4.1 光的直线传播 学习任务单（表格式 无答案）

课题 光的直线传播
学习目标
1 ． 了解光源，知道光源大致分为自然光源和人造光源； 2 ． 知道光的直线传播及其应用； 3 ． 了解光在真空中的传播速度。
课前学习任务
1. 观察手电筒、汽车灯、霓虹灯夜晚发光时，在空气中的传播路径。
课上学习任务
【学习任务一】 1.通过倾听观察了解光源及其分类。 【学习任务二】 通过实验探究总结光的传播特点: 【学习任务三】 知道光沿直线传播的具体实例： 根据光路图理解小孔成像原理：
【学习任务四】 知道光在真空中的传播速度：c=
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太阳光能前进多远？ 宇宙中传播最远的光又是什么？ 我们离太阳大约 1.5 亿公里， 太阳光传播到地球上需要 8.3 分钟。在地球上，我们可以看 到明媚的阳光。但太阳光不止照射到了地球上， 而且还散播到太阳系的各个地方，乃至遥远的 宇宙。那么，太阳光能够照射到多远的地方呢？ 太阳光的来源 太阳诞生于 46 亿年前的太阳星云， 这些星云主要来自于宇宙早期合成的氢和氦， 还有很 小的一部分来自于上一代大质量恒星的超新星爆发。太阳形成之后， 核心区域一直在进行氢核 聚变，从而产生大量的能量，这些能量以伽马射线和中微子的形式被辐射出去。 由于太阳内部的密度非常高， 核心区域产生的伽马光子无法径直传播到太阳表面。经过与 各种氢原子核的持续碰撞之后， 光子抵达太阳表面需要成千上万年的时间， 尽管直线距离只有 大约 3 光秒。 太阳的亮度 太阳光发射出去之后， 它们会以光速在宇宙空间中传播。在距离太阳越远的地方， 看到的 太阳会越暗， 因为光的强度反比于距离平方。如果在距离太阳 30 天文单位的海王星上用肉眼 看太阳，只能看到一个亮点，其亮度大约是满月的 390 倍。 如果在距离太阳 56 光年之处，太阳将会暗淡到肉眼不可见（虽然人类没去过这么远的地 方）。不过，这并不意味着太阳光传播到那里就消失了， 只是人眼无法感知到很暗的光。但借 助天文望远镜，很容易就能看到太阳。 太阳光的传播距离 太阳发出去的光只要没有遇到东西被吸收， 它们就不会消失在宇宙中， 而是会一直在空间 中以光速传播。宇宙空间几乎是空的， 绝大部分太阳光都不会被物质吸收。有些太阳光即便被 物质吸收，它们又会被再释放出来，并且损耗掉一些能量。例如，地球上的物体以及地球本身 都会吸收太阳光，并且也会释放出一些太阳光，这就是我们所看到的反光。 虽然产生光需要消耗能量， 但光的前进无需动力， 因为光子的静质量为零， 它们的传播不 需要消耗能量。光的传播也无需介质，因为它们本质上是不断交替变化的电场和磁场，电磁场 能够存在于空间中，不依赖于介质。
因此，大部分的太阳光可以在宇宙中不断前进。由于太阳在 46 亿年前诞生， 所以最早的 太阳光已经以光速传播了 46 亿光年。只是经过遥远距离的传播之后， 太阳光的强度会极度衰 减，难以从背景噪音中被分辨出来。 如果 46 亿光年外的星系上有先进的外星文明， 他们有能力聚集到极其微弱的太阳光， 他 们就能看到 46 亿年前的太阳。因为太阳在 46 亿年前发出的光抵达了那里，接收到这些光就 能看到太阳的过去。 随着时间的推移， 太阳光会继续在宇宙中传播。如果宇宙未来的时间是无限的， 宇宙空间 不会消失，那么，太阳光的照射距离也将会是无限的。就目前来看， 空间在超光速膨胀，这意 味着时间再多，太阳光也无法照射到宇宙中的每一个角落。 照射最远的光 由于光速是有限且是一个常数， 那么，能够照射到最远距离的光， 就是宇宙中最古老的光。 宇宙在 138 亿年前形成， 但致密的早期宇宙并没有自由光子。一直到宇宙诞生 38 万年后， 自 由光子才开始散播到宇宙中。 如今，这些古老的光子已经在宇宙中传播了大约 138 亿光年。它们还能被探测到，只是 因为空间膨胀，使其变为肉眼不可见的微波，它们被称为宇宙微波背景辐射，这是宇宙大爆炸 的一大关键证据。