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基础知识I-、光源
:能够自行发光的物体.
:光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能,光在介
质中传播就是能量的传播.
二、光的直线传播
,各种频率的光在真空中传
播速度:C=3X108m/s;各种频率的光在介质中的传播速度均小于在
真空中的传播速度,即v<Co
说明:①直线传播的前提条件是在网厂和介质,而且是均匀介质。否
则,可能发生偏折。如从空气进入水中(不是同一种介质);“海市蜃
楼”现象(介质不均匀)。
②同一种频率的光在不同介质中的传播速度是不同的。不同频率的光
在同一种介质中传播速度一般也不同。在同一种介质中,频率越低的
光其传播速度越大。根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过Co
③当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时,发生明显的
衍射现象,光线可以偏离原来的传播方向。
④近年来(1999-2001年)科学家们在极低的压强(109Pa)和极低的
温度(10-9K)下,得到一种物质的凝聚态,光在其中的速度降低到
17m/s,甚至停止运动。
(1)影:影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的
后方围成的区域.
(2)本影:发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到
达的区域.
(4)日食和月食:人位于月球的本影内能看到日全食,位于
月球的半影内能看到日偏食,位于月球本影的延伸区域(即“伪本影”)
,便分别
能看到月偏食和月全食.
具体来说:若图中的P是月球,则地球上的某区域处在区域A内将
看到日全食;处在区域B或C内将看到日偏食;处在区域D内将看
到日环食。若图中的P是地球,则月球处在区域A内将看到月全食;
处在区域B或C内将看到月偏食;由于日、月、地的大小及相对位
置关系决定看月球不可能运动到区域D内,所以不存在月环食的自
然光现象。
【例1】下列有关光的陈述中正确的是()
A、人能使用双眼估测物体的位置利用的是光的直线传播规律
B、大孔不成像,说明光通过大孔不是直线传播的
C、位于月球本影区的人,能看到月全食
D、光总是直线传播的,光在真空中传播的速度最大
解答:从物体上发出的两条光线分别到达人的两眼,而根据两条光线
的反向交点,就可确定物体的位置;大孔之所以不成像是因为大孔可
看成由许多小孔组成,每一个小孔所成的像重叠在一起造成的;位于
月球本影区的人看到的是日全食;当月球在地球的本影里才发生月全
食;光只有在同种均匀介质中才是直线传播的,选项B、C、D都不
正确,只选A。
【例2】有关日食和月食,下列说法正确的有()
A、当月亮将照到地球的太阳光挡住时,将发生日食.
B、当照到月亮的太阳光被地球挡住时,将发生月食.
C、日食发生在望日(农历十五),月食发生在朔日(农历初一).
D、日食发生在朔日,月食发生在望日.
分析与解:在朔日,月球运行到地球和太阳的中间,如果月球挡
住了照到地球的太阳光,
月球的本影区内,本影区内的人完全看不见太阳,叫做“日全食”;
地面上某一部分处在月球的半影区,这里的人看见太阳的一部分被月
球掩蔽,叫做“日偏食”;当地面上某一部分区域处在月球的本影区
的延长线上(伪本影区),地面上的人将会看到“日环食”.在望日,
地球运行到月球和太阳的中间,如果地球挡住了照到月球的太阳光,
月球没有阳光可反射,就会发生月食,月食分为“月全食”和“月偏
食”、B、
用眼睛看物或像的本质是凸透镜成像原理:角膜、
水样液、晶状体和玻璃体共同作用的结果相当于一只s
凸透镜。发散光束或平行光束经这只凸透镜作用后,在视网膜上会聚
于一点,引起感光细胞的感觉,通过视神经传给大脑,产生视觉。
①图中的S可以是点光源,即本身发光的物体。
②图中的S也可以是实像点(是实际光线的交点)或虚像点(是
发散光线的反向延长线的交点)。
③入射光也可以是平行光。
以上各种情况下,入射光线经眼睛作用后都能会聚到视网膜上一
点,所以都能被眼看到。
三、光的反射
:光从一种介质射到另一种介质的界面上再返回
原介质的现象.
