光的直線傳播的應(yīng)用

光的直線傳播的應(yīng)用一、知識(shí)要點(diǎn)歸納光的直線傳播（1）光在同一種均勻物質(zhì)中沿直線傳播．光可以在空氣、水、玻璃等透明物質(zhì)中傳播．光的傳播可以不需要介質(zhì),光可以在真空中傳播．要注意光沿直線傳播的條件是同種均勻物質(zhì).（2）典型現(xiàn)象：影子的形成，日、月食的成因，小孔成像等都是光沿直線傳播的實(shí)例．生活中很多實(shí)例都可以用光的直線傳播進(jìn)行解釋，如一葉障目、坐井觀天、形影相隨、射擊瞄準(zhǔn)、排隊(duì)看齊等.光速光在不同物質(zhì)中傳播的速度不同，在真空中傳播的速度最快，是3x108m/s.光在空氣中的速度略小，近似為3x108m/s;光在水中的速度約為真空中的；光在玻璃中速度約為真空中的．二、光的直線傳播的典型現(xiàn)象的解釋與說(shuō)明..影子的形成光源發(fā)出的光照射在不透明的物體上時(shí)，物體向光的表面被照亮，在背光面的后方形成了一個(gè)光線照不到的黑暗區(qū)域，這就是物體的影．拓展影可分為本影和半影.本影即光線完全照不到的區(qū)域．半影指只有部分光線照射到的區(qū)域.如果是點(diǎn)光源，只形成本影（如圖1）．如果不是點(diǎn)光源，一般會(huì)形成本影和半影,如圖2是兩個(gè)或幾個(gè)光源，在不透明的物體后面能造成本影和半影區(qū)域．手術(shù)室里的“無(wú)影燈”是由多個(gè)大面積光源組合而成的，幾乎沒(méi)有本影，工作面都能被照亮．.小孔成像墨翟是世界上第一個(gè)論述光的直線傳播規(guī)律，并最早進(jìn)行小孔成像實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家．由于光是沿直線傳播的，發(fā)光體AB上部發(fā)出的光通過(guò)小孔照射到光屏的下部，而發(fā)光體下部發(fā)出的光線通過(guò)小孔后射到光屏的上部，因此，小孔成的像是倒立的實(shí)像，其大小是由發(fā)光體到小孔的距離和小孔到光屏的距離共同決定的．.日食發(fā)生日食時(shí)，太陽(yáng)、月球、地球在同一條直線上，月球在中間．月球當(dāng)住了太陽(yáng)光，在地球上形成了黑暗的區(qū)域——影，處在這個(gè)影區(qū)的人們就看不見(jiàn)太陽(yáng)，這就是日食．.月食發(fā)生月食時(shí)，太陽(yáng)、地球、月球在同一條直線上，地球在中間．地球擋住太陽(yáng)光，在地球的后面便形成了黑暗的影區(qū)，月亮進(jìn)入這個(gè)影區(qū)后，沒(méi)有陽(yáng)光照射它，也就不存在從月球射向地球的反射光，人們就看不到月亮，這就是月食．三、典型例題例1下列說(shuō)法正確的是（）A.光在任何介質(zhì)中都是沿直線傳播的B.光的傳播速度是3x108m/sC.太陽(yáng)發(fā)出的光，通過(guò)大氣層斜射向地面時(shí)不是沿直線傳播的D.光和聲在真空中都不能傳播解析光能夠在其中傳播的物質(zhì)稱為介質(zhì)．光沿直線傳播是有條件的，即同種均勻介質(zhì)．如果介質(zhì)不均勻，光的傳播方向一般會(huì)變化，比如地球周圍的大氣層中空氣的分布不均勻，高空空氣稀薄，所以光斜射入大氣層時(shí)不再沿直線傳播.只是在地面附近不太高的范圍內(nèi)空氣稀薄程度較均勻，所以在地面附近的空氣中可以說(shuō)光是沿直線傳播的，故A錯(cuò)C對(duì).光只有在真空中或空氣中傳播速度是3x108m/s,而在其它介質(zhì)中都比它小，B錯(cuò).聲音的傳播需要介質(zhì)，故不能在真空中傳播，而光可以在真空中傳播，故D錯(cuò).答案C例2物理老師在實(shí)驗(yàn)室用某種方法在長(zhǎng)方形玻璃缸內(nèi)配制了一些白糖水.兩天后，同學(xué)們來(lái)到實(shí)驗(yàn)室上課，一位同學(xué)用激光筆從玻璃缸的外側(cè)將光線斜向上射入白糖水，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特的現(xiàn)象：光在白糖水中的光路不是直線，而是一條向下彎曲的曲線，如圖6所示．關(guān)于對(duì)這個(gè)現(xiàn)象的解釋，同學(xué)們提出了以下猜想，其中能合理解釋該現(xiàn)象的猜想是()A.玻璃缸的折射作用8.激光筆發(fā)出的光線不絕對(duì)平行C.白糖水的密度不是均勻的，越深密度越大?激光筆發(fā)出的各種顏色的光發(fā)生了色散解析本題的目的是要考查光直線傳播的條件——同種均勻物質(zhì)．