第二章：光现象.pdf

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1、17 第二章 光现象 细说小孔成像 在较暗的屋子里，把一支点燃的蜡烛放在一块半透明的塑料薄膜前面，在它们之间放一块钻有小孔的纸板。这时塑料薄膜上就出现了烛焰的倒立的像，这种现象叫做小孔成像，如图1 所示。下面我们从四个方面论述一下这种现象。一、从光线方面说 小孔成像是光的直线传播的直接证明，因为烛焰上某点发出的光射向四面八方，其中肯定有射向小孔的光线，这条光线会穿过小孔，射向光屏，从而在光屏上落下一个光斑，这个光斑的明暗、颜色都和烛焰上那个发光点相像。于是照在光屏上的许许多多光斑就组成了烛焰的像，如图1 所示，这是个倒立的实像。但是是放大的还是缩小的呢？这就要看光屏离小孔的距离了，光屏与物体离

2、小孔距离相等时，成等大的像，光屏离小孔越远，成的像就越大，离小孔越近，成的像就越小。二、从孔的大小方面说 如果孔开得比较大，如图2 所示，烛焰上某点发出的光就不止一束穿过小孔，这样在光屏上会留下若干个小光斑组成的较大光斑，许多大光斑组成的物体的像就变得模糊不清，所以小孔成像的孔不能开得太大。三、从孔的形状方面说 小孔成像中小孔的形状是不是非要圆形，其它的形状行吗？如方形、三角形，由于小孔成像主要是利用一个让光线通过的小孔，能让光线通过且“小”就行，所以其它形状的小孔也是可以的。四、从能量方面说 小孔所成像的能量全部来源来小孔中通过的光的能量，对于烛焰上的某一点来说，它的能量沿球状表面向外扩散，

3、小孔中通过的只是烛焰上能量中很小的一部分，所以要想这个像能被人看到，应该让光屏这一侧处于暗处。所以自制的“针孔照相机”的光屏总是处于一个黑暗的盒子里以便观察，如图3 所示。有人说，不会让进入小孔的光增加吗？如果你让进入小孔的光增加，只能把小孔开得大一些，这样，像又不清晰了。有时为了让像明亮些，我们通常采用让像小一些的方法，使微弱的光能不太分散，以提高亮度。五、从生活方面说 小孔成像不止出现在特定的小制作上，生活中我们也有小孔成像的例子。如浓密树阴下的圆形光斑，就是太阳经树叶缝隙而在地面上形成的像。六、从像与影的不同方面说 影是由于光射到不透明的物体上而在其后留下的阴影区域，它也是光沿直线传播的

4、有力证据，虽然影与物也有相似之处，但它与像却有着本质的区别，影子只有大小轮廓的相似，而像不但轮廓一样，其色彩与物体都是一样的。巧用光的直线传播测地球的周长 图 2 图 3 A B B A 图 1 授之以渔 重点讲解 动 手 动 脑 学 物 理 18 习题：(18 届上海大同中学杯初中物理竞赛)早在公元前 305 年，著名天文家埃拉托色尼就已经测量出了地球的周长，与现代科学公认的地球周长的真实值相差不到 0.1%。他在研究中发现，每年夏至这天，塞恩城(今埃及阿斯旺)正午的太阳光正好直射到城内一口深井的底部，而远在 S 以外的亚历山大城，夏至这天正午的太阳光却会使物体在地面上留下一条影子，他测得太

5、阳光方向与竖直方向之间的夹角为，由此得出地球的周长为()A360S BS360 C180S DS180 分析：我们将地球看成是球形，太阳光平行射到地球上，在塞恩城是竖直向下的，在亚历山大城，太阳光与竖直方向夹角为，如图所示，则两地之间对应的圆心角也为，也就是说，角对应的长度是 S，那么 360角对应的长度应该是多少呢？即有：S=360：L，则地球的周长SL360。故选 B。如何估测打雷处离我们的距离 夏天雷雨天气，常先看到闪电，后听到雷声，这是为什么呢？假如云层中某处出现了打雷、打闪，其实它们是同时发生的，这时既有闪电以光速向我们传播，同时又有雷声以声速向我们传播，由于这两个速度的大小不同，光

6、速比声速大，所以我们总是先看到闪电，后听到雷声。如果一位同学看到远方闪电开始记时，过了t 时间后听到雷击声，我们就可以据此数据估算出打雷处离我们的距离。若已知光的空气中的传播速度为 c，声音在空气中的传播速度为 v，若用 c、v、t 三个量表示打雷处跟该同学的距离，会是一个什么样的表达式呢？由于发生雷电时，闪光和雷声是同时发生的。看到闪电记时，雷声实际上已经传播了一段距离，要精确地求打雷处与该同学的距离，这个因素我们应该考虑到。如图 1 表示闪电与雷声的传播情况，A 表示发生雷电的地方，B 表示听到雷声的地方，A、B 间的距离设为 S。则由题意可得：声音传播所需时间减去光传播所需要的时间就是人

