4.1 光的直线传播 学案（含答案）

第十四时 光的直线传播
知识点一 光源

【例1】下面哪一组物体都是光源 ( C )
A.电池和萤火虫
B.烛焰和钻石
C.点燃的火把和萤火虫
D.月亮和防伪标签
解析 光源是自身能发光的物体。而电池、钻石、月亮、防伪标签自身不能发光,不是光源;萤火虫、烛焰、点燃的火把自身能发光,是光源;综合可知,C选项一组物体都是光源。
【练习】
1.生活中许多物体可以发光,下列物体不属于光源的是 ( )
答案 C 闪电、萤火虫、霓虹灯本身能发光,属于光源;月亮本身不发光,月光是月亮反射的太阳的光,故月亮不是光源。
2.下列物体中,全部是光源的是(　　)
A.耀眼的玻璃幕墙、正在燃烧的火柴、萤火虫
B.萤火虫、煤油灯的火焰、光彩夺目的钻石
C.篝火、正在发光的灯泡、夜空中的点点繁星
D.发光的灯泡、燃烧的篝火、太阳
答案　D　发光的灯泡、燃烧的篝火、太阳三者自身都能够发光,故均为光源。
3.太阳、月亮、放映电影时的银幕、烛焰中,属于光源的是(　　)
A.太阳、月亮 B.月亮、银幕
C.银幕、烛焰 D.烛焰、太阳
答案　D　太阳和烛焰自身能够发光,它们都是光源,月亮和放映电影时的银幕都亮,但它们不能自身发光,而是反射的其他光源发出的光,因此它们都不是光源。
知识点二 光的直线传播
1.光的直线传播
条件
光在同种均匀介质中沿直线传播
现象
影子的形成、日(月)食的形成和小孔成像等
应用
射击瞄准、根据影长测高度等
2.光线
如图所示,为了表示光的传播情况,我们通常用一条带有箭头的直线表示光传播的径迹和方向,这样的直线叫光线。
【注意】 实际上光线不存在,光线是为了研究方便而假想出来的,是一种理想化的模型。
3.光的直线传播的现象和应用
现象
成因
图例
影子
光在传播过程中遇到不透光的物体时,在物体后面光不能直接照射到的区域所形成的跟物体相似的黑暗部分称为影子。影子是由于光沿直线传播形成的,影子的范围也是由光的直线传播确定的,即由光源发出并与物体表面相切的光线围成的范围,
如图例所示。因此,影子的形状与物体轮廓相似
?
日食
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,在阴影区的人看不到太阳,这样就形成了日食
?
月食
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,在阴影部分的月球不能反射太阳光,这就形成了月食
?
小孔
成像
从烛焰A点发出的光照射到纸片上,通过小孔的一束光在沿直线传播时,射到光屏的下部形成一个小光斑A‘,同样,烛焰下部的B点发出的光穿过小孔后,投射到光屏的上部也形成了一个光斑B’,烛焰上每个点也都有对应的光斑,这样形成了一个相对于烛焰倒立的像,这就是小孔成像
?
【例2】下图中能够代表光线的是? ( )
解析 光线是表示光的传播路径和方向的直线,A、B选项中没有“箭头”无法表示光的传播方向,故不符合题意;C、D选项中,D是虚线,不符合题意,C为带箭头直线,符合题意。 答 案 C
【例3】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
答案 D 树荫下的地面上出现的圆形光斑,是太阳光通过浓密的树叶间的小孔所成的太阳的像,是实像。
【练习】
1.下列关于光线的说法正确的是( )
A.光源能射出无数条光线
B.光线就是很细的光束
C.人们用一条带有箭头的直线来表示光传播的径迹和方向,用到理想模型法
D.光线是用来表示光传播方向的直线,常用虚线表示
答案 C 因为光的传播方向确实存在,为了表示光的传播情况,物理学中用一条带有箭头的直线表示光传播的径迹和方向,即光线, 人们用一条看得见的实线来表示光线,用到理想模型法,故C正确,D 错误。光源能发光,但不是射出光线,故A错误;光线只是表示光传播径迹和方向的一条带箭头的直线,并不是很细的光束,故B错误。
2.关于光的传播,下列说法正确的是(　　)
A.只有在真空中才沿直线传播 B.在任何情况下都沿直线传播
C.光在介质中才能传播 D.在同种均匀介质中沿直线传播
答案　D　光可以在真空中沿直线传播,也可以在同种均匀介质中沿直线传播。
3.当某位同学从一路灯的下方走过时,该同学的影长(　　)
A.先变短后变长 B.先变长后变短
C.逐渐变长 D.逐渐变短
3.答案　A　影子是由于光的直线传播而形成的,当这位同学走向路灯时,脚部的影子还在脚下,但头部的影子却越来越靠近脚部,故影长逐渐变短;当这位同学远离路灯时,影长逐渐变长。
4.如图为电视播放的我国首批女子仪仗队训练时的画面,队员们之所以能够站得这么整齐是利用了光的 原理。
答案 直线传播
解析 女子仪仗队训练时,队员们之所以能够站得这么整齐是利用了光的直线传播的原理。
5.“皮影戏”是我国的民间艺术,演员只要在屏幕和灯光之间抖动拴在道具“小兔”身上的棍子,屏幕上就能出现生动活泼的小兔形象,并且与道具“小兔”动作完全一致,可谓形影不离,如图所示。这其中所涉及的光学知识主要有　　　　　　　　　　　　。?
