四、光现象
学习目标
光现象
课标基本要求 1.探究并了解光的反射定律 2.通过实验,了解光的折射现象及其特点 3.探究并了解平面镜成像时像与物的关系。知道平面镜成像的特点及应用 4.通过实验,了解白光的组成和不同色光混合的现象
第1节 光的直线传播
章节目标 能识别光源,知道光源分为天然光源和人造光源两类(物理观念) 了解光在同种均匀介质中的传播特点(物理观念、科学探究) 能列举光的直线传播在生活中的应用,能用光的直线传播解释影子、日食、月食、小孔成像现象(物理观念) 知道光在真空中的传播速度。知道光在不同介质中的传播速度不同(物理观念)
第2节 光的反射
章节目标 了解光的反射现象,知道人能看见不发光的物体的原因。(物理观念) 通过实验探究认识光反射的规律,知道法线、入射角和反射角的含义(物理观念、科学探究) 通过实验了解反射现象中光路的可逆性(科学思维、科学探究) 通过身边的事例和实验现象,能区分镜面反射和漫反射(物理观念)
第3节 平面镜成像
章节目标 通过实验,探究并知道平面镜成像的特点(科学探究) 了解平面镜成像的原理及虚像的形成(科学思维) 会分析日常生活中平面镜成像的现象(物理观念) 初步了解凸面镜和凹面镜及其应用(物理观念)
第4节 光的折射
章节目标 了解光的折射现象,通过实验探究光折射时的特点(物理观念、科学探究) 知道光在发生折射时,光路是可逆的(科学思维) 了解并应用光折射时的特点进行作图(科学思维) 能够利用所学知识解释生活中的折射现象(物理观念)
第5节 光的色散
章节目标 通过观察生活中的一些现象,知道太阳光是由各种色光组成的(物理观念) 通过实验,知道太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成的,知道光的色散现象(科学探究) 知道色光的三原色,色光按不同比例混合可以形成丰富的色彩(物理观念) 了解可见光谱,以及红外线与紫外线的应用(物理观念)
思维导图回顾知识
重难知识易混易错
专题重点回顾
光的直线传播 光在同种均匀介质中沿①________传播 光在真空中的传播速度约为②________m/s
光的反射 反射光线、入射光线和法线都在③__________________ 反射光线、入射光线分别位于④__________两侧 反射角⑤_______入射角
镜面反射和漫反射都⑥______光的反射定律
平面镜成像的特点 像和物的大小⑦_______ 像和物到平面镜的距离⑧_______ 像和物的连线与镜面⑨_______ 平面镜成⑩_______的 _______像
光的折射 折射光线、入射光线和法线在 _______ 折射光线和入射光线分别位于 _______两侧 当光从空气斜射入水中或其他介质中时,折射角 _______入射角;当光从水或其他介质斜射入空气中时,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 _______
色光的三原色:红、 _______、蓝
易错点
1.小孔成像和影子的区别与联系
项目 小孔成像 影子
不同点 “小孔成像”是由光的直线传播形成的,相对于物体成倒立的像 “影子”是光不能到达的地方形成的较暗区域
“像”的形状和物体是相似的,与孔的形状无关 “影子”和物体形状不一定相似
相同点 都是光沿直线传播形成的
【例】(多选)《墨经》中记载了世界上最早的“小孔成像”实验,如图所示,从物体发出的光沿直线穿过小孔,在另一侧的光屏上形成像,下列说法中正确的是( )
A.小孔成像成的是倒立的实像
B.所成像的形状与小孔的形状有关
C.物体靠近小孔,光屏上所成的像变大
D.小孔成像与手影游戏中手影形成的原理相同
答案:ACD