7、看到闪电后到听到雷声的时间间隔，即t。那么我们就有tcSvS，解之得vctcvS。该式只用 c、v、t 三个量表示了打雷处跟该同学之间的距离，看来这是一个精确计算打雷处距该同学距离的公式。在该式中，由于 cv，即 cvc，所以 Svt。就是说，当我们看到闪电时，近似认为雷声才向我们传播，其实这时雷声确实已经向我们传播一小段距离了，只不过这个距离非常小(图 1 中的OA 段)，我们完全可以忽略不计。这样我们就得到了一个近似计算打雷处与我们之间距离的公式。只要数出看到闪电距听到打雷时的时间，就可以估算计算打雷处距我们的距离。一次下小型雷阵雨时，小明成功地预示了一场雨势发展的势头，原来这天阴云密布，

8、电闪雷鸣，爸爸认为可能有大雨，可小明从看到闪电到听到雷声共用 15s，估算出了打雷处距我们约 15s340m/s=3570m，从而判断出雨不会下很大的结论，因为云层很高，不是下大雨的势头，果不其然，雨下不多久，就停了，爸爸直夸小明的预见能力强。殊不知，是物理知识帮了小明的大忙。用三种方法求做入射光线的反射光线 S 太阳光 S A B O 图 1 授之以渔 物理与社会 19 己知一条入射光线、平面镜的位置，求做反射光线。如图 1 所示。一、用量角器求做 先过入射点O做垂直于平面镜的法线MN；用量角器量出入射光线与法线的夹角，记为，这就是入射角的大小；然后再以O为顶点，以法线为边，做一条直线，使它

9、与法线的夹角等于，则这条直线就是反射光线的位置，光线位置确定后，再标出方向即为反射光线，如图示2 所示。这种做法快速、准确，直接应用了光的反射定律的具体内容，是大家首选的一种方法。二、用直尺求做 先过入射点O做垂直于平面镜的法线MN；用直尺做一平行于平面镜的直线，交入射光线AO于D，交法线MN于F；在直线DF的延长线上做一点E，使EF=DF；连接OE即为反射光线。这种方法的根据全等三角形的性质定理而得出的，在EFO与 DFO中，由于EF=DF，OF=OF，EFO=DFO=90，故EFO DFO，则EOF=DOF，即反射角等于入射角。该法也可理解为在入射光线上推任找一点，做出该点通过法线的对称点

10、，连接该点与入射点形成的直线就是反射光线的位置。三、利用平面镜成像规律求做 先在入射光线AO 上任取一点P，过P 点做平面镜的垂线，垂足为Q；然后延长PQ 至 P，使P Q=PQ；最后连接P O 并延长，延长线的位置即为反射光线的位置，再标出方向，就是反射光线。如图4 所示。这种方法利用的是平面镜成像时，反射光线反向延长线一定都过像点的原理而设计的。该法也可理解为在入射光线上任找一点，做出该点通过平南镜的对称点，连接该点与入射点形成直线的反向延长线即为反射光线的位置。下面我们用这种方法练习两个题目：1、已知反射光线的位置、平面镜的位置，如图5 所示。求做入射光线的位置。2、已知入射光线、反射光

11、线的位置，如图8 所示，求做平面镜的位置，并标出平面镜与入射光线的夹角。万变不离其宗 北师大版课本第一册69 页有一道这样的习题：在暗室里用手电筒照射一块毛玻璃，观察反射光的方向。然后用蘸水的湿毛巾擦玻璃，再用手电筒照射毛玻璃，观察反射光的方向。比较前后两次反射光有何变化。讨论这是为什么？分析：当手电筒照射毛玻璃时，由于毛玻璃表面粗糙不平，光在其上发生的是漫反射，反射光是射向各个方向的，所以我们在各个地方都能看清毛玻璃，如图 1 所示；当用湿毛巾擦试毛玻璃后，毛玻璃中凸、凹不平的地方都被小水滴所填满，表面变成了光滑的，所以当手电筒照射其上时，发生的是镜面反射，光线只向某一个方向反射，如果人眼正

12、好处于反射的区域，就会得到非常强的光线，从而显得刺眼；如果人眼没处在这个反射的区域，则眼中就得不到玻璃上反射的光线，从而看到的玻璃就是黑色的。图 3 O A D E M F 图 1 O A 图 2 图 7 O 30 图 8 图 1 毛玻璃表面 湿毛巾擦后的玻璃表面 图 4 A O P Q P 多题一解 20 该题的一些变式在不少习题中均有体现，现举例如下：变化一、打过油的皮鞋用软布反复擦，为什么越擦越亮？分析：没打过油的皮鞋表面是粗糙不平的，对光的反射是漫反射，显得不那么亮；而打过油后，鞋油将皮鞋凸、凹不平的地方都填平了，整个表面非常平整，光在其上发生的是镜面反射，所以皮鞋越擦越亮。变化二、晚

