第四章光现象第1节光的直线传播
一光源
1．定义：能否__发光__的物体称作光源。
2．分类：光源按其来源，可分为__自然__光源和__人造__光源。
二光的直线传播
1．光的直线传播规律：光只有在__同种均匀介质__中才沿直线传播。
2．光的传播跟声音不同，光可以在__真空__中传播光的直线传播实验原理，且是沿直线传播的。
3．光线：表示光传播的__径迹__和__方向__的带有箭头的直线。
[点拨]光线实际上是不存在的，是为了形象地描述光传播的径迹和方向而完善的理想模型。
4．光的直线传播的实际应用
因为光是沿直线传播的，所以自古以来在检测产品的平直程度时，常以视线为准；在修筑大山隧洞时，工程师常常用__激光束__引导采煤机，保证隧洞方向不出误差等。
三光的传播速率
1．光在真空中传播得最快，速率约为c＝__3.0×/s。
2．光在不同的介质中传播的快慢是__不同__的。
类型一光源
例1下述物体中属于光源的是()
A．放电影时所见到的荧幕
B．闪耀的玻璃幕墙
C．看电视时听到的电视机屏幕
D．月亮
[解析]C判定物体是否是光源，不是瞧瞧上去是否较亮，而是看"本身"是否还能发光。A选项中，放电影的荧幕是粗糙红布，放电影时是反射放映机发出的光。B选项中，闪耀的玻璃幕墙只有被光照射时就会"闪耀"，它是反射其他物体的光，本身不发光。D选项中，月亮看上去很亮，是地球反射的太阳光，它自身并不发光。C选项中，电视机的屏幕本身发光，属于光源，故选C。
[知识警示]光源是指本身就能发光的物体，如太阳、点燃的蜡烛等。并且有些物体本身不能发光，但它们可以反射太阳光或其他光源发出的光，似乎它们发光一样，如月亮、镜子等，它们都不属于光源。
类型二光的直线传播
例22014年10月8日午间，罕见的日食星象现身浩空，这是继2011年12月10日以后，又一次观测条件不错的日食。全省好多地方，人们可以一睹"月全食"的风采。这是因为光沿传播，当月球运行至之间时，堵住了一部份太阳光。
图4－1－2
[答案]直线地球和太阳
[解析]当月球转入地球和太阳之间，而且两者在同仍然线上时，月球就堵住了射向地球的阳光，产生日食。
[知识警示]光沿直线传播的条件是"同种均匀介质"，也就是说假如介质不是同一种或不均匀，光线将会发生弯曲。诸如，下午太阳还在地平线以下时，我们就看见了它，就是由于不均匀的大气层使光线变弯了。
[规律总结]光沿直线传播造成的光现象
光现象
光路图
现象解释
说明
影子
光在传播过程中碰到不透明的物体时，在其背后产生的黑暗区域，即为影子
影子不是像，像是由实际光线会聚产生的
月食
太阳光在传播过程中，被不透明的地球遮住，地球的黑影落在月球上，就产生了日全食
发生日全食、月食时，太阳、地球、月球两者运行到一条直线上；日全食时地球在中间，日食时月球在中间
日食
月球遮住了太阳沿直线传播到地球上的光，月球上的人看不到地球
小孔
成像
物体发出的光通过小孔后产生的与物体轮廓相像的明亮区域，即发光物体的像
小孔成的像的形状只与物体的形状有关，与小孔的形状无关
类型三光的传播速率
例3下述关于光的传播的说法中正确的是()
A．光在真空中不能传播
B．光的传播和声的传播都须要介质
C．光在空气中传播的速率最慢
D．打雷时，先看见闪电后看到雷声，是由于光的传播速率比声音快得多
[解析]D声的传播须要介质，光的传播不须要介质，光在真空中的传播速率c＝3×108m/s。打雷时先看见闪电后看到雷声，是由于光速比波速大得多。
例4牛郎星与织女星都是银河系中的星体，若果以光速飞行，从牛郎星到织女星也要16年，因而牛郎星与织女星每年相会是不可能的。以下说法中不正确的是()
A．牛郎星与织女星相距16光年
B．16光年指的是光传播的时间为16年
C．一束光从牛郎星发出，经过16年才会抵达织女星
D．16光年堪称"天文数字"，拿来表示牛郎星和织女星间的距离
[解析]B一光年等于光在一年内传播的距离，它不是时间单位，而是距离单位，一般表示宇宙中天体之间的距离。
[知识拓展]①真空中的光速是宇宙中最大的速率。②光年是天文学上常用的厚度单位，即光在一年内通过的距离，1光年＝9.46×。
知识点●1光源
1．以下各物体属于光源的是()
图4－1－3
[答案]D
知识点●2光的直线传播
2．下述关于光线的说法，正确的是()
A．光线是真实存在的带箭头的直线
B．激光笔发出的光是一条光线
C．光线是表示光传播的径迹和方向的直线
D．光线可以用实线表示