解析:A、小孔所成的像是倒立的实像,大小取决于像到小孔的距离和物体的大小,故A正确;B、小孔所成的像是与孔的形状无关,故B错误;C、小孔所成的像,大小取决于像到小孔的距离,物体离得越近,像就越大,故C正确;D、小孔成像与手影游戏中手影形成的原理都是光沿直线传播,故D正确。
2.误认为物体离平面镜越近成像越大
物体通过平面镜成像时,像与物体的大小相等。我们观察物体时,从物体两端(上下或左右)引出的光线在人眼处所成的夹角叫视角(如图所示),物体离人越近视角越大,人感到物体越大;反之,人感到物体越小。同样的道理,我们在镜中看到自己离镜子越远像“越小”也是受视角的影响。其实,物体通过平面镜所成像的大小与物体的大小是相等的,即像的大小是不变的。
【例】某人从远处走近一个穿衣镜时,他在镜中的像以及人和像间的距离将( )
A.像变大,人和像间的距离变大 B.像变大,人和像间的距离变小
C.像不变,人和像间的距离不变 D.像不变,人和像间的距离变小
答案:D
解析:人走进平面镜时,人的大小不变,人在平面镜成像大小和人的大小相等,所以像的大小不变人走进平面镜时,人到平面镜距离减小,根据物像到平面镜的距离相等,所以像到平面镜的距离减小,所以人和像间的距离减小。
3.平面镜成像位置的判断
平面镜成像,像与物关于镜面对称。物体不动,镜面不动,观察者运动,像的位置不变;物体运动,镜面不动,像的位置改变;物体不动,镜面在其所在平面内运动,像的位置不变;物体不动,镜面运动且不在原来所在的平面,像的位置改变。镜面破碎成两半,或重新组合,或在同一平面内移动,两块镜面都能在同一位置成完整的像,像的大小不变。
【例】如图所示,在鞋店试穿新鞋时,小明直立面向竖直放置在地面上的“试鞋镜”,看不到镜中自己脚上的新鞋。小明做了以下一些动作:①保持直立远离“试鞋镜”;②保持直立靠近“试鞋镜”;③站在原地下蹲;④站在原地竖直向上提起一只脚;⑤请别人将试鞋镜抬高一些。能够让他看到镜中自己脚上的鞋的是( )
A.②④ B.①③ C.③④ D.③⑤
答案:D
解析:根据图示,要想看到镜中的新鞋,就要使眼睛看到新鞋成的像;也就是说鞋子反射的光线经过平面镜反射后必须能进入人的眼中,①若人离镜子远一些,像也会离镜子远一些,同时入射角减小,入射光线与反射光线的夹角减小(反射光线偏低),反射光线始终在眼睛的下方,故不能看到新鞋的像。故①错误;
②平面镜成像时物和像到镜面的距离相等,由相似三角形的性质可知,刚好看到镜中的鞋时,人眼到地面的高度正好是镜子高度的2倍,只有满足“人眼到地面的高度小于等于镜子高度的2倍”时,人才能看到镜中的鞋;所以,保持直立靠近“试鞋镜”,如果原来看不到靠近后依然无法看到。故②错误;
③鞋子反射的光线经过平面镜反射后必须能进入人的眼中,由图可以看出:站在原地下蹲,可以看到镜中的鞋,故③正确;
④站在原地竖直向上提起一只脚,入射角减小,入射光线与反射光线的夹角减小(反射光线偏低),反射光线始终在眼睛的下方,故不能看到新鞋的像。故④错误;
⑤鞋子反射的光线经过平面镜反射后必须能进入人的眼中,由图可以看出:请别人将试鞋镜抬高一些,可以看到镜中的鞋,故⑤正确。
4.光的反射和光的折射
项目 光的反射 光的折射
不同点 介质 反射光线与入射光线在同种介质中 折射光线与入射光线在不同介质中,位于界面两侧
角度大小关系 反射角等于对应的入射角 折射角与入射角不一定相等
光垂直入射时的方向 反射光线与入射光线方向相反 折射光线与入射光线方向相同
相同点 三线共面 反射光线或折射光线与对应的入射光线、法线都在同一平面内
与法线关系 反射光线或折射光线都与对应的入射光线分别位于法线两侧
两角关系 反射角或折射角都随对应的入射角的改变而改变,即同时变大或同时变小
光路可逆性 光路都是可逆的
成像情况 光在两种介质分界面处发生反射和折射时都能成像
