1 光的直线传播(30144)

光的直线传播、光的反射

基本内容：

一、光的直线传播、光速

（一）光源

l.光源：能够自行发光的物体叫做光源。如电灯、蜡烛、太阳、萤火虫等

注意：月亮不是光源，因为月亮本身不发光，而是反射的太阳光．

2.点光源：所谓点光源，就是可忽略自身尺寸的光源，象质点、点电荷、理想气体一样，是理想化的物理模型。

面光源：那些不能作为一个发光点来看待的光源，则称为面光源。

在研究光现象时，为了方便研究，我们通常研究点光源的光学现象，当光源的尺寸远小于它到观察点的距离时就可看作点光源．

3.光能：光具有的能量，包含在光束中．

光源发光要消耗其他形式的能，由其他形式的能转化成光能，如电灯发光消耗了电能，蜡烛发光消耗了化学能，太阳发光消耗了太阳内部的原子能，即光源发光的过程是其他形式的能转化为光能的过程；光照到物体上，光能又可转化为其它形式的能．光束射入人眼才能引起人的视觉．

（二）光的直线传播

1.光直线传播的条件：光在同一种均匀介质中是沿直线传播的．

自然界中的许多光现象，例如影、日食、月食等，都是光沿直线传播而产生的．日常生活中，我们也经常运用光沿直线传播的性质．例如，知道了一个发光点发出的两条光线的方向，根据光沿直线传播的性质，就可以确定这个发光点的位置。如图那样，把两条光线向反方向延长，它们的交点的位置就是发光点的位置．人的眼睛在观察物体时，就是利用这种方法来确定物体的位置的．

2.介质：光能够在其中传播的物质，如：空气、水、玻璃等．

注意：光能在真空中传播，说明光的传播并不依靠介质．

3.光线：利用光的直线传播而从光束中抽象出来的概念，用一条带箭头的直线表示光的传播方向的几何线。

光线是个很有用的概念，利用光线我们就可以用几何学的方法来研究光的传播问题．

注意：光线并不是实际存在的东西．实际中只能得到很窄的光束，不能得到象几何线那样的

光线．正如质点是物体的抽象一样，光线是光束的抽象，只代表光的传播方向，实际上是不存在的；而光束是实际存在的，光束是光源发出的光的一部分。

（三）影的形成

光在传播过程中被不透光的物体遮挡，在物体背光面的后方将出现光线照射不到的黑暗区域，这一黑暗区域称为物体的影。同一物体在点光源和面光源照射下，它的影的情况是不同的。

1.点光源的影

点光源发出的光，照到不透明的物体上，物体向光的表面被照明，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域．如图所示是点光源S照射下的影。

2面光源的本影和半影．

上图如果是在面光源照射下，球体背面形成的影区中，有一部分是S上任何一点发出的光线都无法照射到的，这是最暗的区域，称为本影；另一部分是S上一部分发光点发出的光线能照射到，而其余发光点的光线照射不到的区域，这是较暗的区域，称为半影。

应用本影和半影的知识，我们可以解释日食和月食现象。应该指出，物体在面光源照射下，才可能产生本影和半影；随着光源的发光面增大，物体的本影会减小，医院手术室中的无影灯，就是利用多个大面积光源从不同角度照射来消除本影的。

（四）日食月食现象

1.日食：发生日食时，太阳、月球、地球在同一条直线上，月球在中间，在地球上月球本影里的人看不到太阳的整个发光表面，这就是日全食，如①区．在月球半影里的人看不到太阳某一侧的发光表面，这就是日偏食如②③区，在月球本影延长的空间即伪本影里的人看不到太阳中部发出的光，只能看到太阳周围的发光环形面，这就是日环食，如④区．

①是本影区；②③是半影区；④是伪本影区；

2.月食：发生月食时，太阳、地球、月球同在一条直线上，地球在中间，如图所示。当月球全处于①区时，地球上处于夜晚的人会看见月全食；若月球部分处于本影区①、部分处于半影区②或③时，地球上处于夜晚的人会看见月偏食，但要注意，当月球整体在半影区时并不发生月偏食．

（五）光速：通常光在真空中的速度为m/s．

注意：

光在介质中的传播的速度都将小于该值．

光年是长度的单位，其意义是光在一年时间内所走的路程，不是时间单位.

二、光的反射

1、光的反射现象：

当光从一种介质射入另一种介质，在两种介质的界面上改变方向，一部分光返回原来介质的现象——光的反射。

无论透明或不透明物体在其表面均可发生光的反射。

2、反射定律：

反射光线跟入射光线和法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角。

反射定律解决了如何根据入射光线来确定反射光线，说明反射光线是唯一确定的。

3、光路可逆：

根据反射定律，沿反射光线入射到介面的光线则沿原入射光线返回原介质。

人的思维习惯于由已知物点或入射光线，寻找像点或反射光线。对于相反类型的问题，我们就可利用光路可逆的性质把它变成正向思维的问题。如“眼睛通过平面镜能看到什么范围?”这类问题，就可变成“眼睛处放一点光源，它发出的光经平面镜能反射到什么范围?”等。这样，可使问题变得易于入手解决。

4、镜面反射和漫反射。

（1）镜面反射：平滑表面，当平行光入射即入射角相同，根据反射定律它们的反射角也相同，那么将沿相同方向反射。

（2）漫反射：表面粗糙不平，平行光入射后在每一个微小区域遵循反射定律反射，光线向不同方向反射。

注意：漫反射同样遵循反射定律

三、平面镜成像

1、平面镜对光线的作用：只能改变光的传播方向，不能改变光束性质

应用：控制光路，例如：

2、平面镜成像：

（1）平面镜成像

S'为S的像A'B'为物AB的像

虚像：不是光线的实际交点，而是光线反向延长线的交点。

（2）成像特点：

1）平面镜成像是虚像；

2）像和物关于平面镜是对称的；即

（3）成像作图——规范，步骤

所有的入射光线的反射光线画实线且有箭头，所有反射光线的反向延长线画虚线且过像点，所有的虚像画虚线。（如图）

四、例题精选：

（一）控制光路问题

①平面镜不动，入射光线转过θ，反射光线也转θ

②入射光线不动，平面镜转θ，反射光线转2θ（如图）

③两平面镜成直角，入射光线经两次反射后的出射光线与入射光线平行且反向。（如图）

推广：两平面镜成θ，入射光线经两次反射后的出射光线与入射光线的夹角为2θ。（如图，β=2α）

例1：如图光线A射到平面镜上，O为入射点，当平面镜绕过O点的与纸面垂直的轴转θ角时，反射光线B将转过多大角度？

分析：