中考物理 基礎(chǔ)知識手冊 第四章 光現(xiàn)象.doc

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第四章 光現(xiàn)象 知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 高頻考點透析 序號 考點 考頻 1 光沿直線傳播的條件 ★★ 2 光的反射定律 ★★★ 3 平面鏡成像的特點 ★★★ 4 光的折射規(guī)律 ★★★ 5 光的色散現(xiàn)象 ★ 6 紅外線和紫外線的應(yīng)用 ★ 第一講光的直線傳播、反射和平面鏡成像 知識能力解讀 知能解讀：(一)光源 概念 能夠發(fā)光的物體叫光源 分類 按形成原因分 自然光源 如太陽、螢火蟲、水母等 人造光源 如：火把、油燈、蠟燭、電燈等 按光束形狀分 點光源 如：電燈、蠟燭等 平行光源 如：激光筆、太陽等 說明 光源指的是自身能發(fā)光的物體，不包括反射光明情況。如月亮靠反射太陽的光、自行車的尾燈、公路上的交通標志牌及放電影時的銀幕是靠反射射向它們的光，它們本身不能發(fā)光，因此不是光源 知能解讀：(二)光的直線傳播 1．光沿直線傳播的條件：光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的。 2．光沿直線傳播的現(xiàn)象：在有霧的天氣組，可以看到從汽車燈射出的光束是直的；穿過森林的光束是直的；在電影院中可以看到放映機射向銀幕的光束是直的。由現(xiàn)實生活中的這些現(xiàn)象，我們可以知道光 是沿自線傳播的。 拓展：光沿直線傳播是有條件的，如果介質(zhì)不均勻，光線會發(fā)生彎曲。例如地球周圍的大氣層就是不均勻的，離地面越高，空氣越稀薄，從大氣層外射到地面的光線就會發(fā)生彎曲。早晨，當太陽還在地平線以下時，我們就看見了它，就是不均勻的大氣層使光線變彎曲的緣故，如圖所示。因此應(yīng)該說，光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的。 由于光在同一種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，所以經(jīng)常用一條帶箭頭的直線來表示光的傳播徑跡和方向，箭頭的方向表示光的傳播方向這樣的直線叫做光線，如圖所示。應(yīng)注意的是，光線不是實際存在的線，而是在研究光的行進過程中對細窄光束的抽象。它是人們研究光現(xiàn)象的一種方法，即建立物理模型的方法。 知能解讀： (三)影的形成 1．影的形成原因：光在一傳播過程中，遇到不透明的物體，在物體后面光不能到達的區(qū)域城所形的跟物體相似的黑暗區(qū)域稱為“影”。它是由光的直線傳播而產(chǎn)生的，手影游戲是很好的例證。如圖所示。 2．實例：自然界中的一些自然現(xiàn)象，如日食和月食的產(chǎn)生都可以用光的直線傳播規(guī)律來解釋。如圖所示為日食形成的原因。 當?shù)厍蜣D(zhuǎn)到月球的影子里時，處在Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)的地球上的人可以看到日偏食；處在Ⅱ區(qū)的地球上的人可以看到日全食；處在Ⅳ區(qū)的地球上的人可以看到日環(huán)食。 知能解讀：(四)小孔成像 小孔成像原理：光沿直線傳播。 小孔成像的實驗：暗室里在光源和光屏之間放一個帶小孔的屏，調(diào)節(jié)小孔的大小，使孔足夠小，在光屏上得到光源倒立的實像，如圖所示。 知能解讀： (五)光速 光速與介質(zhì)種類的關(guān)系：光在不同的介質(zhì)中傳播速度不同。光可以在真空中傳播，真空中的光速是宇宙中最快的速度，在物理學(xué)中用字母c表示，其值為。光在空氣中的速度十分接近在真空中的速度，也可以視為，光在水中的速度約為真空中的，在玻璃中的速度約為真空中的。 