13、上，在桌上铺一张白纸，把一块小平面镜平放在纸上，让手电筒的光正对着平面镜照射，如图 2 所示，从侧面看去，白纸被照亮，而平面镜却比较暗。做做看，并解释为什么？分析：由于平面镜很光滑，垂直入射到镜面的光被垂直反射回去，射到其他方向的光很少，所以从侧面看去，基本上没有光进入人的眼睛，所以镜面看起来较暗；而白纸的表面比较粗糙，入射到白纸上的光发生的是漫反射而不是镜面反射，反射的光线射向各个方向，所以从侧面看到白纸比较亮。变化三、在教室前排两侧的同学经常会看到黑板反光，黑板反光是怎么回事？反光时，黑板上发生的是镜面反射还是漫反射？分析：黑板反光时，我们看到该处一片光亮，而其他位置则看不到这么亮，这说明

14、该处只向这一方向发生了反射，由于光线很强，因而看不清其上的字迹，由此可见，该处发生的是镜面反射而不是漫反射。变化四、铁板做成的公益广告牌上用油漆画上图案和文字，人们从广告牌前经过时，有时却看不清上面的内容，只感到有刺眼的光照来，这是何故？分析：由于公益广告用油漆画上了图案和文字，表面比较光滑，其上会发生镜面反射，光线在某一方向加强，如果人们从广告前正好经过这一方向，则只会感到有刺眼的光照来，而看不清其上的内容；如果没有经过这一方向，则不会有这种感觉。所以从广告前经过时，有时是看不清上面内容的。变化五、雨后的夜晚，路上有些积水，甲、乙同学在较暗的月光下，在路上相向而行，如图 3 所示。甲同学看到

15、的现象是水面比路面亮，那么乙同学看到的现象是怎样的？请你对乙同学看到的现象用学过的物理知识进行解释。分析：月光照在路面和水面时都会发生反射，但路面和水面对光的反射情况是不同的。路面粗糙，月光照上去时发生的是漫反射；水面光滑，月光照上去时发生的是镜面反射。对于甲同学来说，月光照射到路面上发生漫反射的光与照在水面上发生镜面反射的光都能看到，但由于镜面反射的光强，漫反射的光弱，所以他看到的水面比路面亮。对于乙同学，由于月光照在镜面上发生镜面反射的光射向了左方，不能进入乙同学的眼睛，他只能得到路面漫反射的光，故相比较而言水面暗，路面亮。变化六、如图 4 所示，有一正方体形状的不透明的房间，在其中的一面

16、墙上开有一个圆形小孔。在这面墙的对面有一个正方形的平面镜。在房间里有一个人靠在与平面镜垂直的一侧墙面上，当有一束垂直于圆孔的平行光通过圆孔射到平面镜上时，他能看到的是()A镜面上有一个圆形的亮斑 B 整个正方形镜子的形状 C整个房间的各处都是亮的 D 感到整个房间是一片黑暗 分析：当光竖直射到平面镜上时，平面镜会把光原路反射回去，而人站在平面镜的旁边，所以不会有光线射到人的眼里，也不会有光线射到墙壁上，人感到整个房间是一片黑暗的。故选 D。图 4 甲 乙 图 3 图 2 重点讲解 21 平面镜成像的点、线、面、体 对于某一点来说，平面镜所成的像与物相比有以下四个特点：像与物是等大的，像与物到平

17、面镜的距离是相等的，像与物的连线与平面镜是垂直的，平面镜所成的是虚像。如图 1 所示就是点 S 在平面镜中所成像 S与平面镜的位置关系图。如果不是一个点而是一条线，它在平面镜上的成像情况如何呢？如图 2 是直线 AB 在平面镜上的成像情况。由图看出，我们很难说清像 AB与物体 AB 之间到底存在什么样的位置关系。但有一点是明确的，物体 AB 上的各点在平面镜上所成的像是关于平面镜对称的。同样，如果涉及到面的成像，也存在这样的问题。涉及到体的成像，除了面的关系外，还有一个纵深度的问题，但无论是面或体的在平面镜上的成像，都遵循着物上的每个点所成的像是关于平面镜对称的。例 1、小明从平面镜中看到挂钟

18、的像如图 3 所示，则这时的时间是_。分析：该题中的挂钟面与实际钟表表面上的每个点应该是关于平面镜对称的，我们不妨在旁边画一个平面镜，找到指针的各点在平面镜中所成的像，可以看出，时间为 7 点 50 分，如图 4 所示。还有一种方法是沿着竖直的“6”和“12”刻度线将各指针左右对调，即为现在的时间；第三种方法是将纸反过来看，指针对应的时间即为现在的时间。例 2、如图 5 所示，一只大熊猫正抱着一根竹子在镜前欣赏自己的像。此时，它从镜中看到的自身像应该是图 6 中的()分析：该题中的熊猫是个立体物体，他不但有面的成像关系，而且还有立体的纵深度，但各点与像也都是关于平面镜对称的，所以与图 5 相对

19、的只有图 D。例 3、如图 7 所示是一张在湖边拍摄的照片。因为湖水平静，岸上景物为什么在湖水中形成的是倒影？分析：物体经平面镜成的像，像与物上的各点都是关于平面镜对称的，由于平面镜是平放的，物体上端所成的像就成在了下端，物体下端所成的像就成在了上端，所以物体所成的像看起来就是倒立的了。S S 图 1 图 5 图 6 A 图 2 B A B 甲 丙 丁 A B A B B A A B A B A B 乙 图 3 图 4 图 7 授之以渔 22 答光学开放题的技巧 例 1(2003 年福州)下文是某刊物的文章，请仔细阅读后，按要求回答问题。光污染，来自靓丽的玻璃幕墙 最近张小姐十分苦恼，因为她的

