翰林匯翰林匯翰林匯翰林匯第十五章光的傳播
目的要求：掌握光的反射定律、折射定律，掌握發生全反射現象的充要條件。熟悉平面鏡、稜鏡、平行玻璃磚等光學器件對光路的控制特徵。了解光的色散現象。掌握畫反射光路與折射光路的方法
重點難點：
教具：過程及內容：
光的直線傳播光的反射
一、光源
1．定義：能夠自行發光的物體．
2．特點：光源具有能量且能將其它形式的能量轉化為光能，光在介質中傳播就是能量的傳播．
二、光的直線傳播
1．光在同一種均勻介質中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：c＝3×108m/s；各種頻率的光在介質中的傳播速度均小於在真空中的傳播速度，即 v說明：①直線傳播的前提條件是在同一種介質，而且是均勻介質。
否則，可能發生偏折。如從空氣進入水中（不是同一種介質）；「海市蜃樓」現象（介質不均勻）。
②同一種頻率的光在不同介質中的傳播速度是不同的。不同頻率的光在同一種介質中傳播速度一般也不同。在同一種介質中，頻率越低的光其傳播速度越大。根據愛因斯坦的相對論光速不可能超過c。
③當障礙物或孔的尺寸和波長可以相比或者比波長小時，發生明顯的衍射現象，光線可以偏離原來的傳播方向。
④近年來（1999-2023年）科學家們在極低的壓強（10-9pa）和極低的溫度（10-9k）下，得到一種物質的凝聚態，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止運動。
2．本影和半影
（l）影：影是自光源發出並與投影物體表面相切的光線在背光面的後方圍成的區域．
（2）本影：發光面較小的光源在投影物體後形成的光線完全不能到達的區域．
（3）半影：發光面較大的光源在投影物體後形成的只有部分光線照射的區域．
（4）日食和月食：人位於月球的本影內能看到日全食，位於月球的半影內能看到日偏食，位於月球本影的延伸區域（即「偽本影」）能看到日環食．當地球的本影部分或全部將月球反光面遮住，便分別能看到月偏食和月全食．
具體來說：若圖中的p是月球，則地球上的某區域處在區域a內將看到日全食；處在區域b或c內將看到日偏食；處在區域d內將看到日環食。若圖中的p是地球，則月球處在區域a內將看到月全食；處在區域b或c內將看到月偏食；由於日、月、地的大小及相對位置關係決定看月球不可能運動到區域d內，所以不存在月環食的自然光現象。
【例1】下列有關光的陳述中正確的是（ ）
a、人能使用雙眼估測物體的位置利用的是光的直線傳播規律
b、大孔不成像，說明光通過大孔不是直線傳播的
c、位於月球本影區的人，能看到月全食
d、光總是直線傳播的，光在真空中傳播的速度最大
解答：從物體上發出的兩條光線分別到達人的兩眼，而根據兩條光線的反向交點，就可確定物體的位置；大孔之所以不成像是因為大孔可看成由許多小孔組成，每乙個小孔所成的像重疊在一起造成的；位於月球本影區的人看到的是日全食；當月球在地球的本影裡才發生月全食；光只有在同種均勻介質中才是直線傳播的，選項b、c、d都不正確，只選a。
【例2】 有關日食和月食，下列說法正確的有（ ）
a、當月亮將照到地球的太陽光擋住時，將發生日食．
b、當照到月亮的太陽光被地球擋住時，將發生月食．
c、日食發生在望日（農曆十五），月食發生在朔日（農曆初一）．
d、日食發生在朔日，月食發生在望日．
分析與解：在朔日，月球執行到地球和太陽的中間，如果月球擋住了照到地球的太陽光，就會發生日食．當地面上某一部分區域處在月球的本影區內，本影區內的人完全看不見太陽，叫做「日全食」；地面上某一部分處在月球的半影區，這裡的人看見太陽的一部分被月球掩蔽，叫做「日偏食」；當地面上某一部分區域處在月球的本影區的延長線上（偽本影區），地面上的人將會看到「日環食」．在望日，地球執行到月球和太陽的中間，如果地球擋住了照到月球的太陽光，月球沒有陽光可反射，就會發生月食，月食分為「月全食」和「月偏食」兩種情況． a、b、d．正確
3.用眼睛看實際物體和像
用眼睛看物或像的本質是凸透鏡成像原理：角膜、水樣液、晶狀體和玻璃體共同作用的結果相當於乙隻凸透鏡。發散光束或平行光束經這只凸透鏡作用後，在視網膜上會聚於一點，引起感光細胞的感覺，通過視神經傳給大腦，產生視覺。
①圖中的s可以是點光源，即本身發光的物體。
②圖中的s也可以是實像點（是實際光線的交點）或虛像點（是發散光線的反向延長線的交點）。
③入射光也可以是平行光。
以上各種情況下，入射光線經眼睛作用後都能會聚到視網膜上一點，所以都能被眼看到。
三、光的反射
1． 反射現象：光從一種介質射到另一種介質的介面上再返回原介質的現象．
2．反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面內，且反射光線和人射光線分居法線兩側，反射角等於入射角．
3．分類：光滑平面上的反射現象叫做鏡面反射。發生在粗糙平面上的反射現象叫做漫反射。鏡面反射和漫反射都遵循反射定律．