【例】如图所示,一束光在空气和玻璃两种介质的界面上同时发生反射和折射(图中入射光线、反射光线和折射光线的方向均未标出),其中入射光线是___________(用字母表示),折射角等于__________,界面的___________(选填“上”、“下”或“左”、“右”)方是玻璃。
答案:EO;45°;左
解析:由图可知,,所以,而,根据反射角等于入射角都等于30°,可知CD为法线,AB为界面,而折射光线和入射光线分别位于法线两侧,则OG一定为折射光线,EO为入射光线,OF为反射光线;折射角为,根据折射角大于入射角可知界面AB的右边是空气,左方是玻璃。
单元核心素养对接中考
1.关于光反射时,下面描述不正确的是( )
A.漫反射和镜面反射都遵循光的反射定律
B.与某一平面镜夹角是30°的入射光有两条
C.入射光与其对应的反射光一定关于法线轴对称
D.反射光线和入射光线所在的平面一定与平面镜垂直
2.从岸边看水中的鱼,看到“鱼”的位置与实际位置不同。下列模型能解释此现象的是( )
A. B.
C. D.
3.彩色电视机荧光屏上呈现各种颜色,都是由三种基本色光混合而成的,这三种基本色光是( )
A.红橙黄 B.绿红蓝 C.橙靛紫 D.黄绿蓝
4.[2024年甘肃兰州中考真题]如图甲所示,在“探究平面镜成像特点”的实验中,小亮将点燃的蜡烛A放在玻璃板的前面,他通过玻璃板能够看到蜡烛A在玻璃板后面所成的像,下列与平面镜成像相关的说法中不正确的是( )
A.选用与蜡烛A完全相同的蜡烛B做实验,目的是便于比较像与物的大小
B.蜡烛A靠近玻璃板时,所成像的大小不变
C.移开蜡烛B,若将光屏置于像的位置,则光屏上会出现蜡烛A的像
D.图甲所示的实验中,蜡烛A的成像原理与图乙中的③相同
5.[2024年广东广州中考真题]如图,光导纤维在传递信息时,光从内芯的一端传输到另一端,其原理应用了光的( )
A.折射 B.反射 C.色散 D.直线传播
6.[2024年湖南长沙中考真题]戏剧是我国的传统艺术瑰宝。戏剧演员对着平面镜画脸谱时,下列说法正确的是( )
A.平面镜成像是由于光的反射 B.平面镜成像是由于光的折射
C.演员面镜时像变大 D.平面镜所成的像是实像
7.[2024年安徽中考真题]下列现象中由于光的反射形成的是( )
A.水面倒影 B.树下光斑 C.墙上留影 D.杯中“折”笔
8.如图所示,让一束太阳光通过三棱镜射到白屏上,屏上标出了三个区域,其中能让温度计的示数明显升高的区域和能识别人民币真伪的区域应该是( )
A.区域①既能升温,又能识币 B.区域②既能升温,又能识币
C.区域①能升温,区域③能识币 D.区域③能升温,区域①能识币
9.关于光现象,下列说法正确的是( )
A.晴朗的夜晚能看见月亮,它是光源
B.光的传播不需要介质,光在空气中传播速度约为
C.漫反射的光线杂乱无章,不遵循光的反射定律
D.光线的引入用到了理想模型法,它表示光的传播路径和方向
10.如图所示,一束光从空气斜射入水中,同时发生反射和折射,下列说法正确的是( )
A.入射角为,AB是法线 B.反射角为,NM是法线
C.折射角为,AB是界面 D.折射角为,NM是界面
11.[2024年四川成都中考真题]夜幕降临,横跨成都锦江两岸的安顺廊桥灯火璀璨,桨声灯影里,夜色让人陶然而醉…正所谓“锦江灯月遥相近,烟火市井三千年”。如图8,水中“灯影”是由于光的_______形成的;若锦江水面上涨,水中“灯影”到水面的距离变________。
12.如图所示为水位测量仪的示意图。A点与光屏PQ在同一水平面上,从A点发出的一束与水平面成45°角,方向不变的激光,经水面反射后,在光屏上的B点处形成一个光斑,光斑位置随水位变化而发生变化。
(1)A点与光屏在水中所成的像是________像(选填“虚”或“实”)
(2)A点与水面相距3m,则A与它在水中的像A′之间的距离为________m;
(3)若光斑B向右移动了1m,说明水位__________(选填“上升” 或“下降”)了_________m.