20、房子正对着一座新大厦的玻璃幕墙。有时站在她空的窗前，看到对面玻璃幕墙就像平面镜一样，将同楼居民家的一举一动看得清清楚楚。玻璃幕墙的反光也使她苦不堪言，只要是晴天，她的房间就被强烈的反射光照得通亮，无法正常休息。尤其是那种凹形建筑物，其玻璃幕大部在客观上形成一种巨形聚光镜，一个几十甚至几百平方米的凹透镜，其聚光功能是相当可观的，能使局部温度升高，造成火灾隐患。(1)从文中找出一个光学方面的物理知识填入横线_。(2)文中有一处出现了科学性错误，请在错误句子下面画上横线。(3)从上文找出一个玻璃幕墙给居民生活带来不便或危害的实例：_。(4)如何预防光污染？请你提出一条合理化建议：_。分析 该题是在阅

21、读材料提示下的开放，所以应围绕阅读材料进行。(1)找出与光学方面相关的物理知识，就对开放进行了限定，文章中出现了光的反射、平面镜成像、光的直线传播、凹面镜对光的会聚作用等知识，任选一个即可；(2)错误的一句是“凹透镜”，应该改为凹面镜，因为玻璃幕墙是反射光的，属于面镜；(3)不便和危害也可以在文章中找出，如造成火灾隐患(或危害居民身体健康、暴露生活隐私等)；(4)合理化建议更是体现了开放性，只要能针对危害提出减弱光污染的方案都可以。答案(1)光的反射(或平面镜成像等)；(2)“一个几十甚至几百平方米的凹透镜”(应为凹面镜)；(3)造成火灾隐患(或危害居民身体健康、暴露生活隐私等)；(4)建议对

22、城市玻璃幕墙的范围、设计制作和安装制定统一技术标准。(或限制玻璃幕墙等)例 2(2005 年呼和浩特)某小组用蜡烛、玻璃板(作为平面镜)、刻度尺等器材做“探究平面镜成像特点”的实验时，测的数据如下:(1)分析比较表格内的数据，你会发现第 2 次测量数据略有差异，这是实验过程中允许的误差。同学们经过分析认为这次误差可能是由于测量人造成的；或数读的不准，或放在玻璃板后的蜡烛与像没有重合等。请问除此之外还有什么原因可能会导致这个误差产生?答：_。(2)做实验时，用一块玻璃板代替了平面镜，请你说一说这样做的好处。答：_。分析这是属于结果性开放性试题。(1)从第 2 次测量的结果可知，像到平面镜的距离大

23、于蜡烛到平面镜的距离，这既是由于测量误差所造成的，也可能是因为玻璃板有一定的厚度，蜡烛在玻璃的后表面所成的像距前表面有一定差距而造成的。本题从“误差的产生”这一角度出发，激发了思维的发散，使我们找出了较多的“能够导致误差产生的各种原因”。(2)玻璃板代替平面镜的好处是能看到玻璃后像的位置。答案玻璃板有厚度；玻璃板不但能反射光成像，还能透光看到玻璃板后面的蜡烛。可见，开放类试题都依赖于一定的情景，命题者也往往从我们的学习过程中挖掘命题的素材，这就要求我们平时在学习时要多思、善问，具有质疑的习惯，在解题时要多从题意中挖掘有用的信息，多角度审视问题的根源，让思维具有灵活性。下面是一道通过图示提供信息

24、的开放题，请你尝试一下。次数 蜡烛到平面镜的距离 蜡烛的像到平面镜的距离 1 10.0cm 10.0cm 2 18.0cm 18.2cm 3 20.0cm 20.0cm 23(2005 年临沂)请你仔细观察，说出如图 1 所示中所隐含的物理知识。(至少说出三点)_、_、_。参考答案：答：平面镜成像；镜面反射；漫反射；像与物等大、正立、等距离、虚像等。提示：二者对比，明显地看出是镜面反射与漫反射的对比情景图。魔术师是怎样利用光学技术的 在文艺舞台上，从布景到演出，多是利用各种光学技术来渲染舞台气氛，加强艺术效果的。魔术师们就经常利用这种光学技术进行魔术表演，出现了令人叹为观止的艺术效果。1982

25、 年，法国巴黎举行世界魔术锦标赛，在演出“人体腾空”的节目时，魔术师故意在幽深的舞台两侧设置燃烧着的火盆，让它升起熊熊的烈火，显得耀人眼目；并以柔和的灯光照耀着女演员那美丽的身姿。两种光的运用紧紧地吸引住了观众的视线，而把那撑持女演员的黑色支架却巧妙地隐蔽在黑沉沉的帷幕之中，让人无法看见。这样，观众就觉得演员好像是缓缓地从地面腾空而起，悬浮在上方的，从而达到了节目的高潮。这里，一方面魔术师采用了转移观众视线的方法，用熊熊的烈火吸引了观众的注意力，但更重要的另一方面是利用了人眼能分辨物体是靠反差(衬度)和物体彩色不同等条件实现的。如在暗背景中，黑色物体不易被发觉；而在明亮的背景中，白色物体也不易

