出的光，由于光的直线传播，通过小孔后，射到了上部，就形成了相对于烛焰倒立的像
当堂训练
1. 阳光灿烂的日子，行走在绿树成荫的街道上，常常见到地上有一些圆形的光斑，这些光斑是(　　)．
A. 树叶的影子 　B. 树叶的实像 C. 太阳的虚像 D. 太阳的实像
2. 小明在课外用易拉罐做成如图所示的装置做小孔成像实验，如果易拉罐底部有一个很小的三角形小孔，则他在半透明纸上看到的像是(　　)．
A. 蜡烛的正立像 B. 蜡烛的倒立像 C. 三角形光斑 D. 圆形光斑
3. 下列说法中正确的是(　　)．
A. 光线是真实存在的线 B. 百米赛跑时计时员应听到枪声才能计时
C. 光的传播需要时间 D. 光的传播速度是3×105 m/s
4. 用激光测距仪向月球发射一束激光信号，经过2.56 s接收到从月球返回的信号，那么月球到地球的距离是(　　)．
A. 3.84×105 km B. 3.84×108 km C. 7.68×105 m D. 7.68×108 m
5. 光在不同的透明物质中传播的速度是不同的，下面的光速大小排列中正确的是(　　)．
A. c空气＞c真空＞c水＞c玻璃 B. c玻璃＜c空气＜c水＜c真空
C. c真空＞c空气＞c玻璃＞c水 D. c玻璃＜c水＜c空气＜c真空
6. 在“探究树荫下光斑”的综合实践活动中，为了研究孔的大小对光斑形状的影响，小明设计了四种有不同形状孔的卡片甲，并用另一张卡片乙覆盖在甲上，如图所示．接着，从图示位置沿箭头方向水平移动乙，观察光斑形状的变化情况，下列合乎要求的是(　　)．
A B C D
7. 如图甲所示，一束平行太阳光垂直水平地面MN射下，A为小铁球．
(1)标出小铁球A在甲图中位置时，其影子A′在地面MN上的位置(用点表示即可)．
(2)若小球在竖起平面内沿图中圆形虚线轨迹运动，请在图乙框中画出小球的影子在地面上运动的轨迹．
8. 将点燃的蜡烛置于自制的小孔成像仪前，调节二者的位置，在屏上得到如图所示的蜡烛清晰倒立的像，请在图中确定成像仪上小孔O的位置(保留作图痕迹)．若将蜡烛靠近成像仪少许，蜡烛的像将________(填“变大”“变小”或“不变”)．
9. 在一块方形纸板的中心挖一正方形小孔，把这块有方孔的纸板对准阳光，当纸板和地面相距一定距离时，在地面上能观察到一方形黑影，你还会发现方形黑影的中心有一个圆亮斑，请你回答以下几个问题：
(1)地面上出现的方形黑影是________的影子，是________造成的现象．
(2)黑影中心的圆亮斑是什么？
(3)如果在日偏食或日环食时观察该现象，地面上应出现的图案是什么样的？
(4)夏天在林中散步时，我们会看到地面上呈现很多的圆亮斑，请问树叶间的缝隙一定是圆的吗？
10. 学习了光学知识后，爱动脑筋的小明和小红想自己探究小孔成像现象．如图A所示，他们给两个空罐的底部中央分别打上一个圆孔和一个方孔，再用两片半透明的塑料膜蒙在空罐的口上．分别将小孔对着烛焰和灯丝，可以看到烛焰和灯丝通过小孔所成的像．
(1)甲图中点燃的蜡烛距小孔20 cm，它成像在距小孔15 cm，则半透明膜上的像是(　　)．
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
(2)由甲、乙两图可知实验是在研究小孔成像与________的关系．
(3)分析比较________和________两图，可以得出小孔成像与物体的形状有关．
(4)小明和小红明白了：树荫下的圆形光斑(如B图所示)就是________通过树叶间的小孔在地面上形成的像．
(5)小明和小红还联想到：在太阳光或者日光灯下， 如果挡住了光的去路，地面上就会形成影子．细心的小明进一步发现，在日光灯下的影子灰蒙蒙一片，一点也不清楚，特别是处处装点着电灯的大厅里，人和物的影子就更是模糊不清了．这是为什么呢？小明去问物理老师，老师拿出几根蜡烛、一个圆柱形铁块，让小明做了如下实验：
①木块放在桌子上，旁边点上一支蜡烛．观察铁块的影子．(如图a)
②在旁边再点上一支蜡烛，观察铁块的影子．(如图b)
③继续在铁块旁边点蜡烛，直到将蜡烛围满铁块四周，观察铁块的影子．(如图c和d)
小明发现，蜡烛影子越来越________(填“深”或“浅”)，这时他又比较了一下白炽灯和日光灯，看到白炽灯的灯丝很集中，而日光灯的灯管却很长．他想了一会儿后，高兴地说：“老师，我明白了！”
请你替小明回答：原来不透明物体的周围，若四周都有光源，就________．生活中的________(填一种应用)就运用这一结论．
《当堂训练》答案
1. D　2. B　3. C　4. A　5. D　6. A
7. 如图所示
8. 如图所示　变大
9. (1)纸板　光沿直线传播
(2)黑影中心的圆亮斑是太阳光通过方形小孔所成的太阳的实像．
(3)日偏食应出现的是方形黑影的中心有一块带圆形缺口的圆亮斑；在日环食时出现的现象应当是方形黑影的中心有一个圆环形的亮斑．
(4)树叶的缝隙大多是不规则的．
10. (1)C　(2)孔的形状　(3)甲　丙　(4)太阳 (5)浅　不会形成影子　无影灯