由題意“光在白糖水中的光路不是直線，而是一條向下彎曲的曲線”，這里描述的現(xiàn)象是光在白糖水中傳播的情況，而不是著重說(shuō)明由玻璃進(jìn)入糖水時(shí)發(fā)生偏折，故排除選項(xiàng)A，所以要解決本題的問(wèn)題應(yīng)圍繞“為什么在白糖水這種物質(zhì)中光的傳播路線不是直線？”，“是同種物質(zhì)但配制的白糖水的密度是否均勻？”,由生活經(jīng)驗(yàn)我們知道，喝白糖水時(shí)越到杯子下面越甜，說(shuō)明雖然是同種物質(zhì)但是上下密度卻不均勻，所以猜想是白糖水的密度不均勻?qū)е鹿庑鄙鋾r(shí)傳播路線發(fā)生改變，故選C.而選項(xiàng)B、D與本題無(wú)關(guān).答案C例3如圖7所示，在開(kāi)鑿大山隧道時(shí)，工程師們常常用激光束引導(dǎo)掘進(jìn)機(jī)，使掘進(jìn)機(jī)沿直線前進(jìn)，保證隧道方向不出偏差．這主要利用了()A.光的直線傳播B.光的曲線傳播C.光的反射D.光的折射解析“激光準(zhǔn)直”是光的直線傳播的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，只要掘進(jìn)機(jī)總是沿著激光照射出的亮點(diǎn)掘進(jìn)，那么掘出的隧道就一定是直的．激光的方向性好，而亮度隨距離增大不明顯減弱.因此，用它能保證掘進(jìn)方向不變．答案A例4一工棚的油氈屋頂上有一個(gè)小孔，太陽(yáng)光通過(guò)它后落在地面上形成一個(gè)圓形光斑，這一現(xiàn)象不能說(shuō)明（）A.小孔的形狀一定是圓的B.太陽(yáng)的形狀是圓的C.地面上的光斑是太陽(yáng)的像D.光是沿直線傳播的解析由光的直線傳播知識(shí)可知,小孔成像成的是倒立的實(shí)像，其形狀與孔的形狀無(wú)關(guān)．答案A例5小明參加學(xué)校組織的生存夏令營(yíng)，學(xué)到了許多野外生存的知識(shí)與技能．其中一項(xiàng)技能是“用影子辨別方向”.如圖8,將一根直桿豎直插在水平地面上的O點(diǎn).中午前后，用描點(diǎn)的方法在地面上畫(huà)出豎直桿的陰影頂端的運(yùn)行軌跡，在軌跡上找出其中距O最近的點(diǎn)A，則OA所指示的方向就是（選填“東”、“南”、“西”或“北”）方向，這一判斷應(yīng)用的光學(xué)知識(shí)是.解析光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播時(shí)，遇到不透明的物體，在物體后面光不能達(dá)到的區(qū)域便形成了影子.就象同學(xué)們?cè)诼窡粝伦哌^(guò)，人的影子會(huì)發(fā)生長(zhǎng)短變化一樣，本題中木桿的影子，由于陽(yáng)光的照射是先斜射后直射再斜射，所以木桿的影子是早晚長(zhǎng)、中午短.影子最短的時(shí)候就是太陽(yáng)在正南方向，所以O(shè)A所指方向就是“北”.答案北光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播拓展我們可以通過(guò)影子的方向、長(zhǎng)短來(lái)判斷一天大概的時(shí)間，聰明的我國(guó)古代勞動(dòng)人民已經(jīng)注意到這種現(xiàn)象，并發(fā)明了一種記時(shí)工具“日晷”——在圓形石板上刻有表明時(shí)間的刻度，圓心立一小棍，從日出到日落，小棍的陰影由長(zhǎng)而短又由短而長(zhǎng)的印在刻度上，由此標(biāo)示時(shí)間.“寸陰”即陰影縮短或延長(zhǎng)一寸的長(zhǎng)度，通常用來(lái)表示時(shí)間極為短暫，后來(lái)人們用“一寸光陰一寸金”來(lái)勸導(dǎo)大家珍惜分分秒秒．例6能否根據(jù)影子的形成，說(shuō)明汽車的前燈為什么安裝在車的下部?解析夜間行車，燈光照射的路面一片光亮，表明路面是平坦的；如果有黑影，說(shuō)明路面是坎坷不平的．答案如圖9,由光的直線傳播知識(shí)可知，對(duì)于同樣高的障礙物，如果光線從較高的地方射向障礙物，其影子比較短；光線從較低的地方射向障礙物，其影子長(zhǎng)一些，這樣有助于司機(jī)看清前面路面的凹凸情況，所以汽車的前燈要安裝在車頭的下部．例7閱讀理解題在科幻小說(shuō)《往日之光》中，作者鮑勃?肖幻想了一種慢透光玻璃，講述了一段美麗動(dòng)人的故事.“想象有一種玻璃，光在這種玻璃中運(yùn)動(dòng)的速度極慢，通過(guò)半厘米厚需要10年，比蝸牛的速度還慢得多．