26、被发现。美国魔术师卫科波菲尔在电视里表演的“自由女神的消失”、机场上“飞机的消逝”等节目，就是根据这一光学原理获得成功的。同样，在表演“推斗式人体三分柜”的节目中，让观众看到的情景，是魔术师对柜内的女演员拦腰插入两块“钢刀板”，将她切成三段，而演员的头、脚仍在活动。等到把钢刀抽出后，女演员却安然无恙，真是惊险神秘，令人叫绝。其实女演员纤细的腰身只占据一部分空间，并且是暗区。人们都有这样的经验，同样大小的黑色物体和白色物体，看起来白色物体显得大些，而黑色物体显得小些，这是人眼的视觉错觉造成的。正是如此，在特别明亮部位下面的小暗区里，看起来显得特别狭窄，特别暗，好像钢刀真得将人切成三段似的。这又利

27、用了人眼视觉的错觉而表演成功的。探究光折射的本质 光从一种物质进入另一种物质时，其传播方向通过会发生改变，这是由实验现象得出的结论，但究竟为什么会发生这样的偏折呢？我们看一个例子。一位骑马的通讯员，要从 A 点把一份报告送到 C 点的司令官那里，如图 1 甲所示。在他和司令官帐幕之间隔着一片沙地和一片大草地，沙地和草地的分界线是一条直线，马在沙地里走是很困难的，这儿的速度只等于在草地上速度的一半。问：为了尽快把报告送到，这位骑马的通讯员应该选择怎么样的路线？初看，最快的路径自然应当是从 A 到 C 的直线。但沙地上难走他是明白的，这使他正确地考虑到难走的沙路应该越短越好，就是越过这块沙地的路线

28、应该越斜得少越好；当然，这样做会加长了越过草地上的路；但马在草地上可以走得比较快，速度等于沙地的 2 倍，因此路长一些也还是有利的，可以使得全程在较短时间里走完。看来，本题按曲折路线走将比靠直线走会更节省时间，到底应该选分界线 EF 的那个位置越沙地，就要看马在这两种土地上跑得有多快了。如果沙地非常难走，速度小，则 H 点应该向左再移一些；如果沙地容易一些，即速度大，H 点就可以向右移动一些；当马在两种土地上的速度一样时，沿直镜面玻璃 毛玻璃 图 1 A B C E F 沙地 草地 A B C E F 沙地 草地 H G 甲 图 1 乙 物理与社会 学以致用 24 线 AC 走就可以了。可见是

29、速度的不同才让通讯员选择了弯折的路线。光线的传播也是这样，当光穿过两种物质时，由于光在两种物质中的传播速度是不同的，为了达到所用时间最小的目的，它的前进路线也不是直线，而是要发生偏折，在速度小(难走)的物质中，其经过的路线会尽量短，即与法线对应的夹角较小；在速度大(容易走)的物质中，其经过的路线会尽量长，即与法线对应的夹角较大。下面我们看二个类似的中考题：例 1、(2005 年济宁市课改区)在研究光的折射时，小明知道了光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角；光从水斜射入空气时，折射角大于入射角。小明想：光在其他透明介质的分界面发生折射时有什么规律呢？即什么条件下折射角小于入射角，什么条件下折射

30、角大于入射角？为了研究这个问题，他在老师的指导下做了如下实验：让一激光手电筒射出的光束从水斜射入玻璃，再从玻璃依次斜射入冰、空气中，其光路如图 2 所示。然后老师又告诉他光在一些透明介质中的传播速度，如下表。试回答：(1)针对小明提出的问题，仔细观察图中的光路，对照表格中的数据进行分析，你能得出什么结论？(2)根据你得出的结论，请在图 3 中画出光由玻璃斜射入酒精中时，折射光线的大致位置。分析 本题既是一道典型的信息给予题，又揭示了光的偏折与光速之间的关系。(1)由光路图和物质中光速的大小比较可以看出，光线由水射入玻璃中时，折射角小于入射角，而这时对应的光速v水v玻璃；光由玻璃射入冰中时，折射

31、角大于入射角，此时 v玻璃v冰；光由冰射入空气时，折射角大于入射角，此时 v冰v空气。故由此可以看出，光速大的物质中对应的角度大(无论是入射角还是折射角)，光速小的物质中对应的角度小；或者说光从传播速度大的介质斜射入传播速度小的介质中时，折射角小于入射角；光从传播速度小的介质斜射入传播速度大的介质中时，折射角大于入射角。(2)要判断出光由玻璃斜射入酒精时折射光线的大致位置，就要比较玻璃与酒精中光的传播速度，由于光在玻璃中的传播速度小于在酒精中的传播速度，故光在玻璃中对应的角度小，在酒精中对应的角度比较大，即折射角大于入射角。其传播路线如图 4 所示。该题对光的折射本质进行了有益的探究，表面上看

