第四章 多彩的光
第一节 光的传播
在大自然中，有很多与光有关的现象。比如：早晨或傍晚天空中的霞光万道，雨过天晴天空中的彩虹，阳光下我们的影子，密林中斑斑点点的阳光，似梦似幻的海市蜃楼，黑夜中五光十色的灯光等等，本章内容是初中物理的重点和难点之一。通过学习，我们要掌握：
光在同种均匀介质中沿直线传播及其应用
光的反射现象，规律及光路图的作法
光的折射现象，规律及应用
凸透镜成像规律及应用
要有光，必须有光源，光源就是能够发光的物体，像太阳、萤火虫、电灯、火把等。
通过实验，我们得到：光在同种均匀介质中是沿直线传播的。光的传播速度是3.0×10^8m/s。相当于每秒能绕地球赤道七圈半，光在真空中的传播速度最大，在空气中略小，在水中是真空中的3/4，在玻璃中是真空中的2/3.
在物理学中，我们用一条带有箭头的直线表示光的传播路径和方向，称其为光线，许多光线在一起，称为光束。
小孔成像：u增大，v减小，像减小，亮度增大，是倒立实像。
第二节 光的反射
我们平常照镜子，湖面上岸边树木的倒影，这些现象就是光的反射。
当光射到物体表面，被物体表面反射回去的现象叫光的反射。
投射到物体表面的光叫入射光线。（AO）
从物体表面返回的光叫反射光线。（OB）
入射光线在反射面（界面）上的投射点叫入射点。（O点）
过入射点与界面垂直的直线叫法线（为了作图方便而作）。（ON）
入射光线与法线的夹角叫入射角。 角
反射光线与法线的夹角叫反射角。 角 γ
通过实验，可以得到光的反射定律：
发生光的反射时，反射光线、入射光线与法线在同一平面内，反射光线与入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
发生在光滑表面的反射，叫镜面反射。平行光经镜面发射后，仍然是平行光。
发生在比较粗糙的表面上的反射，叫漫反射。平行光发生漫反射后不再是平行光，而是向各个方向散射。正因为有漫反射存在，我们才能从不同的角度看到不发光的物体。
无论是镜面反射还是漫反射，都遵循光的反射定律。
平面镜成像的特点：
所成的像是虚像，它有大小，在确定的位置。
像与物的等大，与平面镜的大小无关，与物距无关。
相距等于物距。
像与物关于平面镜对称。
物理学中，把能在光屏上呈现的像叫实像，即由实际光线会聚所得的像，不能在光屏上呈现的像叫虚像，即不是由实际光线会聚，而是光线的反向延长线会聚所得的像。
例题1：如图所示，用自动针孔照相机观察烛焰，有以下四句话，说法正确的是（A ）
（1）薄膜上出现烛焰的像是倒立的；
（2）薄膜上烛焰的像可能是缩小的也可能是放大的；
（3）保持小孔和烛焰的距离不变，向后拉动内筒，增加筒长，烛焰的像变大；
（4）保持小孔和烛焰的距离不变，向前推动内筒（相当于v减小），烛焰的像更明亮。
A．（1）（2）（3）（4） B．（1）（3）（4） C．（1）（2） D．（3）（4）
例题2：如图，MN是平面镜，A为发光点，B为反射光线上的一点，试画出反射光线和入射光线
解：
例题3：、要使与地面夹角为60°的太阳光竖直射入井底，如图所示，平面镜应与水平地面的夹角为（B ） 潜望镜光路图
A．15° B．75° C．45° D．90°
解析：如图，当入射光与地面成60°，反射光竖直射入井底，则入射光与发射光的夹角为60+90=150°。则入射角为75°，所以选B
例4：一根长1.2m的木棍，竖直立在水平地面上，影子的长是50cm，与此同时，一根直立旗杆的影子长8m，则这旗杆的高是多少？
解：此题可用比例关于计算，把太阳光当作平行光源，物与影将有以下比例关系：
1.2:0.5=h:8 ∴h=19.2m
平面镜的应用：1）改变光路（潜望镜）2）成像（镜子）
凸面镜：对光有发散作用，可扩大视野，有一个虚焦点，如：汽车后视镜；
凹凸镜：对光有会聚作用，可聚集光线，有一个实焦点，如：探照灯灯罩。
第三节 光的折射
我们洗脸时，会发生盆里的水比实际的浅，当把筷子放到盛有汤的碗里，筷子好像被折弯了。这些现象都属于光的折射。
当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生偏折的现象叫光的折射。
折射光线与法线的夹角叫折射角。
光的折射与光的反射类似，同样有折射定律。
光折射时，折射光线、入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，折射角随入射角的改变而改变：当入射角增大，折射角也增大；当入射角减小，反射角也减小。 例题1图
当光线从光密物质（如：玻璃）进入光疏物质（如：空气）时，折射角大于入射角；当光线从光疏物质进入光密物质时，折射角小于入射角。
当光线垂直与界面入射时，折射角等于入射角，等于0°。在光的折射中，光路是可逆的。
例1：作出人眼看水中A点得光路图
如图，A’是A的虚像，因光线从水进入空气，折射角大于入射角，A’在A上方。
第一节 光的色散
雨过天晴，天空中出现七彩虹，太阳光经过三棱镜后会分解为七色光。
白光通过三棱镜后分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光的现象叫光的色散。光的色散是由光的折射引起的。