[解析]C光线实际并不存在，它是为了形象地表示光传播的径迹和方向而引入的。在光路图中，光线用虚线表示。激光笔发出的是光，不是光线。
3．将燃起的蜡烛放在自制的小孔成像仪前，调节两者的位置，在屏上得到如图4－1－4所示的蜡烛清晰、倒立的像，请在图中确定成像仪上小孔O的位置(保留画图痕迹)。若将蜡烛紧靠成像仪少许，蜡烛的像将(选填"变大""变小"或"不变")。
图4－1－4
[答案]如图4－1－8所示变大
图4－1－8
[解析]小孔成像是由光的直线传播产生，可由画图法确定小孔的位置，即联接蜡烛焰尖和顶部与所成的像的焰尖和顶部，两条线的交点就是小孔的位置。光屏到小孔的距离与物体到小孔的距离的比值越大，像也越大，因而当光屏到小孔的距离不变时，蜡烛紧靠小孔，它的像将变大。
知识点●3光的传播速率
4．(多选)关于光的传播速率，下述说法不正确的是()
A．光不能在真空中传播
B．光在不同介质中的传播速率不同
C．真空中的光速是宇宙中最大的速率，约为c＝3×108m/s
D．光年是天文学中的时间单位
[答案]AD
5．如今早已公认光在真空中的传播速率(光速)约为/s。当光从窗前穿过玻璃射进课室时，光速将(选填"变大""变小""不变""先变大后变小"或"先变小后变大")。
[答案]3×108先变小后变大
[解析]光在不同介质中的传播速率不同，真空中光速最大，约为3×108m/s，空气中的光速比这个速率略小，光在水底的传播速率约为这个速率的，在玻璃中的传播速率约为这个速率的。
课时作业应用测量夯基提能
一、选择题
1．下述看上去有光射下来的物体中，全部是光源的是()
A．闪耀的玻璃幕墙、正在燃烧的火柴、萤火虫
B．萤火虫、煤油灯的火焰、光彩夺目的砖石
C．篝火、发光的灯泡、夜空中的点点繁星
D．发光的灯泡、篝火、太阳
[答案]D
2．下边现象中不能说明光沿直线传播的是()
A．影子的产生
B．小孔成像
C．看不见高墙旁边的物体
D．看见闪电后才看到雷声
[解析]D光在同种均匀介质中沿直线传播，典型的实例有日全食、月食、影子和小孔成像；看见闪电后才看到雷声，说明光速远远小于波速。
3．小明在学习"光的传播"时，看见老师的一个演示实验，过程如下：①用激光笔射向水底，观察到光线是一条直线(如图4－1－1所示)；②在A点处用漏斗向水底渐渐注入海波碱液，观察到光线发生了弯曲；③经搅拌后，观察到光线又变直。小明按照上述现象得出下述推论，其中正确的是()
图4－1－1
A．光的传播须要介质
B．光只有在水底才沿直线传播
C．光在海波碱液里不能沿直线传播
D．光在同一种均匀介质中才沿直线传播
[答案]D
4．一个人沿马路行走，从路灯下渐渐远离路灯的过程中，人的影子长短会发生变化，其变化的情况应当是()
图4－1－2
A．渐渐变长
B．先变短，再变长
C．先变长，再变短
D．渐渐变短
[答案]A
5．清朝的沈括在《梦溪笔谈》中记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察鸢(公牛)在空中飞，地面上的影子也跟随联通，联通的方向与鸢飞行的方向一致；之后在纸窗上开一小孔，使窗前飞鸢的影子呈现在室外的纸屏上，结果观察到"鸢东则影西，鸢西则影东"。阅读了上述材料后，你觉得下述哪种说法是错误的()
A．"鸢东则影西，鸢西则影东"所描述的现象是小孔成像
B．沈括观察到"鸢在空中飞，地面上的影子也跟随联通"是小孔成像
C．小孔成像可用光的直线传播解释
D．小孔成像时像联通的方向与物联通的方向相反
[解析]B由题中信息可知，"鸢东则影西，鸢西则影东"是小孔成像产生的，其中的"影"实际上不是影子而是像，因为小孔成像是倒立的，因而像的联通方向与物体联通方向相反。"鸢在空中飞，地面上的影子也跟随联通"，这儿的"影子"是鸢在地面上投射的黑暗影子，不是像。无论小孔成像还是影子，都是光沿直线传播产生的。由以上剖析可知，说法错误的是B选项。
二、填空题
6．太阳光穿过树枝间的空隙，在地面上产生无数个小圆点，这是太阳的，是由光在空气中产生的。
[答案]像沿直线传播
[解析]树根间的空隙相对于树到太阳和树到地面的距离来说都算是小孔，从太阳射出的光线穿过空隙后，投射到地面上，就产生了太阳的像，即所谓的小孔成像。
7．现有兵乓球、足球和白炽灯，请你用这三种物品代表相应的星球，设计出观察日全食动因的实验。并按照三个星球排列的位置，按示例，把答案填写在图4－1－3中的横线上。
图4－1－3
[答案]兵乓球地球篮球月球