13.某晚会上现场演示了一支激光笔瞬间射爆气球的实验(如图所示),以提醒人们激光笔可能会对眼睛造成灼伤伤害。有人认为从激光笔中射出的红光是红外线,你认为正确吗?___________,你的理由是________________________________。实验中选择了黑色的气球而不是白色的气球是因为__________________________。
14.在探究光折射时的特点时,如图甲所示,让一束光从空气斜射入水中。
(1)如图甲所示,光从空气中斜射入水中时,入射角为__________度,折射角__________(填“大于”、“等于”或“小于”)入射角。如果让光逆着折射光的方向从水斜射入空气中,可以看到折射角__________(填“大于”、“等于”或“小于”)入射角;
(2)我国古代人民很早就对光的折射现象有所观察和研究,在古诗文中就有“潭清疑水浅”的描述,说的是人从岸上看到的潭底的位置比实际的要高,但观察者会认为光是从A'处射来的,请在图乙中画出观察者看到物体A的光路图__________。(保留作图痕迹)
15.小亮在水平桌面上做“探究平面镜成像特点”的实验。
(1)实验中应按照图甲中__________(选填“①”“②”或“③”)的方式观察棋子A的像A′,选用玻璃板而不用平面镜的目的是_________;
(2)在较暗的环境中进行实验,为便于观察,应用光源将__________(选填“棋子A”或“棋子像A′”)照亮;
(3)改变A的位置,实验得到三组物、像位置点如图乙所示,由此可知初步结论是__________;
(4)无论怎么移动桌面上的棋子B,都无法与棋子A的像重合,造成这一现象的原因可能是:__________;
(5)若小亮手持棋子A以6cm/s的速度平行于平面镜在桌面上移动,则棋子A的像相对于棋子A是__________(选填“运动”或“静止”)的。
16.图所示是“探究光的反射规律”的实验装置。
(1)实验中,纸板应_______平面镜放置;
(2)使一束光贴着纸板A沿方向射向平面镜,图观察反射光线在纸板B上的位置,描绘出反射光线和入射光线的径迹,如图甲所示。量出入射角和反射角,并记录于表格中。
实验次数 1 2 3
入射角 30° 45° 60°
反射角 30° 45° 60°
实验时要多次改变入射角的大小并进行测量比较,目的是_______;
A.减小误差 B.寻找普遍规律
比较反射角和入射角,可以得出的结论是_______;
(3)图甲中若让光逆着的方向射向平面镜,会看到反射光沿着方向射出。这表明:光反射时,光路是_______的;
(4)在图乙中,将纸板B沿剪开,把纸板B的上半部分向后折转。实验时发现在纸板B的上半部分_______(选填“能”或“不能”)看见反射光线,表明反射光线、入射光线和法线在_______内。
答案及解析
①直线 ②3×108 ③同一平面内 ④法线 ⑤等于 ⑥遵循 ⑦相等 ⑧相等 ⑨垂直 ⑩正立 虚 同一平面内 法线 小于 大于 增大 不变 绿
1.答案:B
解析:A.漫反射和镜面反射都遵循反射定律,故A正确,不符合题意;
B.由反射定律知道,与平面镜的夹角为30°,入射到平面镜上的光线,入射角为60°,反射角也为60°,这样的光线可以从平面镜的不同角度入射到平面镜上,因此有无数条,其反射光线也应该有无数条,故B错误,符合题意;