32、难度不小，但它突出的还是如何将光路图中的现象与表格中的数据相对应的问题，属于对信息的处理技巧问题。下面再看一个例子。例 2、(2005 年镇江)如图 5 甲所示，直线 AB 是光滑木板与棉布的分界线(木板与棉布处在同一水平面上)，然后使一个小线轴(如缝纫机上的线轴)沿与直线AB 成一角度的方向 PO 匀速滚动，可以看到，线轴在棉布上滚动的方向发生了改变。如图 5 乙所示，一束光从空气射入玻璃中时传播方向也发生了改变。(1)由图 5 甲可知，当线轴的左轮刚接触到棉布时，其速度大小将_(选填“变小”或“不变”、“变大”)，此时乙轮速度的大小将_(选填“变小”或“不变”、“变大”)。(2)从图甲、乙

33、两种类似现象可知，光由空气斜射入玻璃时发生折射现象的原因可能是_。(3)在你学习物理知识的过程中，是否运用过本题的研究方法？请列举一例说明：物质 其中光速（ms1）水 2.25108 玻璃 2.0108 冰 2.30108 空气 3.0108 酒精 2.2108 木板 棉布 甲 乙 甲 A B P O 空气 玻璃 C O D 乙 图 5 冰 空气 玻璃 水 图 2 酒精 玻璃 图 3 酒精 玻璃 图 4 25 _。分析：(1)由于线轴在不同表面的速度是不同的，当线轴的左轮刚接触到棉布时，其速度将变小，而右轮的速度是不变的，故线轴会发生扭转，而出现甲图中的情景。(2)类比光的传播，由于光在不同介

34、质中的传播速度不同，所以也会发生光线的偏折现象。(3)在学习物质的组成时，用小球类比分子；在电学学习时，用水流类比电流等。巧用“对称性”，速判光线和界面位置 光的反射与折射相结合会出现一些判断光线和界面类的试题，这时我们要综合考虑，巧用“对称性”，能快速判断出光线的种类和界面的位置。例 3、(2004 年天津)如图1 所示，有一束光线从空气射入某种透明介质，在分界面处发生反射和折射。则_是反射光线，_是折射光线。分析 从图形上观察FH 和 DH 具有关于AE 的对称性，由此可确定AE 是法线，CG 是界面；再由光的反射和折射规律可确定FH 是入射光线，HD 是反射光线，HB 是折射光线。答案

35、HD；HB 例 2、如图2 所示是光的折射和反射的光路图，可判断出入射角为_，折射角是_；是 _光线；折射光线与反射光线夹角为_。分析 从图形上也可以看出，光线和具有关于竖直方向直线的对称性，所以竖直方向为法线，水平方向为界面；进一步判断可发现，是入射光线，是反射光线，是折射光线，故入射角为30，折射角为60，折射光线与反射光线的夹角为90。答案 30，60，折射，90。例 3、(2005 年襄樊)如图3 所示为光从空气斜射入水中的光路图，请在图中画出界面和法线的位置。分析：图中己标明了光线的方向，入射点的位置，则射向入射点的光线为入射光线，另外两条各是什么光线呢？由于入射光线与反射光线关于法

36、线对称，我们可以试着做其余两条光线与入射光线的角平分线，如图4 甲、乙所示，则甲图中折射光线与入射光线在法线的两侧，而乙图中折射光线与入射光线却在法线的同侧，故是不可能的，所以法线的位置应为甲图。法线位置己确定，则镜面与它是互相垂直的。可见做这类题时，我们一定要抓住法线能平分入射光线与折射光线所夹角的特点，根据对称性先找出法线的位置，这是一个很关键的突破口。两种蜃景，有“倒”有“正”夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中。古人不明白产生这种景象的原因，认为是海中的蛟龙（即蜃）吐出的气构成的，因而把这种现象叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景。

37、蜃景有两种，一是发生在海平面上的。夏天，海平面上的下层空气，离水面比较近，温度比上图 1 空气 某透明物体 30 60 图 2 30 甲 乙 图 4 图 3 授之以渔 物理与社会 26 层低，密度比上层大，我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的。远处的山峰、船舶、楼房等发出的光线射向空中时，就像光从水中射向空气中一样，会发生偏折，且折射光线越来越远离法线，所以进入上层空气的入射角不断地增大，以至最后会发生全反射，光线反射回地面上人的眼中，人们逆着光线看去，就感到光是从射入人眼光线的反向延长线发出的一样，所以人看到的像就悬在半空中，如图1 所示。另一种蜃景是发生在沙漠里。夏

38、天，太阳照在沙地里，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小。从远处物体射向地面的光线，就像光从水中射向空气一样，会发生偏折，且折射光线越来越远离法线，进入下层空气的折射角不断增大，也可能发生全反射，这些光就会射到地面上人的眼中，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒影，如图2 所示。由于被太阳晒热的空气层不十分稳定，全反射的光有时也闪烁不定，人们看到的仿佛是从水面反射出来的一样，沙漠里的人常认为前方有水源而奔去，结果总是可望而不可及。在炎热夏天的柏油马路上，黑色对光的吸收较多，升温较快，贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，下层比上层的密度小，从远处物体射向路面的光线，也可能发生全