[解析]本题中的设计采用了模型法。因为地球遮住了射向月球的太阳光，因而在月球阴影区的位置就看见月食现象。由此可知光的直线传播实验原理，中间的兵乓球代表地球，左边的篮球代表月球。
8．暴雨交加的晚上，林雨同事看见闪电后约5s听见雷声，林雨朋友距雷电形成的地方大概。(声音在空气中的传播速率约为340m/s)
[答案]1700
[解析]声音在空气中的传播速率约为340m/s，光速为3.0×108m/s，闪电和雷声是同时发生的，因为光的传播速率远远小于声音的传播速率，光从打雷处传播到林雨朋友所在地所用时间十分短，因而可以把看见闪电的时刻觉得是雷声发生的时侯，因而本题中的距离大概为：s＝vt＝340m/s×5s＝1700m。
9．说起光速，人们总是觉得快得难以想像，虽然科学家早已在实验室外将其降得很慢。请你构想一下，如果光速只有3m/s，我们的世界会发生哪些变化？写出一个场景：
。
[答案]有雷电时先看到雷声后看见闪电(合理即可)
三、作图题
图4－1－4
10．如图4－1－4所示，小孔前有一发光点S，借助光的传播规律做出它经过小孔在光屏上的落点。
[答案]如图4－1－15所示
图4－1－15
11．如图4－1－5所示，L是一块有两个小孔的挡板，在挡板的右方有一个点光源S，AB、CD是从小孔中射过来的两条光线，请你借助学过的知识确定出光源S的位置，并作图说明。
图4－1－5
图4－1－
[答案]如图4－1－所示
[解析]依照光的直线传播原理，将AB、CD反向延长，它们相交的点即为光源S的位置。
12．如图4－1－6甲所示，一束平行太阳光垂直于水平地面MN射下，A为小铁块。
(1)标出小铁块A在图甲中位置时，其影子A′在地面MN上的位置(用点表示即可)。
(2)若小铁块在竖直平面内沿图中方形实线轨迹运动，请在图乙中画出小铁块的影子在地面上运动的轨迹。
图4－1－6
[答案]如图4－1－17所示
图4－1－17
[解析]因为太阳光是平行的，且垂直于MN向上，可知过A作MN的垂线，垂线与MN的交点即为A′。按照A点投影的画法，将小球转动一圈后，其影子在MN上的运动轨迹为与圆半径等长且与圆水平半径平行的一条线段。
1．老话说"坐井观天，所见甚小"。为了说明井底之蛙观察井外范围的大小与井深的关系，甲、乙朋友都用画示意图比较的方式来说明，她们的示意图分别如图4－1－7甲和乙所示。在你看来，她们所画的图(选填"都正确""都不正确""甲正确，乙不正确"或"乙正确，甲不正确")；依据她们所运用的方式，你在评价她们的示意图画得是否正确时，主要是看
(选填"作图是否认真""图上是否全面正确地反映了应当控制的变量"或"作图时所运用的数学知识是否正确)。
图4－1－7
[答案]甲正确，乙不正确图上是否全面正确地反映了应当控制的变量
[解析]乌龟坐井观天只能看很小的一片，是由于光是沿直线传播的。要比较井底之蛙观察井外范围的大小与井深的关系，应控制：①井口在同一水平面内；②井口大小(半径)相同。
2．在太阳光或白炽灯下，假如堵住了光的去路，还会产生清晰的影子。而且小明却发觉，在日光灯下的影子灰蒙蒙一片，一点也不清楚，非常是处处装点着电灯的大厅里，人和物的影子就更是模糊不清了。这是为何呢？
图4－1－8
小明去问数学老师，老师掏出几支蜡烛、一个圆锥形石块，让小明做了如下实验：
A．石块置于椅子上，后面点上一支蜡烛，观察石块的影子(如图4－1－8甲所示)；
B．在门口再点上一支蜡烛，观察石块的影子(如图乙所示)；
C．继续在石块门口点蜡烛，直至用蜡烛围满石块四周，观察石块的影子(如图丙和丁所示)。
结果小明发觉，蜡烛影子越来越淡，最后几乎没有了！他又比较了一下白炽灯和日光灯，见到白炽灯的钨丝很集中，而日光灯的镇流器却很长，他想了一会儿后，高兴地说："老师，我明白了！"
请回答下述问题：
(1)小明明白了如何的道理？请替他回答一下。
(2)此推论在生活中可有哪些应用？请举一例。
(3)在上述研究过程中，涉及了什么探究要素？
[答案](1)不透明物体的周围，光源越多，产生的影子越淡，四周都有光源，就不会产生影子。
(2)诊所内科放疗室用的无影灯。
(3)提出问题、实验探究、分析归纳、得出推论。
[解析]影子的产生是由于光线照到不透明物体上时，在物体的旁边产生一个光线照不到的黑暗区域，而不同位置的光源发出的光线可以照射到该区域，使该区域的阴影变淡。物体四周都有光源，则物体的四周便不会有光线照不到的黑暗区域，即物体便不会有影子。