點撥：①由于光的速度比聲的速度快得多，因此打雷下雨時，雖然雷聲和閃電是同時發(fā)生的，但是我們總是先看到閃電，后聽到雷聲。②光年是光在一年里傳播的距離，是天文學(xué)中的距離單位。 知能解讀：(六)光的反射 1．光的反射現(xiàn)象：光射到物體表面時，有一部分光會被物體表面反射回去，這種現(xiàn)象叫做光的反射。所有物體的表面都會發(fā)生光的反射現(xiàn)象。我們能夠看見不發(fā)光的物體，是因為物體反射的光進入了我們的眼睛。 2．實例：看見不發(fā)光的物體、倒影等。 3．基本概念 一點 光的入射點，用一字母“O”表示 兩角 入射角 入射光線與法線的夾角，如圖中的∠i 反射角 反射光線與法線的夾角，如圖中的∠r 三線 入射光線 射到反射面的光線，如圖中的AO 法線 經(jīng)過入射點O并垂直于反射面的直線，它是一條輔助線，通常用虛線表示，如上圖中的ON 反射光線 入射光線射到反射面上后被反射面反射 的光線，如圖中的OB 注意：入射光線與反射光線有方向，用字母表示時，應(yīng)沿光的傳播方向敘述字母，如AO、OB等。 4．光的反射定律：在反射現(xiàn)象中，反射光線、入射光線和法線都在同一平面內(nèi)；反射光線、入射光線分別位于法線兩側(cè)；反射角等于入射角。 方法：光的反射定律描述了“三線”“兩角”的關(guān)系，可縮記為：“三線共面，法線居中(三線位置關(guān)系)，兩角相等(兩角量值關(guān)系)”。 5．光路可逆：在光的反射現(xiàn)象中，光路是可逆的。如圖甲所示，AO為入射光線，OB為反射光線，如果光線從BO的方向入射，則反射光線一定從OA的方向反射出去，如圖乙所示，即在光的反射現(xiàn)象中，光路可逆。 知能解讀：(七)鏡面反射和漫反射 1．鏡面反射：平行光線入射到光滑反射面上將沿同一方向平行地反射出去，像這種反射稱為鏡面反射。在鏡面反射中，反射光線向著同一方向，其他方向上沒有反射光線。(如圖甲所示) 2．漫反射：平行光線入射到凹凸不平的反射面上將沿各個方向反射出去，像這種反射稱為漫反射。漫反射中，即使入射光線平行反射光線也將沿各個方向反射出去。(如圖乙所示) 注意：無論是鏡面反射還是漫反射，每一條光線都遵循光的反射定律。 知能解讀：(八)平而鏡成像 1．平面鏡成像的原理：平面鏡所成的像是物體發(fā)出(或反射出)的光線射到鏡面上發(fā)生反射，由反射光線的反向延長線在鏡后相交而形成的。如圖所示。光源S在鏡后的像S并不是實際光線會聚而形成的，而是由反射光線的反向延長線相交而形成的，所以S是S的虛像。如果把光屏放在S處，是接收不到這個像的，所以虛像只能用眼睛看到，而不能成在光屏上。 2．平面鏡成像的特點：平面鏡成像的特點是“對稱、虛像”，可以解釋為：“大小相等，線面垂直，距離相等，左右相反，像為虛像”。 (1)大小相等：像和物體的大小相等。(與物體到平面鏡的距離無關(guān)，與平面鏡的大小無關(guān)) (2)線面垂直：像和物體的對應(yīng)點連線跟鏡面垂直。 (3)距離相等：像和物體到鏡面的距離相等。 (4)左右相反：像和物體的左右是相反的。 (5)像為虛像：物體在鏡中所成的像是正立的虛像。只能用眼睛觀察到，不能用光屏去承接，且在鏡后用障礙物遮擋不住虛像。 3．平面鏡的應(yīng)用：(1)利用平面鏡可以改變光的傳播方向，起到控制光路的作用，如制作潛望鏡，在挖井、掘山洞時，用平面鏡把太陽光反射到作業(yè)區(qū)照明； (2)利用平而鏡成像，如制作各種鏡子，商場和家庭裝飾時利用平面鏡成像增強寬敞明亮的空間效果；(3)利用平而鏡反射光可以使微小的形變放大，以便觀測。 知能解讀：(九)三種面鏡的比較 平面鏡 凸面鏡 凹面鏡 反射面 平面 凸面 凹面 示意圖 對平行光的反射特點 (1)既不會聚也不發(fā)散 (2)光路可逆 (3)遵循光的反射定律 (1)有發(fā)散作用 (2)F為虛焦點 (3)光路可逆 (4)遵循光的反射定律 (1)有會聚作用 (2)F為實焦點 (3)光路可逆 (4)遵循光的反射定律 應(yīng)用 式衣鏡 汽車觀后鏡 太陽灶 解題方法技巧 方法技巧：(一)根據(jù)反射定律作圖的方法 (1)根據(jù)入射光線作反射光線：先作法線確定入射角，再依據(jù)入射角的大小作出反射角和反射光線。 (2)根據(jù)反射光線作入射光線：先作法線確定反射角，再依據(jù)反射角的大小作出入射角和入射光線。 (3)根據(jù)反射光線和入射光線確定平面鏡的位置：先作入射光線與反射光線夾角的角平分線，并以此為法線，再過角的頂點作法線的垂線，即為平面鏡的位置。 警示：作圖時，法線用虛線，光線的箭頭標在表示光線線段的中間。 方法技巧：(二)利用平面鏡成像的特點作圖的方法 方法：平面鏡成像的特點簡記為：對稱、虛像。利用對稱法可以方便地解決四種類型的平面鏡作圖題： (1)確定虛像的位置；(2)確定觀察范圍或光照范圍；(3)確定光路；(4)確定發(fā)光點的位置。 具體方法：先借助數(shù)學(xué)中軸對稱圖形的畫法，畫出物體上各對應(yīng)點的虛像，然后根據(jù)平面鏡成像的特點用虛線連接虛像。 跨越思維誤區(qū) 思維誤區(qū)：誤認為像的大小與物體距平面鏡的遠近有關(guān)；誤認為要更清楚地看清像，應(yīng)照亮像由平面鏡成像特點知像與物體的大小相等。我們觀察物體時，從物體兩端(上下或左右)射出的光線在眼球內(nèi)交叉而成的角叫視角(如圖)。物體離人越近視角越大，人感到物體越大；反之，人感到物體越小。同樣的道理，我們在鏡中看到自己離鏡子越遠像“越小”，也是受視角的影響。其實，像與自己的大小是相等的，即像的大小是不變的。若要更清楚地看清像，即增加通過平面鏡反射后進入眼睛的光線，則應(yīng)增加物體的亮度，從而有更強的入射光線通過反射進入眼睛。 物理思想方法 思想方法：(一)理想模型法 為了更形象、簡單地描述和研究光現(xiàn)象及規(guī)律，物理學(xué)采用建立理想模型的方法，用光線來表示光的傳播路線，而實際上光線并不存在，只是在研究光的行進過程中對細窄光束的抽象，是物理學(xué)家建立的物理模型。 思想方法：(二)對稱法作圖 作圖法就是根據(jù)題目所給的條件，靈活運用有關(guān)物理概念和規(guī)律，通過作圖求解未知量的方法。因此必須注意作圖的規(guī)范性，掌握光線、光線的反向延長線、實像、虛像等畫法的規(guī)定，逐步學(xué)會這種研究問題的方法。利用對稱法作圖就是根據(jù)平面鏡成像的對稱性完成光路。利用對稱法可以方便地解決四種類型的平面鏡作圖題：(1)確定虛像的位置；(2)確定觀察范圍或光照范圍；(3)確定光路；(4)確定發(fā)光點的位置。在作圖過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)，對稱法作圖的核心是平面鏡成像的特點。 本講涉及光的反射和平面鏡成像綜合作圖，有光的反射中“二角”和“三線”的關(guān)系及作圖、平面鏡成像原理及作圖。 反射光路圖 已知入射光線 畫反射光線 已知反射光線 畫入射光線 已知入射光線和反 射光線畫平面鏡 平面鏡成像 成像特點圖 成像原理圖 中考考點鏈接 考點鏈接：(一)中考考點解讀 本講的重點是光的直線傳播、光的反射定律及平面鏡成像的特點，難點是利用光的反射定律和平面鏡成像的特點進行作圖。題型主要有填空題、選擇題、作圖題和探究題等。 考點鏈接：(二)中考典題剖析 1．光現(xiàn)象的辨別 2．光的反射定律的實驗探究 3．平面鏡成像特點的理解 4．平面鏡成像特點的實驗探究 第二講光的折射和光的色散 知識能力解讀 知能解讀：(一)光的折射 1．光的折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向一般會發(fā)生偏折，這種現(xiàn)象叫做光的折射。 點撥：①折射的產(chǎn)生是光從一種透明物質(zhì)斜射入另一種透明物質(zhì)里時，在分界面處發(fā)生的。