第一课时 光的直线传播 光的反射

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典例剖析
【例3】 一个点光源S对平面镜成像,设光源不动,平面镜以 速率v沿OS方向向光源平移,镜面与OS方向之间的夹角为 30°,如图所示,则光源的像S′将( )
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A.以速率0.5v沿S′S连线向S运动
B.以速率v沿S′S连线向S运动 C.以速率
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[解析] 根据人与像对称于镜面,其光路如图所示,设身高
AB=H,眼睛(E)到头顶的竖直距离EA=h,根据三角形的两边中 1 线的长度等于底边长度的一半,所以镜的最小高度为Hmin= H 2 1 1 EB .镜的下边D距地面的最大允许高度为hmax= (H2 2
h).镜的上边C位于AE的中垂线上,即镜的悬挂点距地面高度 为H′=H-
第十四章 光学
第一课时 光的直线传播 光的反射
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第一关:基础关 展望高考
基础知识
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一､
光的直线传播
知识讲解 1.光源:自行发光的物体. 特点:光源具有能量且能将其它形式的能转化为光能.光在介 质中的传播就是能量的传播. 2.介质:光能在其中传播的物质. 3.光的直线传播:光在同种均匀介质中总是沿着直线传播的.
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三､
物或平面镜移动问题的分析方法
技法讲解 1.当物或平面镜平动时;如图若镜不动,物速为v且垂直镜面移 动,则像速为v且垂直镜面与物运动方向相反.
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若镜动而物不动,当镜速为v时,像对物速度为2v,且方向与镜
移动方向相同. 2.当平面镜绕镜上某点转过一微小角度α角时,据反射定律,法 线也随之转过α角,反射光线则偏转2α角.
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答案:当C离B200 cm时屏上的本影正好消失,这时半影环的
半径为10 cm 本影可取的最大直径是5 cm. 点评:影的形成是光的直线传播规律的实际应用,用光的直线 传播规律来解决影的形成问题.
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ห้องสมุดไป่ตู้
二､
光的反射
知识讲解 1.反射现象: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. 2.反射定律:反射光线跟入射光线还有法线在同一平面内,且 反射光线和入射光线分居法线两侧,反射角等于入射角. 3.分类:镜面反射和漫反射.注意镜面反射和漫反射都遵循反
S,地面上圆柱体右侧AB部分没有被光线照到,如图所示.已 知SB=8R,试求AB的长度.
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解析:光路图如下图所示,
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SS 由物像对称可知SS 8 3R, 所以tan 3, SB 所以 60则AB R cot
(3)半影:发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光
线照射的区域.
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活学活用
1.如图所示,A是直径为10 cm的发光圆,B是直径为5 cm的遮 光板,C为光屏,三者中心共轴,A､B之间相隔200 cm.当C离 B为多远时正好屏上的本影消失,只有半影?这时半影环的 半径是多少?本影可取的最大直径是多少?
为像点.
方法二:根据平面镜成像的特点作图.先根据物像的对称性作 出像点,然后作出物点射到平面镜上的任意两条光线,最后 将像点与两入射光线在平面镜上的入射点分别用直线连接 ,并在镜前延长这两条直线,即为两条反射光线,如图所示.
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利用方法二比方法一有明显的优点:作图准确,迅速方便.不管
答案:3 m 点评:正确作出反射光路图,结合反射定律进行分析,是解决这 类问题的关键.
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第二关:技法关 解读高考
解题技法
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一､
平面镜成像的作图方法
技法讲解 方法一:根据光的反射定律作成像光路图.先作出物点射到平 面镜上的任意两条光线,然后根据反射定律作出其反射光 线,最后将反射光线反向延长交于平面镜后的一点,该点即
1 h. 2
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二､
平面镜的视场问题
技法讲解 1.人眼看到物体的条件 从物体发射出来的光线直接射入或经反射､折射后进入人的 眼睛,在下图中,带箭头的水平线表示一条光线,只有眼睛位 于a处才能看到这条光线,在b、c、d处均不能看到这条光 线.
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射定律.
4.光路可逆原理:所有几何光学中的光现象,光路都是可逆的.
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5.平面镜的作用和成像特点
(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.
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活学活用
2.一个半径为5 m的圆形蓄水池装满水,水面与地面相平,在池 的中心上空离水面3 m处吊着一盏灯,求一个身高1.8 m的 人可以离开水池边缘多远的距离还能看到灯在水中的像.
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解析:水面相当于平面镜,作反射光光路图如图所示,若人在某
位置时恰能通过水池的边缘看到灯在水中的像,这时光源发 出的光恰好通过水池边缘反射入人的眼睛.
由反射定律可知∠α=∠β.
h x hr , 即 x 由几何分析得△SBO∽△DCO,故有 3m. H r H
光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s;在任何介质中的传
播速度都小于c,v=c/n(n为该介质的折射率)
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4.本影和半影
(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.