:反射光线跟入射光线和法线在同一平面内,
且反射光线和人射光线分居法线两侧,反射角等于入射角.
:光滑平面上的反射现象叫做镜面反射。发生在粗
糙平面上的反射现象叫做漫反射。镜面反射和漫反射都遵循反射定
律.
:所有儿何光学中的光现象,光路都是可逆的.
(1)作用:只改变光束的传播方向,不改变光束的聚散性质.
(2)成像特点:等大正立的虚像,物和像关于镜面对称.
(3)像与物方位关系:上下不颠倒,左右要交换
【例4】如图所示,两个镜相成直角,入射光线AB经过两次反射后
,将镜转动10°,两平面“法
镜仍保持垂直,在入射光线AB保持不变的情况下,经过两D43
B
A
次反射后,反射光线为CD,则C'D'与CD的位置关系为(A)
,同向平行;,反向平行
°角;°角
解析:如图所示,由于两平面镜垂直,Z2+Z3=90°,由反射
定律可知
Z1+Z2+Z3+Z4=180°即反射光线CD与入射光线AB
平行且反向.
同理,,和CD同向平行.
【例5】如图所示,两平面镜相交放置,夹角为30°,,
入射光与其中一个平面镜的夹角为10°,贝I」:(D))股募〃〃
.图13-2
A、光线经3次反射后能沿原路反射回去;
B、光线经4次反射能沿原路反射回去;
C、光线经5次反射能沿原路反射回去
解析:第一次反射后,反射光线与另一平面镜夹角为40°+
30°=70°;第二次反射后,反射光线与原平面镜夹角为70°+30°=100°;
第三次反射就向回反射,但不会按原光路反射.
规律方法|
【例6】如图所示,在力点有一个小球,紧靠小球的左方有一
L,一I
个点光源S。现将小球从/点正对着竖直墙平抛出去,打到竖
直墙之前,小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是\
解:小球抛出后做平抛运动,时间Z后水平位移是vt,竖直位移是
h-'/igt2,根据相似形知识可以由比例求得因此影子在墙上
2v
的运动是匀速运动。
思考:如果是平行光垂直照射竖直的墙壁而不是点光源呢?
答:由于光平行垂直照射竖直的墙壁,小球在墙前以垂直于墙的初速
度被水平抛出,所以小球在墙上的影与小球始终在一条水平线上,即
小球的影和小球在竖直方向的运动性质相同。小球在竖直方向做自由
落体运动,所以小球的影的运动为自由落体运动。答案:A
[例7],沿一直线以2m/s
的速度前进,其正前方离地面5m高处有一盏
路灯,试求人的影子在水平地面上的移动速
度。_CGB
解析:如图所示,设人在时间Z内由开始位置运动到G位置,人头部
的影子由〃点运动到。点。
因为三角形/戈?s/石。,所以有竺=FG
FAAB-FG
因为三角形/用所以有竺=0二空
FAEF
由以上各式可以得到°°一跖=.FG_即强凸=上解得S影
EFAB-FG2t5-
=
【例8】一个点光源S放在平面镜前,
30°角,当光源s不动,平面镜以速度V沿水平OS方向向光源S平
,的移动速度.
解析:利用物像对称性作出开始时光源S的像鼠设在t时间里
平面镜沿水平os方向平移到s(即镜面与光源s重合),则此则贮;
时像与物重合,又由物像与镜面对称知:此过程像«的运动方向°v$
必沿着S,S方向(垂直于镜面).
因为OS=vt,所SS=2・(vtsin300)=vt
故像的速率v/=SS%=v答案:V
【例9】如图所示,S为静止的点光源,M为与水平成。角
的平面镜,若平面镜沿水平方向做振幅为A的简谐运动,义///
/Zyl
则光源在平面镜中所成的虚像s'的运动是()=国,一
,连线上做振幅为4Asin9的简谐运动
,连线上做振幅为2Asm6的简谐运动,
。的简谐运动.