當(dāng)一塊慢透光玻璃制出來(lái)時(shí)，望上去總是一片漆黑，因?yàn)檫€沒(méi)有光穿過(guò)它．把這種玻璃放在風(fēng)景秀麗的林中、湖邊，帶著這些美麗的景致的光陷入慢透光玻璃中，10年也出不來(lái)．把在這種地方放了10年的玻璃鑲在城市住宅的窗戶上，那么，在下一個(gè)10年的過(guò)程中，這個(gè)窗子外面便仿佛呈現(xiàn)出林中湖泊的美景．各種動(dòng)物無(wú)聲的前來(lái)飲水，空中百鳥(niǎo)飛翔，日夜在交替，季節(jié)在變化．身居鬧市，猶如別墅．”這確實(shí)是一個(gè)有意思的幻想，但關(guān)鍵是要降住飛馳的光．科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，部分科幻已經(jīng)開(kāi)始變成現(xiàn)實(shí)．(1)本文作者進(jìn)行科學(xué)幻想的依據(jù)是什么？(2)在生活和學(xué)習(xí)中，你一定也有許多奇思妙想吧，簡(jiǎn)要寫(xiě)出一種想象及其依據(jù)．解析通常情況下，光在各種介質(zhì)中傳播速度極快．試題中的作者據(jù)此進(jìn)行反向思維．題目情景優(yōu)美，充滿幻想，給人啟迪．第一問(wèn)表面上看是考學(xué)生，實(shí)際上給我們以方法：提醒我們幻想要有依據(jù)，不能胡亂猜想．最后一問(wèn)更能激發(fā)我們的思維，只要聯(lián)系所學(xué)知識(shí)，再插上想象的翅膀，不難得出答案．答案(1)依據(jù)是光在不同的介質(zhì)中傳播速度不同；(2)想象在常溫下制成超導(dǎo)體.依據(jù)是超導(dǎo)材料與溫度有關(guān)；想象聲的傳播速度變得很慢很慢，因?yàn)槁曇舻乃俣扰c溫度、傳輸?shù)慕橘|(zhì)也有關(guān)；想象如何利用海洋環(huán)流發(fā)電、溫差發(fā)電等．例8實(shí)驗(yàn)探究——小孔成像的再認(rèn)識(shí)(1)在硬紙板上用錐子扎一個(gè)1~2mm的圓孔.晚上點(diǎn)燃一支蠟燭放在小孔前，在硬紙板的另一側(cè)的白屏上就能看到燭焰的像．改變屏與小孔的距離，像的大小和亮度有什么變化？(2)平行于硬板移動(dòng)蠟燭，屏上像的移動(dòng)方向與蠟燭的移動(dòng)方向是否相同？(3)在不同的硬紙板上分別鉆出不同形狀的孔，一是三角形、一是方形，孔的形狀對(duì)所成像有無(wú)影響？(4)同一硬紙板上同時(shí)有兩個(gè)或三個(gè)小孔(一是圓孔、一是三角形、一是方形)，則光屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)像還是幾個(gè)像？形成的像各是什么樣？解析小孔成像的原理是光的直線傳播，改變蠟燭到孔、孔到接收光屏之間的距離都可以改變像的大小(見(jiàn)圖3)，像越大亮度越暗.平行與硬紙板即上下移動(dòng)燭焰，屏上所成的像會(huì)向相反的方向移動(dòng).小孔成像像的形狀與孔的形狀無(wú)關(guān)，如果有多個(gè)不同形狀的小孔，可以看到有多個(gè)燭焰的像且都是倒立的．拓展北宋科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中寫(xiě)道：“……若鳶飛空中，其影隨鳶而移；或中間為窗隙所束，則影與鳶遂相違，鳶東則影西，鳶西則影東……”.前一個(gè)影指，后一個(gè)影是.(答案分別為“影子”、“小孔成像”)例9如圖10，身高為1.6m的某學(xué)生想測(cè)量一棵大樹(shù)的高度，她沿著樹(shù)影BA由B向A走去，當(dāng)走到C點(diǎn)時(shí)，她的影子頂端正好與樹(shù)的影子頂端重合，測(cè)得BC=3.2m,CA=0.8m,則樹(shù)的高度為()A.4.8mB.6.4mC.8mD.10m解析利用影子的形成——光的直線傳播知識(shí)并結(jié)合數(shù)學(xué)中相似三角形知識(shí)，在實(shí)際生活中有著重要的應(yīng)用.如圖10，由題意知，△ACD7ABE,故，解得BE=8m.答案C四、練一練L大偉同學(xué)在課外按如圖11所示的裝置做小孔成像實(shí)驗(yàn).如果易拉罐底部有一個(gè)很小的三角形小孔，則大偉在半透明紙上看到的是()A.蠟燭的正立像B.蠟燭的倒立像C.三角形光斑D,圓形光斑.雷達(dá)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)重要的軍事裝備.如圖12所示，若雷達(dá)向飛機(jī)發(fā)射的微波從發(fā)出到接收到返回信號(hào)所用時(shí)間為52“(1內(nèi)=10-6s),