39、反射，所以从远外看去，路面显得格外明亮光滑，路面上仿佛也有一片水塘，但当你走近时，你就会发现，原以为是水塘的地方其实是干燥的。这也是一种蜃景。【资料1】皓月当空与繁星满天“皓月当空”、“繁星满天”是语文教学常用的两个成语，常有人将它们搭配而用。从语文角度来说，它们字数对称、读起来朗朗上口，因而显得珠联壁合。可看似姻缘甚浓的两个成语却并不该出双成对，因为“皓月当空”“繁星满天”是说一轮明月挂在空中，周围繁星似锦、星罗棋布，想来是一幅众星捧月的星空美景。可仔细想来，这是不可能出现的情景。我们不妨用物理知识解释一下“皓月”与“繁星”的成因及特点，便知其然。众所周知，月亮和大多数的星星都不是光源，但我

40、们可以看到它们，原因是照到它们表面的太阳光发生漫反射后光线照到了人的眼睛里，引起了人的视觉，对于同一光源来说，光源离光照面越远，光照面上的照度越小；光源离光照面越近，光照面上的照度越大。例如，一盏60 瓦的白炽灯，放在狭小的卧室，因为墙壁距白炽灯较近，因而显得非常明亮；而放在宽敞的大厅，因为墙壁距白炽灯较远，因而比较昏暗。一般的星星到地球的距离都远大于月亮到地球的距离。所以本身不发光的星星靠反射太阳光引起人的视觉，由于距地球太远，反射产生的星光比月光暗的多。本身发光的部分恒星，许多比太阳明亮的多，同样是因为距地球太远，因而仍然没有月亮那样明亮。皓月与繁星的关系就好比一盏明亮的日光灯与一支昏暗的

41、蜡烛放在一起一样，蜡烛的光被日光灯遮盖的所剩无几。所以“皓月当空”与“繁星满天”便互不相融，只有“月明星稀”一词更为确切。【资料2】人是怎样看见物体的？很早以前就有人提出这个问题了。曾经有人认为是眼睛发出光线，这些光线碰上物体，人才看见那些物体。还有人认为眼睛发出触须那样的东西，通过触摸而看到物体。实际上这些看法很容易驳倒。如果人眼能发出光线或触须，那么为什么在黑夜看不见物体，而一开灯就能看见了呢？直到公元11 世纪，阿拉伯科学家伊本海赛木（我国以前有些书中翻译为阿尔哈金）才纠正了上述看法。他认为光线是从火焰或太阳发出，射到物体上，被物体反射后进入人眼，人因此看到东西。海面上的蜃景 图 1 沙

42、漠里的蜃景 图 2 物 理 大 观 园 自然的奥秘 27 现在我们知道，人眼好像一架照相机。当发光物体发出的光或不发光物体反射的光进入眼睛，通过眼睛的折光部分在眼的视网膜（俗称眼底）上形成物体倒立的像，然后通过神经系统传到大脑，产生视觉，人就看到了物体。对于这个问题，既然我们已经弄明白了，今天继续研究它还有什么意义呢？大家想一想：我们现在已经制造出了机器人，要机器人能更清晰地看到东西、分辨东西，就需要制造能很好地仿效人眼的仪器。但现在的机器人以及一般光学仪器还远远没有人眼那么精密、灵巧和高度自动化呢！【资料3】树荫下的光斑为什么是圆形的？烈日当空，我们坐在大树下乘凉的时候，常常可以看到地上有一

43、个个小圆形亮斑。大家很自然会想到这是太阳光透过树叶间的空隙射在地面上产生的。但是树叶之间的空隙形状各异，为什么亮斑都是恰好成为圆形的呢？这是因为树叶间的空隙大小比起太阳和太阳到树的距离来说，都是极小的，因此可以把这些空隙看作是一些小孔。由于光是沿直线传播的，太阳发出的光通过这些小孔在地面上成像，所以地面上的光斑是太阳通过树叶空隙小孔成的像。因为太阳是圆形的，所以光斑也是圆形的。【资料4】日食和月食 在自然现象中，日、月食可以被列为最著名之列了。直到今天，许多教派还赋予日月食宗教的色彩。例如在印度，某些部落就认为月食是一条龙吞食了月球。幸运的是有一个英雄砍掉了龙的头。所以月亮很快就重现了。在我国

44、也有天狗吃月亮的传说。不管现在人们是否相信这些传说，这并不重要，但它反映出人们对这种自然现象的强烈关注。日全食绝不是什么罕见的事情，大约每一年半就在世界的某个地方发生一次日全食。当发生日食时，月球正运行在地球和太阳中间，月球椭圆形的影子投影到地球表面。由于地球和月球都在运动，所以月球的影子以很快的速度扫过地球表面。在投影扫过的区域内，人们就可以看到日全食。扫过的这片长条形区域成为全食带。由于全食带很窄，一般仅有200 公里左右，所以对于在地球上某一特定区域的人们来说，要约300 年才能见到一次日全食。日食的开始是默默无闻的。在太阳的西边缘，由月影产生一个小小的缺口，这意味着月球已开始侵占太阳表