4．光路可逆原理：所有幾何光學中的光現象，光路都是可逆的．
四．平面鏡的作用和成像特點
（1）作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質．
（2）成像特點：等大正立的虛像，物和像關於鏡面對稱．
(3)像與物方位關係:上下不顛倒,左右要交換
【例4】如圖所示，兩個鏡相成直角，入射光線ab經過兩次反射後的光線為cd．今以兩鏡的交線為軸，將鏡轉動100，兩平面鏡仍保持垂直，在入射光線ab保持不變的情況下，經過兩次反射後，反射光線為c／d／，則c／d／與cd的位置關係為（ a ）
a．不相交，同向平行； b．不相交，反向平行
c．相交成200角d．相交成400角
解析：如圖所示，由於兩平面鏡垂直，∠2＋∠3＝900，由反射定律可知
∠1＋∠2＋∠3 ＋∠4＝1800 即反射光線cd與入射光線ab平行且反向．
同理，c/d／與ab和平行且反向． 所以cd／和cd同向平行．
【例5】如圖所示，兩平面鏡相交放置，夾角為300，入射光與其中乙個平面鏡的夾角為100，則：(d)
a、 光線經3次反射後能沿原路反射回去；
b、 光線經4次反射能沿原路反射回去；
c、 光線經5次反射能沿原路反射回去
d．光經不能沿原路反射回去
解析：第一次反射後，反射光線與另一平面鏡夾角為400＋300=700；第二次反射後，反射光線與原平面鏡夾角為700＋300=1000；第三次反射就向回反射，但不會按原光路反射．
一．光的直線傳播
【例6】如圖所示，在a點有乙個小球，緊靠小球的左方有乙個點光源s。現將小球從a點正對著豎直牆平丟擲去，打到豎直牆之前，小球在點光源照射下的影子在牆上的運動是
a.勻速直線運動b.自由落體運動
c.變加速直線運動 d.勻減速直線運動
解：小球丟擲後做平拋運動，時間t後水平位移是vt，豎直位移是h=gt2，根據相似形知識可以由比例求得，因此影子在牆上的運動是勻速運動。
思考:如果是平行光垂直照射豎直的牆壁而不是點光源呢?
答：由於光平行垂直照射豎直的牆壁，小球在牆前以垂直於牆的初速度被水平丟擲，所以小球在牆上的影與小球始終在一條水平線上，即小球的影和小球在豎直方向的運動性質相同。小球在豎直方向做自由落體運動，所以小球的影的運動為自由落體運動。
答案：a
【例7】某人身高1.8 m，沿一直線以2 m/s的速度前進，其正前方離地面5 m高處有一盞路燈，試求人的影子在水平地面上的移動速度。
解析：如圖所示，設人在時間t內由開始位置運動到g位置，人頭部的影子由d點運動到c點。
因為三角形abc∽fgc，所以有
因為三角形acd∽afe，所以有
由以上各式可以得到即解得s影=3.125t 。
可見影的速度為3.125m/s 。
二． 平面鏡成像
【例8】乙個點光源s放在平面鏡前，如圖所示．鏡面跟水平方向成300角，當光源s不動，平面鏡以速度v沿水平os方向向光源s平移．求光源s的像s/的移動速度．
解析：利用物像對稱性作出開始時光源s的像s/．設在t時間裡平面鏡沿水平os方向平移到s（即鏡面與光源s重合），則此時像與物重合，又由物像與鏡面對稱知：此過程像s/的運動方向必沿著s/s方向（垂直於鏡面）．
因為os＝vt，所ss/=2·（vtsin300）＝vt
故像的速率v/＝ss//t=v 答案：v
【例9】如圖所示，s為靜止的點光源，m為與水平成θ角的平面鏡，若平面鏡沿水平方向做振幅為a的簡諧運動，則光源在平面鏡中所成的虛像s/的運動是（ ）
a．在ss/連線上做振幅為4 asinθ的簡諧運動
b．在ss/連線上做振幅為2 asmθ的簡諧運動，
c．在水平方向上做振幅為4 asinθ的簡諧運動．
d．在水平方向上做振幅為2 asinθ的簡諧運動．
解析：平面鏡成像的特點是：像與物相對平面鏡是軸對稱圖形．正因為如此，像點與物點的連線總是與平面鏡垂直的，本題中的平面鏡是平動，而物點不動，所以過物點作與平面鏡垂直線的位置是不動的，那麼像點就在這條與平面鏡垂直線上移動，而不會在水平方向上運動．c選項和d選項顯然錯誤。
平面鏡的振幅為a，它在與平面鏡垂直的線上的投影為asinθ，當平面鏡靠近物點為asinθ，那麼像點靠近物點為2 asinθ，所以像點振幅為2 asinθ．b選項正確．
三、平面鏡成像的作圖
(1)平面鏡成像作圖技巧
a)、反射定律法：從物點作任意兩條入射光線，根據反射定律作其反射光線，兩反射光線的反向延長線的交點。如圖。
b、對稱法：先根據平面鏡成像有對稱性的特點，確定像點的位置，再補畫入射光線和反射光線．注意實際光線用實線且標前頭，鏡後的反向延長線用虛線，不標箭頭．
(2)確定平面鏡成像的觀察範圍的方法
平面鏡前的物體總能在鏡中成像，但只有在一定範圍內才能看得到．若要看到平面鏡中完整的像，則需借助邊界光線，邊界光線的公共部分，即為完整像的觀察範圍．
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