②因為光是在兩種物質(zhì)里傳播的，所以傳播的速度各不相同。③發(fā)生折射時，同時也一定發(fā)生反射。如圖所示。 2．光的折射規(guī)律：光發(fā)生折射時，折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)。(1)當光從空氣斜射入水中或其他介質(zhì)中時，折射光線向法線方向偏折，折射角小于入射角。如圖甲所示。(2)當入射角增大時，折射角也增大；當入射角減小時，折射角也減小。(3)當光從空氣垂直射入水中或其他介質(zhì)中時，傳播方向不變。如圖乙所示。 點撥：①折射角是折射光線與法線的夾角；法線既是界面的垂線，又是在作圖時畫入射角和折射角時的參照標準。 ②光的折射中，光路是可逆的。如圖甲、丙所示。 ③折射角隨入射角的增大而增大，但不成正例，敘述時應(yīng)先說折射角后說入射角。 3．生活中的折射現(xiàn)象：斜插入水中的筷子看起來在水面處向上彎折；往臉盆中倒水，看到盆底深度變淺；潛入水中的人看岸邊的人變高；從厚玻璃磚后看到鋼筆“錯位”等。 知能解讀：(二)光的色散 光的色散現(xiàn)象：一束太陽光通過三棱鏡，被分解成七種色光的現(xiàn)象叫光的色散，這七種色光從上至下依次排列為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫(如圖所示)。同理，被分解后的色光一也可以混合在一起成為白光(如圖所示)。 2．由光的色散現(xiàn)象得出的兩個結(jié)論：第一，白光不是單色的，而是由各種單色光組成的復(fù)色光；第二，不同的一單色光通過三棱鏡時偏折的程度是不同的，紅光的偏折程度最小，紫光的偏折程度最大。 知能解讀：(三)色光的混合 1．色光的三原色：紅、綠、藍三種色光是光的三原色。 2．色光的混合：紅、綠、藍三色光中，任何一種色光都不能由另外兩種光合成。但紅、綠、藍三色光卻能夠合成出自然界絕大多數(shù)色光來，只要適當調(diào)配它們之間的比例即可。色光的合成在科學(xué)技術(shù)中普遍應(yīng)用，彩色電視機就是一例。 注意：不能簡單地認為色光的混合是光的色散的逆過程。例如：紅光和綠光能混合成黃光，但黃光仍為單色光，它通過三棱鏡時并不能分散成紅光和綠光。 拓展：物體的顏色 在光照到物體上時，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收，不同物體，對不同顏色的光反射、吸收和透過的情況不同，因此呈現(xiàn)不同的色彩。 物體的顏色由它所反射或透射的光的顏色決定。(1)透明體的顏色是由它透過的色光決定的(如圖甲所示)。(2)有顏色的不透明體的顏色由該不透明體反射的色光決定，如圖乙所示。(3)如果在屏上貼一張黑紙，不論什么顏色的光照射到的地方均為黑的，這表明黑色物體吸收各種顏色的光。如果在屏上貼一張白紙，在白紙上能看到各種色光，表明白色物體反射各種色光，即紅光照射到白紙上呈紅色，黃光照射到白紙上呈黃色等。 知能解讀：(四)看不見的光 1．光譜：太陽光通過三棱鏡分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種不同顏色的光，這七種色光按順序排列起來就是太陽的可見光潛。 2．紅外線：在光譜的紅光以外，有一種看不見的光，叫做紅外線。一切物體都在不停地輻射紅外線，物體的溫度越高，輻射的紅外線越多。利用這一特點，紅外線主要有以下作用： (1)診斷病情：人生病時，局部皮膚溫度異常，能輻射與健康人不同量的紅外線，如果用對紅外線敏感的膠片給病人的皮膚拍照，并與健康人的“熱譜圖”對比，有助于診斷病情。 (2)制成紅外線夜視儀：夜間人體的溫度比野外草木、巖石的溫度高，人輻射的紅外線比它們強得多，人們根據(jù)這一原理制成了紅外線夜視儀，可用在步槍的瞄準器上。 另外，紅外線還可以用來進行遙控。如電視機、空調(diào)的遙控器就是通過發(fā)射紅外線脈沖進行遙控的。 