.
解析:平面镜成像的特点是:
因为如此,像点与物点的连线总是与平面镜垂直的,本题中的平面镜
是平动,而物点不动,所以过物点作与平面镜垂直线的位置是不动的,
那么像点就在这条与平面镜垂直线上移动,而不会在水平方向上运
。平面镜的振幅为A,它在与平面镜垂
直的线上的投影为Asin0,当平面镜靠近物点为Asin。,那么像点
靠近物点为2Asin0,.
三、平面镜成像的作图
(1)平面镜成像作图技巧
A)、反射定律法:从物点作任意两条入射光线,根据反射定律作
其反射光线,两反射光线的反向延长线的交点。如图。
B、对称法:先根据平面镜成像有对称性的特点,确定像点的位
置,,
镜后的反向延长线用虚线,不标箭头.
(2)确定平面镜成像的观察范围的方法
平面镜前的物体总能在镜中成像,但只有在一定范围内才能看得
,则需借助边界光线,边界光线的公
共部分,即为完整像的观察范围.
(3)充分利用光路可逆的性质作图。(点光源通过平面镜反射照亮
的范围和眼在某点通过平面镜看到的范围是相同的)
【例5】如图所示,AB沿平面镜所成的像,能观察到全像
的区域.
解析:先根据像物与镜面对称关系作出虚像At。要能观察
到At,全像,必须要处在物体AB两端点反射光的重叠区,
可分别从A、B两点对镜面端点P与Q作A射线AP、AQ和BP、
BQ,再分别作它们的反射线,反射线是在像点与入射点所决定的直
线上,可利用这两点直线画出反射线PA1、QA?利PB?、QB?,PA)
和QB2所包围的区域就是A、B两点反射光的重叠区,见图中画有斜
线的部分.
【例6】有一竖直放置的平面镜M,居平面镜前45cm处有
一与平面镜平行放置的平板ab,ab靠镜一侧有一点光源S,
现要在离平面镜5cm的PQ虚线上的某一处放一平行于平
面镜的挡板,
知:SA=45cm,AB=?
【解析】作出点光源S的像点Sz,光源S能反射到AB的范围由图
中在挡光板的CF部分挡住,而这部分反射光线中的OB的入射光线
,则反射
光AC被C点挡住,反射光线BF的入射光线在D点被挡住,也就
是说当CD被挡板挡住后,S点光源能反射到AB部分的光线全部被
CD挡板挡住.
由图中的几何关系:AS/pCs^s/SA,S/P/S/S=CP/AB,
CP=AB•S/P/S/S=45X(45+5)/(45+45)cm=25cm。
在AS/SA和AS/AB中的中位线分别为MO,和O/O,MO=MOZ
+OzO=SA/2+AB/2=45cm
而ASPPsASMO,贝IJ有PD/MO=SP/SM=40/45=8/9
PD=8MO/9=40cm
四、有关平面镜成像的常见应用:
1、解钟表在平面镜中成像问题五法
1)、反面观察法:从像所在纸面的背面,对着光亮处观察,所观
察到的时刻即为实际时刻.
2)、对称作图法:(平面镜成像特点:上下不颠倒,左右要交换.)以12
点和6点的连线为对称轴,作出象的时针和分针的对称图形,所指示
即为实际时刻.
3)、逆向读数法:将平面镜中象的时刻按逆时针方向读数.
4)、减去象数法:由对称作图法可知,实际时刻与象的指示时刻之和为
12,因此12减去象所示时刻(按****惯读数)即为实际时刻.
5)、再次成像法:手持纸面,使纸面上的象再次在平面镜中成像,则此
时镜中的象所示时刻即为实际时一亥I」.
2、两个互成角度的平面镜对一个实物成像个数的问题:
若两平面镜间的夹角为。,则
1)、当等不是整数时,成像个数为[等]个;
2)、当等为是整数时,成像个数为(噌-1),
特殊情况需作图讨论.