“光的直线传播”是学习光的反射定理和光的折射定律的前提和基础。 因此,我们必须了解“光的直线传播”概念的内涵和外延。
1.光沿直线传播的条件
首先,我们应该清楚地知道,光沿直线传播是有条件的。 生活中的很多现象都告诉我们,光是沿着直线传播的。 图 1 和图 2 是熟悉的情况。 从数学的角度,他们只能解释一个问题:光在空气中是沿直线传播的。
光如何在水底和玻璃中传播? 这可以通过以下实验进行探索。
实验 1 研究光在空气中的传播路径。 装备:大雪碧瓶、檀香木、火柴、玩具激光笔。 方法:用檀香木将烟熏满瓶,打开激光笔,射入瓶内。 现象:空中会出现一条笔直的白色光柱。 推导:光在空气等介质中沿直线传播。
实验二探索光在水底的传播路径。 设备:一个表面光滑的透明玻璃杯、水、牛奶和一个玩具激光笔。 方法:在杯子里装满水,滴几滴果汁(水还是清澈透明的),打开激光笔在水底射击。 现象:水底会出现一条笔直的白色光柱。 推论:光在介质如水中沿直线传播。
实验 3 探索了光在玻璃中的传播路径。 设备:一块半方形玻璃砖,一个玩具激光笔,一张白纸。 方法:将玻璃砖放在白纸上,打开激光笔,贴上白纸对准玻璃砖射击。 现象:玻璃中出现一道直的白色光束。 推论:光在玻璃等介质中沿直线传播。
实验 4 研究了光穿过矩形玻璃块的传播路径。 其设备、运行方式和现象如图3所示。这些年的传播路径不再是一条直线。 这说明光在介质中的传播并不总是沿直线,即光在两种介质中的传播路径不一定是一条直线。
玻璃和空气中的光路
综合分析这四个实验,可以认为存在光沿直线传播的条件:光在同一均匀介质中沿直线传播。
2.对“光”概念的理解
由于光在同一均匀介质中沿直线传播,为了方便描述这些传播路径和方向光的直线传播应用,我们用带箭头的直线来表示光的传播路径和方向。 这条直线称为射线。 必须说明:“光”是虚的。 它的引入是为了更直观直观地描述光的传播路径和方向。 它简化了光的传播问题,是一种理想化的数学模型。 这些处理问题的方法在后续的学习中会经常用到。 这是一项重要的数学技能。
朋友们可能会问,既然光是虚的。 所以我们在现实生活和实验中应该很难观察到光。 而在之前的四次实验中,我们看到了空气、水、玻璃等介质中的光束。 为什么不亮? 这是因为空气中有雾气,水底有果汁,雾气、蜂蜜等物质对光有害。 光有散射作用,所以我们可以看到光的传播路径。 所以朋友们一定要确定:光是不真实存在的。
三、实例分析
例1 为了检测一块板子是否平直。 你可以闭上一只耳朵。 用另一只耳朵沿着木板边缘的长度方向看。 如图4所示。这里应用了哪些原则7
这里的答案依赖于光沿直线传播的原理。 因为光在同一种均匀介质中是直线传播的,如果板子弯曲,凸起的部分会挡住后端的光线,看不到板子的后端。
例2 下列说法不正确的是( )。
光并不总是沿直线传播
B 风吹草,看牲畜低,这是由于光的直线传播
阴天,在浓密的树荫下,常能看到长方形的小亮点。这是因为树根之间的缝隙是长方形的
D单叶盲是由于光的直线传播
分析选项A,光在同一均匀介质中沿直线传播; 选项B,无风时,牲畜躲在灌木丛中,因为光线直线传播,牲畜头上反射的光被草挡住了。 有风时,草低,人眼能看到牲畜头上的光,所以我们能看到牲畜; 选项C,根据小孔成像的原理光的直线传播应用,如果光源距离较远,地面光斑的形状和小孔的形状没有关系,方形的小亮点就是图像太阳的; 选项D,树根是不透明的物体,光是直线传播的,所以人眼看不到远处的物体。 所以选择C。
例3 2009年7月22日下午,黄河沿岸多地观测到日食。 观察日食不能用肉眼直接面对太阳。 如果没有专用的太阳滤镜,可以使用图5所示的简单方法:右手摊开,竖直叠放,面向太阳。 太阳的图像也可以在白纸上观察到,它依赖于光的传播原理。
解析 双手垂直,可以与远处的太阳形成一个小洞像。 这时,你可以在白纸上看到太阳的影像,这样你就可以观察到月食了。 它依赖于光的直线传播原理。