紅外線的主要特征是熱作用強。因此可用來加熱食品，如家用紅外線烤箱。 3．紫外線：在光譜的紫光以外，也有一種看不見的光，叫做紫外線。紫外線的主要特性是化學(xué)作用強。 適當?shù)淖贤饩€照射有助于人體合成維生素D，促進身體對鈣的吸收。紫外線能殺死微生物。在醫(yī)院、飯店里，常用紫外線燈來滅菌。紫外線能使熒光物質(zhì)發(fā)光，用來制成驗鈔機。 過量的紫外線照射對人體十分有害，輕則使皮膚粗糙，重則引起皮膚癌。太陽光是天然紫外線的重要來源。陽光中的紫外線大部分被大氣層上部的臭氧層吸收，不能到達地面，否則，地球上的生物將無法生存。因此要增強環(huán)保意識，保護臭氧層不被破壞。 解題方法技巧 方法技巧：(一)對光的折射現(xiàn)象的判斷與解釋 光的折射現(xiàn)象：光的折射會形成許多光學(xué)現(xiàn)象，如水底看起來比實際的淺，斜插入水中的筷子變彎曲，魚缸中的魚看起來變大等。要解釋這些現(xiàn)象，首先要知道看見的并非實際物體，而是物體發(fā)出或反射的光經(jīng)折射后成的虛像。 以池水看起來“變淺”為例，其原因我們可以作如下分析：我們能夠看見物體是由于有光射入我們的眼睛，假設(shè)從水池底的一點A射出的兩條光線經(jīng)折射后射入人眼(如圖甲所示)，眼睛根據(jù)光沿直線傳播的經(jīng)驗(人的感覺總認為光沿直線傳播)，逆著折射光線看上去，就會覺得光好像是從水中的A點射入我們眼睛的，因此我們會覺得A比A高了，即看起來池底升高，池水“變淺”了。有經(jīng)驗的漁民都知道，在叉魚時，只有瞄準魚的下方，才能把魚叉到。 若從水中去觀察岸上的物體，則正好出現(xiàn)相反的現(xiàn)象，P點的位置將會升高，如圖乙所示。例如跳水運動員在水下觀察10m跳臺，就會感到其高度超過10 m。 因此我們可以得出結(jié)論：從岸上看水里和從水里看岸上相同，看到的都是物體升高了的虛像。 方法技巧：(二)利用光的折射規(guī)律作圖的方法 (1)先過入射點作出法線，再根據(jù)光的折射規(guī)律作出折射光線。 (2)在光的折射現(xiàn)象中有“空氣中的角總是大于其他介質(zhì)中的角”，即不論空氣中的角是入射角還是折射角，總要比其他介質(zhì)中的角要大一些(垂直入射除外)。也就是說，在空氣與其他介質(zhì)的界面上發(fā)生的折射現(xiàn)象，如果折射角所在介質(zhì)為空氣，則折射角大于入射角；如果入射角所在介質(zhì)為空氣，則折射角小于入射角。 跨越思維誤區(qū) 思維誤區(qū)：沒有正確把握折射規(guī)律中“兩角”的關(guān)系，造成根據(jù)折射光路圖判斷光線時錯誤 發(fā)生折射時折射角跟入射角的關(guān)系分兩種情況： (1)光從空氣斜射入其他介質(zhì)中時，折射角小于入射角；(2)光從其他介質(zhì)斜射入空氣中時，折射角大于入射角。即“斜射時，總是空氣中的角大。” 物理思想方法 思想方法：理想模型法及作圖法 本講在學(xué)習(xí)光的折射時用到這兩種方法。利用 光線和光的折射規(guī)律作圖時要注意： (1)法線要垂直于界面，且用虛線畫； (2)光線用實線，且要畫上箭頭表示光的傳播方向； (3)光從空氣斜射入其他介質(zhì)中時，折射光線向法線方向偏折，而光從其他介質(zhì)斜射入空氣中時，折射光線向遠離法線的方向偏折； (4)當入射角增大時，折射角也隨著增大； (5)在光的折射現(xiàn)象中光路是可逆的； (6)當光線垂直射向介質(zhì)表面時，傳播方向不改變。 中考考點鏈接 考點鏈接：(一) 中考考點解讀 本講重點是光的折射和紅外線、紫外線的應(yīng)用，難點是利用光的折射規(guī)律作圖和用所學(xué)知識解釋生活中的光學(xué)現(xiàn)象，中考主要以填空題、選擇題和作圖題等形式出現(xiàn)。 考點鏈接：(二) 中考典題剖析 1．利用光的折射規(guī)律作圖 2．生活中的折射現(xiàn)象