45、面了。这个小缺口在逐渐增大，直到约一个半小时后，太阳的表面几乎完全被侵占，只剩一条娥眉月形的亮带。以上构成了日食的偏食阶段。接下来直到全食发生的几分钟是很壮观的：气温骤然下降、天空变暗、群星浮现、一团淡黄色的薄雾笼罩着远方的地平线。鸟儿们由于突然来临的黑暗而不知所措，四处乱蹿寻找着自己的家。一切都好象在刹那间肃静了下来。当窄窄的弯月行的光边穿过月面上粗糙不平的谷地时，就变成一系列的小珠子。这些光斑成为“贝利珠”。其实，早在英国天文学家Franc is Baily 对这一现象进行研究之前，美国天文学家Samuel Williams 就观测到并对“贝利珠”这一现象做了解释。在全食期间，人们就可以看

46、到太阳的外层大气。这层大气称为日冕，颜色象白色的珍珠，有纤维状的羽毛似的特征物。难怪古埃及人把太阳看做是有翼的。有可能是他们在观察了日全食后来这样推测的。如果你用个天文望远镜或双筒望远镜，你就会看到日冕中奇妙的景色。很可能在太阳的边缘看到粉色的日珥。日冕和日珥都是太阳活动的重要特征。偶尔还能看到亮粉色象喷泉似的日珥从太阳黑子的边缘喷出。在日食发生的几分钟内，这些日珥看上去是不动的。环绕在太阳周围的日冕本身，就是太阳激烈活动的结果。在全食期间，通常会看到日冕延伸到2 个或多个太阳半径的地方。一次日食和另一次日食所看到的日冕的形状是不同的。我们已经知道日冕中有一种簇状的结构是由太阳内部及太阳黑子处

47、的强大磁场引起的。在太阳黑子极小期，它在赤道处表现为长条状，在两极为刷子形的纤维状。在太阳黑子极大期，日冕几乎成对称分布，有点儿象大丽花瓣的形状。日食的观测 日食的观测方法有多种。直接用肉眼观测是很危险的。在每次日食的时候，总有些人因用肉眼直接观测而使视网膜受损。人的晶壮体象凸透镜一样把阳光聚焦在视网膜上。当直视太阳时，会烧伤视网膜，损伤视力，严重者可导致失明。在偏食阶段，你可以用望远镜投影的方法来观看。小孔成象法、在脸盆里放稀释的墨水法也可以观看。最普通的方法是用熏黑的玻璃，磁盘盘芯，照相底片或焊工的防护玻璃。当全食发生时，你就可以用肉眼直接观看了。这时太阳的光亮已降低到满月的程度。月球象个

48、黑盘子挡住了太阳的光球。唯一可见的是太阳的日冕，一个非常漂亮的太阳外层大气。全食、环食和偏食只有28 当太阳的本影投影到地球的表面时才会发生日全食。由于月球的公转轨道也是椭圆形，只有当月球运行到近地点时，日全食才有可能发生。全食持续的时间短到几十秒，最长也不过7 分钟。利用现代的高速喷气飞机来追逐月影可看到长达几个小时的日全食。在月球运行至远地点处，月球的影锥不能达到地球。月面看起来要比日面小些。如果这时发生日食，在太阳的边缘会余留一圈亮边。这称为环食。环食是很有趣的，但远比不上全食的美丽和壮观。全食和环食均称为中心食，因为这时地、月、日三球成一线。离全食带或环食带不远处的居民将看到偏食。偏食

49、在地球两极是常见的，这时月影靠近但不接触地面。偏食仅1.33 年就发生一次，但它对科学研究并没什么重要性。月食日食发生在新月时，也就是农历初一左右。相反月食发生在每月十五左右的满月时。这时，月球运行进地球的阴影中。由于地球在月球轨道处的投影总比月球大，所以月环食的情况是不会发生的。月全食每13.5 个月发生一次，月偏食的情况少些，约22 个月一次。尽管月全食在发生频率上比日全食少，但对住在某个地区的人们来说更有机会看到月全食。为了观看日全食，你必须到那窄窄的全食带中去，而对于月全食，只要是处于面对月球的那一半地球的人来说都可以看到。在月食时，地球的阴影逐渐蚕食掉月面，使夜空变暗。由于地球大气层

50、对光线的散射作用，使太阳余光可照射到处于地球阴影中的月球上，从而日全食时的月面不是全黑而是呈现一种古铜色。即使仅通过一个小望远镜，看到的月面也是非常漂亮的。对任一年，都会至少发生两次日食，最多发生7 次食：五次日食两次月食或四次日食三次月食。【资源5】天空为什么是蓝色的 晴天里我们看到的天空都是蓝色的。大家可能都会注意到有时候一场大雨过后，天空会变得格外蓝，而且越是晴朗天气，天空越蓝。原因很简单，大气对太阳光的散射作用，使我们看到的天空呈现蓝色。地球表面被大气包围，当太阳光进入大气后，空气分子和微粒（尘埃、水滴、冰晶等）会将太阳光向四周散射。太阳光是由红、澄、黄、绿、蓝、靛、紫七种光组成，以红