答案　光在同种均匀介质中沿直线传播
解析　“皮影戏”应用了光在同种均匀介质中沿直线传播的原理。
6.如图所示的漫画说的是一个成语,你知道这个成语吗?　　　　 ,这个成语说明了一个物理原理是　　　　　　　　　　 。?
答案　一叶障目　光沿直线传播
解析　由图知,漫画中一个人把一片树叶放在眼前,便看不到天空了,漫画说的成语是:“一叶障目”,其原因是树叶挡住了沿直线传播的光,人便看不到树叶后面的物体,说明了光是沿直线传播的。
7.室内一盏电灯S(电灯可看做一点光源)。请画出不透明物体AB在墙壁上形成影子的光路,并标出影子的位置。
答案　如图所示
解析　从光源S作经过物体AB两端点的光线,这两条光线与墙壁的两交点间部分就是电灯S照不到的部分,即物体AB的影子。
知识点三 光的传播速度
1.真空中的光速是宇宙间最快的速度,在物理学中用字母c表示:c=2.997 92×108m/s,我们在计算中,真空中的光速近似取为c=3×108 m/s。
2.光在空气中的速度十分接近光在真空中的速度,也可视为3×108m/s,光在水中的速度约为真空中的3/4，光在玻璃中的速度约为真空中的2/3。
3.由于光的速度比声的速度快得多,打雷下雨时,雷声和闪电是同时产生的,但是我们总是先看到闪电,后听到雷声。
【拓展】 光年不是时间单位,而是长度单位。1光年表示光在一年中传播的距离:1光年=3×108×365×24×3 600 m≈9.46×1015m。
4.声、光传播的比较
现象
传播介质
传播速度
光的传播
透明物质,真空中光速最大
真空(或空气)中3×108 m/s
声的传播
固体、液体、气体都可传声,真空不能传声
空气(15 ℃)中 340 m/s
【例4】如图所示,将甲手机挂在玻璃罩内, 用乙手机拨打甲手机,能听到甲手机响亮的振铃声,同时也能看见甲手机来电指示灯闪烁,如果用抽气机不断地抽取玻璃罩内的空气,再用乙手机拨打甲手机,听到甲手机的振铃声越来越小,最后几乎听不到振铃声,但仍能看见甲手机来电指示灯闪烁,这个实验说明? ( )
A.声音和光的传播都需要介质 B.声音和光都可以在真空中传播
C.声音可以在真空中传播而光不能 D.光可以在真空中传播而声音不能
解析 当用抽气机不断地抽取玻璃罩内的空气时(空气越来越少, 最后几乎就是真空了),甲手机的振铃声越来越小,最后几乎听不到振铃声,这说明了声音的传播需要介质,声音不能在真空中传播;而我们仍能看见甲手机来电指示灯闪烁(属于光信号),这说明光的传播不需要介质,光可以在真空中传播。 答 案 D
【练习】
1.学校运动会上的百米赛跑,计时员为了计时准确些,总是( )
A.听枪声按停表,因为耳朵的灵敏度比眼睛高
B.看发令时散发的白烟按停表,因为眼睛的灵敏度比耳朵高
C.听枪声和看白烟都可以,因为枪声和白烟是同时产生的
D.看发令时散发的白烟按停表,因为光速比声速快得多
答案 D 因光在空气中的传播速度远大于声音在空气中的传播速度,所以在看到发令时散发的白烟按停表计时较为准确。
2.下列与光速有关的说法中正确的是( )
A.光的传播速度总是3.0×108 m/s B.光速是无限大的
C.光在水中的传播速度最大 D.光在真空中的传播速度最大
答案 D 光的传播不需要介质,在真空中的传播速度最大,为3.0× 108 m/s,光在其他介质中的传播速度都小于在真空中的传播速度, 在水中的传播速度约为在真空中传播速度的四分之三,光在玻璃 中的传播速度约为在真空中传播速度的三分之二。综上所述A、 B、C均错,D对。
重点题型 利用光的直线传播解释现象
【例5】2009年7月22日,在我国长江流域出现了“日全食”。如图表示日全食时太阳、地球、月球位置的示意图,图中的A处是 球,B处是 球,日全食现象可用光的 来解释。
解析 当不透明的月球位于太阳与地球之间时,月球挡住了沿直线传播的太阳光,在地球上完全看不到太阳的现象是日全食,由图可知:A是月球,B是地球。
答案 月 地 直线传播
点拨 本题考查了日食形成的原理及形成日食时太阳、地球、月球三者的位置关系,理解日食形成的原因是解题的关键。
【练习】
1.2015年4月4日,海南琼海市,月全食进程画面如图所示,月食形成的原因是　　　　　　　　　。?