C.反射光线和入射光线分别位于法线两侧,反射角等于入射角,所以入射光与其对应的反射光一定关于法线轴对称,故C正确,不符合题意;
D.法线是过入射点垂直于镜面的直线,当反射光线和入射光线所在的平面与镜面垂直时,此时过入射点垂直于镜面的法线也和反射光线和入射光线所在的平面在同一平面内,所以可以不借助法线得出:光反射时,反射光线和入射光线所在的平面与镜面垂直,故D正确,不符合题意。
故选B。
2.答案:B
解析:从岸边看水中的鱼,是鱼反射的光进入人眼,光由水中斜射入空气时,折射角大于入射角,看到鱼的位置比其实际位置要浅;故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
3.答案:B
解析:光的三原色是红、绿、蓝。故B项正确,ABC项错误。
故选B。
4.答案:C
解析:A.在“探究平面镜成像特点”的实验中,选用与蜡烛A完全相同的蜡烛B做实验,若B与A的像能重合,则可证明A的像与A的大小相同。故A正确,不符合题意;
BC.平面镜所成的像是正立、等大的虚像,虚像只能用眼睛看到,不能用光屏承接,故B正确,不符合题意,C错误,符合题意;
D.水中倒影是光的反射形成的,平面镜成像也是光的反射形成的,它们原理相同,故D正确,不符合题意。
故选C。
5.答案:B
解析:如题图所示,光是不断地经光纤壁反射向前传播,即光的传输利用了光的反射,故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
6.答案:A
解析:AB.平面镜成像是光在平面镜上发生反射,其反射光线的反向延长线会聚于一点形成一个像,所以平面镜成像的原理是光的反射,故A正确,B错误;
C.平面镜所成的像与物大小相等,所以演员面镜时像的大小不变,故C错误;
D.平面镜所成的像是实际光线的反向延长线会聚形成的,不能用光屏承接,所以是虚像,故D错误。
故选A。
7.答案:A
解析:A、水中倒影,属于平面镜成像现象,是由于光的反射形成的,故A正确;
B.树荫下圆形光斑是由于光沿直线传播形成的,故B错误;
C.手影是由于光沿直线传播形成的,故C错误;
8.答案:C
解析:BD.太阳光经三棱镜后发生色散,图中位置从上到下依次呈现红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色的色光,红光之外是红外线,红外线的热效应很强,红外线能使温度计示数升高很快,即在①区域,故BD不符合题意;
AC.紫光之外是紫外线,紫外线能使荧光物质发光,因此可以识别钱币,即在③区域,故A不符合题意,C符合题意。
故选C。
9.答案:BD
解析:A.月亮本身不能发光,靠反射太阳的光,所以月亮不是光源,故A错误;B.光的传播不需要介质,可以在真空中传播空气中的光速可以近似看成,故B正确;C.漫反射和镜面反射都遵循光的反射定律,故C错误;D.光线是表示光的传播径迹和方向的一条带箭头的直线,是一种理想化模型,故D正确。
故选:BD。
10.BC
解析:根据题意可知
根据反射角等于入射角,折射光线和入射光线分别位于法线两侧,所以NM为法线,AB为界面,OE为折射光线,入射角
反射角
折射角故BC正确,AD错误。
故选 BC。
11.答案:反射;小
解析:水中灯影是平面镜成像现象,是因为光照射到水面上发生光的反射形成的。
若锦江水面上涨,则灯距离水面的距离减小,即物距减小,由平面镜成像规律可知,像距等于物距,所以像距变小,故水中灯影到水面的距离变小。