A.0至-1区间
C.0至-∞区间
B.-1至-3区间
D.-3至-5区间
[解析] 设想H处有一点光源,它发出的光被平面镜反射后照 到x轴上的A､B区间,具体光路如图所示,那么根据光路可逆 知识,当发光点P在A､B之间运动时,能被处于H的人眼通过
平面镜看到,具体范围为发光点P在-3至-5区间内. [答案] D
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典例剖析
【例2】 如图所示,在竖直平面xOy上,人眼位于x轴上+3坐标 点H,一平面镜位于图示位置,平面镜两端坐标为N(-1,3)与 M(0,3),那么当一发光点P从坐标原点沿x轴负方向运动过 程中,当P点在以下哪个区域中运动时,人眼可以从平面镜
上观察到P的像(
)
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3.凌日是内行星经过日面的一种天文现象.我们把绕日运行轨
道在地球以内的行星,称为内行星.如果内行星的一颗恰好 从地球与太阳之间经过,地球上的观察者就会看到有一个 黑点从太阳圆面通过,大约需要一个多小时,人们把这种现 象称为凌日.根据上面的材料可知下面说法正确的是( )
3v 沿S′S连线向S运动
D.以速率2v沿S′S连线向S运动
第26页 共 41 页 第26页
[解析] 利用平面镜成像规律作出像点S′,如图所示,连接SS′
、AS′,利用对称关系,可知△ASS′为等边三角形,当平面镜 从A向右移到S点,像点也从S′移至S点.显然像点沿S′S连线 向S运动,速率v′等于v.故选B. [答案] B
个?
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2 解析:由ω= 可得平面镜转动的周期T=6 s,平面镜转过 T 30°对应AB上的光点转过60°,所需时间为 T =0.5 s,光源 12
每秒闪12次,0.5 s内将闪6次,若第一次光点正好照到B点,则 上有7个光点出现在屏幕AB上. 答案:7个
屏幕上形成的最后一个光点恰好照到A点,这样在0.5 s内实际
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S的速度为v,垂直于平面镜的分速度v1=v·cos30°=2× 3 3
m/s,由物像对称性知,S′相对于镜的垂直分速度也为 所以选项D是错误的.
3 m/s,
2
若以S为参照物,则S′相对于S是以
速直线运动,所以选项C是正确的. 答案:AC
m/s的速率向S做匀 2 3
m/s沿与镜面成60°角的方向向右做匀速直线运动,如图所 示,则光源在镜中的像将( )
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A.以2 m/s的速率做直线运动,且运动方向与S的运动方向夹
角为120° B.以2 m/s的速率垂直于MN做直线运动
C.以 2 3 m/s的速率相对于S做直线运动 D.以 2 3m/s的垂直于MN的速率向MN做直线运动
利用哪种方法作图都应注意: (1)实际光线用实线画出并带箭头,实际光线的反向延长线用 虚线表示. (2)至少要画两条光线,因为至少要有两条光线,才能找出像的
位置.
(3)对称法只能用来确定像的位置,作光路时必须补画上光线.
第16页 共 41 页 第16页
典例剖析
【例1】 为了在竖直悬挂的穿衣镜前看到自己的全身,试分 析:平面镜至少得多高?这时镜的最高点或者最低点应在什 么位置?
第32页 共 41 页 第32页
解析:根据平面镜成像规律,作S的像S′,如右图所示,经过t时间
,光源S的位置为S1,其像就为S′1.由物像对称性可知 SS1=S′S′1,所以S′相对平面镜是以2 m/s的速率,沿与镜成 60°角的S′O方向做匀速直线运动,并且与S的运动方向 SO的夹角为120°,所以选项A是正确的,B是错误的.
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第三关:训练关 笑对高考
随堂· 训练
第28页 共 41 页 第28页
1.如图所示,为发生日食时影区的分布情况,则下列叙述中正
确的是( )
A.在D区的观察者可观察到日环食 B.在B区的观察者可观察到日全食
C.在A区的观察者可观察到日全食
D.在A区的观察者可观察到日偏食
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解析:由题图所示的光路及本影、半影的定义可知:D是本影
区,A、C为半影区,B是本影D的倒圆锥体,进入B区的光线 均为太阳周围的光线,故有A、C区观察均为日偏食,在B区 观察为日环食.所以,D选项正确. 答案:D
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2.一个点光源S,放在平面镜MN前.若MN不动,光源S以速率2

2
3R
答案 : 3R
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5.如图所示,平面镜M以角速度ω= 3
rad/s绕垂直于纸面且
过O点的轴顺时针转动,AB为一段圆弧屏幕,它的圆心在O 点,张角为60°,现有一束来自频闪光源的细平行光线以一 个固定的方向射向平面镜M上的O点,光源每秒闪12次,则 平面镜每转一周在屏幕AB上出现的亮点数最多可能是几
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A.地球上的人们能看到的只有水星和金星凌日
B.发生凌日现象属于光的折射现象 C.发生凌日现象属于光的直线传播现象 D.凌日现象是人们看到的内行星的影子 答案:ACD
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4.半径为R的圆柱体放在地面上,在距地面
的上方放一 4 3R 与地面平行的平面镜MN;在圆柱体左侧地面上有一点光源
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x 200 D 解析 : 示意图如图所示由相似三角形知 . x d 解得x 200 cm, 即C离B为200 cm时屏上的本影正好消失. D 200 x 同理可得 cm, 解得 d x 200 2 R 200 x x cm.再由相似三角形知 , 3 d x 解得R 10 cm, 即半影环的半径为10 cm. 本影可取的最大直径就是遮光板B的直径5 cm.
2.确定平面镜成像的观察范围的方法
在用遮光板将由物点射向平面镜的光线不全部挡住的情况下 ,平面镜前的物体总能在镜中成像,但只有在一定范围内才 能看到.若要看到平面镜中完整的像,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.
通过平面镜看虚像的情况就像通过与平面镜等大的“窗口”
看窗外物体一样.具体观察范围为像点和平面镜的边缘连 线所限定.