答案　光沿直线传播
解析　当太阳、地球、月球在同一直线上,地球位于太阳与月球之间时,太阳发出的沿直线传播的光被不透明的地球完全挡住,光照不到月球上,在地球上完全看不到月球的现象就是月全食,月食是由光沿直线传播形成的。
2.如图是2014年10月23号在美国拍摄到的日偏食现象,形成这种奇观是由于光是　　　　传播的,也说明光　　　　(填“能”或“不能”)在真空中传播。?
答案　沿直线　能
解析　因为光是沿直线传播的。当月球转到太阳和地球中间并且三者在一条直线上时,月球挡住了太阳照射在地球上的光,地球处在月球的影子里,这就形成了日食,“日偏食”是日食的一种。日食现象同时也说明光能在真空中传播。
易错题型 误认为小孔成像的形状与小孔的形状有关
【例6】在纸上剪一个很小的方形孔,让太阳光垂直照在方形孔上,那么地面上产生的光斑( B )
A.是方形的 B.是圆形的
C.是椭圆形的 D.是长方形的
错因分析 由于生活经验干扰和对小孔成像原理理解不透彻,误认为小孔成像的形状与小孔的形状相同,错选为A。
解析 当太阳光通过纸上的方形小孔时,由于光的直线传播,在地
面上就会形成太阳的像,因此光斑的形状与太阳的形状一样,是圆形的,与孔的形状无关,故B说法正确。
【练习】
华在地面上铺一张白纸,将刻有边长为3 cm等边三角形孔的纸板正对着太阳,保持纸板与地面距离为1 m不变,观察白纸上的光斑。小华用另一张卡片覆盖在三角形孔上(如图所示),遮住孔的一部分,让太阳光透过小孔,将右侧的卡片缓缓向左移动,观察光斑变化情况。
(1)可以探究光斑的形状与　　　　的关系(选填“小孔形状”或“小孔大小”);?
(2)刚开始时,白纸上光斑大小将　　　　(选填“变大”、“不变”或“变小”),光斑亮度　　　　(选填“增强”、“不变”或“减弱”);?
(3)当小孔足够小时,此时光斑形状是　　　　形,继续移动覆盖的卡片,减小通光孔的大小,白纸上光斑大小将　　　　(选填“变大”、“不变”或“变小”)。?
3.答案　(1)小孔大小　(2)变小　不变　(3)圆　不变
解析　(1)据“用另一张卡片覆盖在三角形孔上(如图所示),遮住孔的一部分,让太阳光透过小孔,将右侧的卡片缓缓向左移动,观察光斑变化情况”可以判断出探究的是光斑的形状与小孔大小的关系。(2)因为太阳光是平行光,开始时孔较大,所以形成的是和孔面积大小相等的光斑,故刚开始时,白纸上光斑大小将变小,而且亮度与孔大小无关,光斑亮度不变。(3)小孔到地面的距离一定,小孔越小,地面上就越容易得到太阳的像,小孔足够小时光斑形状是圆形,继续移动覆盖的卡片,减小通光孔的大小,白纸上光斑大小将不变,光斑亮度减弱。
家庭作业
1.生活中许多物体可以发光,下列物体不属于光源的是(　　)
A.太阳 B.月亮 C.萤火虫 D.水母
答案　B　月亮自身不能发光,因此月亮不是光源。
2.下面现象中不能说明光沿直线传播的是(　　)
A.影子的形成 B.小孔成像
C.看不见高墙后面的物体 D.闪电后才听到雷声
答案　D　影子的形成、小孔成像、看不见高墙后面的物体都可以说明光沿直线传播,而闪电后才听到雷声说明光速比声速快得多。
3.光在真空中的传播速度约为(　　)
A.340 m/s B.340 km/s C.3×108 m/s D.3×108 km/s
答案　C　光在真空中的传播速度为3×108 m/s。
4.(多选)小明同学在课外按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(　　)　　　 　　　　　　 　　　　　　
蜡烛的正立像
B.蜡烛的倒立像
C.三角形光斑
D.蜡烛的实像
答案　BD　小孔成像是由于光的直线传播形成的,物体经过小孔成的像是倒立的实像,而不是光斑,像的形状与物体相同,而与小孔的形状无关。
5.如图,PQ为一光屏,M、N是一个窗户的上下边沿,S是光源,试在PQ上确定光源S能照亮的范围。
答案　如图所示
解析　由于光在同种均匀介质中是沿直线传播的,故从S点发出的光线经过M的最下端和N的最上端,照在PQ上的范围就是光源S能照亮的范围。