12.答案:(1)虚;(2)6;(3)下降;0.5
解析:(1)A点与光屏在水中所成的像是平面镜成像。平面镜成像的原理:物体射到平面镜上的光,经平面镜反射后的反射光线是发散的,这些光线的反向延长线相交而成的点,就是我们看到的像,不是由实际光线会聚而成的,不能呈现在光屏上,故称为虚像;
(2)平面镜成的是正立等大的虚像,像和物关于镜面对称,A点与水面相距3m,则A与它在水中的像A′之间的距离为物与平面镜距离的二倍为6m;
(3)若光斑B向右移动了1m,说明光延后反射,水位下降。由于从A点发出的一束与水平面成45°角,则入射角为45°,由等边直角三角形可知,水位下降0.5m。
13.答案:不正确;激光笔发出的光肉眼可以看见;黑球能够吸收所有色光
解析:激光笔射出的红光不是红外线,因为激光笔发出的光肉眼可以看见。
因为黑球能够吸收所有色光,所以选择黑色的气球。
14.答案:(1)40;小于;大于;(2)见解析
解析:(1)在光的反射中,反射光线与入射光线分居在法线两侧,在光的折射中,折射光线与入射光线分居在法线两侧。由图可知
光从空气中斜射入水中时,AO是入射光线,OC是折射光线,OB是反射光线,图中一小格代表10°,入射角是入射光线与法线的夹角,是40°;折射角是折射光线与法线的夹角,小于30°,故小于入射角。
光的折射现象中,光路是可逆的,当光从水斜射入空气中,可以看到折射角大于入射角。
(2)连接A′与眼睛,确定入射点,连接入射点与A点,即为入射光线,如图所示:
15.答案:(1)①;便于确定像的位置;(2)棋子A;(3)像到平面镜的距离等于物体到平面镜的距离;(4)玻璃板没有竖直放置;(5)静止
解析:(1)由于是物体A发出光线经平面镜反射后,逆着反射光线看到像,故按①的方式观察棋子的像;因为用玻璃板,可以成像,也可以透过玻璃看到替代像的蜡烛B,从而确定像的位置。
(2)在较暗的环境中进行实验,为便于观察应用光源将照射棋子A,让棋子A反射光线更多,像成的更清晰。
(3)分析图乙可知,物与像关于镜面对称,像到平面镜的距离等于物体到平面镜的距离。
(4)无论怎么移动桌面上的棋子B,都无法与棋子A的像重合,可能原因是玻璃板没有竖直放置,导致像偏上或者偏下,也可能原因是玻璃棒太厚了,成两个像,导致像和物体无法重合。
(5)A以6cm/s的速度平行于平面镜在桌面上移动,像也以6cm/s的速度平行于平面镜在桌面上移动,以棋子A为参照物,像的相对位置没有改变,故像是静止的。
16.答案:(1)垂直
(2)B;光的反射现象中,反射角等于入射角
(3)可逆
(4)不能;同一平面
解析:(1)如果实验中硬纸没有与平面镜垂直放置时,稍有倾斜,则当入射光贴着硬纸板射向镜面上的O点后,法线将会不在硬纸板上,所以在硬纸板上不能看到反射光线,故实验中,纸板应垂直于平面镜。
(2)多次改变入射光线,再观测几组反射角和入射角,这样做的目的是比较反射角和入射角的大小关系,使实验结论具有普遍性,故B符合题意,A不符合题意。
故选B。
根据表格中的数据可知,在光的反射中,反射角等于入射角。
(3)如果让光线逆着的方向射向镜面,会看到反射光线沿着方向射出,这表明光反射时,光路是可逆的。
(4)将纸板B的上半部分向后折,如图乙所示,发现在纸板B的下半部分有反射光线,上半部分不能看到反射光线,此实验现象说明,反射光线、入射光线和法线在同一平面内。