发生光的色散是由于七种单色光通过三棱镜后的偏折程度不同而形成的，其中：红光偏折程度最小，紫光偏折程度最大。
通过实验，人们发现用红、绿、蓝三种颜色的光适当混合就能得到其他颜色的光，而红、绿、蓝三种色光是无法用其他色光混合而成的，因此将红、绿、蓝三种色光称为光的三基色。
同样，颜料中的红、黄、蓝三种颜色称为颜料的三原色。
三基色混合 三原色混合
通过对光的色散的学习，我们要知道：透明物体的颜色由它通过的光色决定；不透明物体的颜色由它反射的色光决定。例如：透过红光的玻璃，只能看到红色的光，其它色光都被它吸收了；黑色的物体因为他不反射任何色光（只吸收），所以它是黑色。
第二节 科学探究：凸透镜成像
凸透镜：中间厚边缘薄的透镜，平行光通过凸透镜后，会聚于一点，所以也叫会聚透镜。
凹透镜：中间薄边缘厚德透镜，平行光通过凹透镜后，会发散开去，所以也叫发散透镜。
主光轴：最简单的透镜两个表面都是球面的一部分通过两个球心的直线叫做透镜的主光轴。
光心：透镜的中心叫光心。
焦点：平行于主光轴的光线经凸透镜会聚到主光轴上的一点，叫焦点，用F表示。是一个实焦点。两侧各一个。平行于主光轴的光线经凹透镜发散后，光线的反向延长线也会交于主光轴上的一点，叫凹透镜的焦点，是一个虚焦点，两侧各一个。
焦距：焦点到光心的距离，用f表示。
物距：物体到光心的距离，用u表示。
像距：像到光心的距离，用v表示。
在知道了以上这些相关的概念后，我们来研究凸透镜的成像规律及其应用。
在作光路图时，我们要记住几条特殊光线经过透镜后的变化。
1、 凸透镜：1）平行于主轴的光线过透镜后过焦点。
2）过焦点的光线过透镜后平行于主轴。
3）过光心的光线过透镜后不改变方向。
2、凹透镜：1）平行于主轴的光线过透镜后发散，其反向延长线过焦点。
2）斜射入透镜，其延长线过焦点的光线，过透镜后，平行于主轴。
3）过光心的光线过透镜后，不改变方向。
3、凸透镜成像规律：
以2f放大与缩小；以f分像的虚实，随u减小，v增大。1/u + 1/v=1/f。
1）u>2f， 倒缩实，f<v<2f，照相机，u>v
2）u=2f， 倒等实，v=2f， 侧焦距，u=v
3）f<u<2f，倒放实，v>2f， 投影仪，u<v
4）u=f， 不成像，——， 作平行光源
5）0<u<f， 正放虚，——， 放大镜
例1：一个物体放于凸透镜前18cm处，在凸透镜另一侧20cm处成一个清晰的像，求此凸透镜的焦距范围？
解析：1）物像异侧时城市像。
2）当u>2f时，f<v<2f,且u>v；当f<u<2f时，v>2f，且v>u。
由题意知：v>u。∴此像为倒立放大实像。这时，f<>u<2f，v>2f，即：f<18<2f，20>f，解得：9cm<f<10cm，
所以此凸透镜的焦距在9~10cm之间。
第三节 眼睛与视力矫正
眼睛由角膜、瞳孔、晶状体、视网膜、视神经等组成（P71图）。来自物体的光线通过瞳孔，经晶状体（相当于一个凸透镜，其厚度可由睫状肌控制调节，即焦距在一定范围内可调）成像于视网膜，再经视神经系统传到大脑，经大脑处理，我们就看到物体了。
当晶状体发生病变而变厚时（相当于焦距变小），像成于视网膜前，就形成近视。要用凹透镜矫正。
当晶状体发生病变而变薄时（相当于焦距变大），像成于视网膜后，就形成远视。要用凸透镜矫正。
在距眼25cm处的物体在视网膜上所成的像最清楚，因此把25cm的距离叫做正常眼睛的明视距离。
眼镜的规格通常用度表示，其数值等于焦距倒数的100倍，即：D=1/f×100，焦距的单位是米。
一般近视镜（凹透镜）的度数为“-”；老花镜（凸透镜）的度数为“+”；但通常也只标出数值，不标出“+、-”。
预防近视应做到：
1） 不长时间连续用眼。
2） 不在强光或较弱的光线下看书。
3） 不在摇晃的环境中看书。
4） 讲究卫生，勤洗、勤晒毛巾。
5） 认真做眼保健操。
第四节 神奇的眼睛
利用凸透镜成像原理，可由制造出许多光学仪器，随着科技的发展，人们又根据其他物理学原理制成了更精密的仪器，从而拓展了肉眼的功能。
1、 放大镜：利用u<f成放大的虚像的原理。
2、 显微镜：
① 光学显微镜：可以把物体放大到1600倍。其目镜和物镜都是凸透镜，分辨率最小可达0.2μm。物镜焦距段，目镜焦距长。
② 电子显微镜：利用电子透镜聚焦电子束，形成放大倍数可达50万倍，分辨率达0.3nm的物体图像。
③ 隧道显微镜：利用量子理论中的隧道效应（在势垒（势能比附近的势能都高的空间区域）一边平动的粒子，当动能小于势垒高度是，仍有一定概率穿过势垒的现象）制造；分辨率达0.1nm，可以观察到金属原子。为纳米技术提供了显微技术。
3、 望远镜：
物镜使远处的物体在焦点附近成缩小的实像，再通过目镜放大，从而得到被“拉近”且放大的像。
为了扩大视角，会聚更多的光线，望远镜的物镜直径比较大，尤其是天文望远镜（哈勃望远镜）。
射电望远镜是利用来自天体的射电波来观测和研究天体的设备。它包括：收集射电波的天线、放大射电信号的高灵敏度接收机、信息记录、处理和显示系统等。
4、 照相机和投影仪：
照相机可以为我们留下美好的瞬间；投影仪可以把幻灯片投放到大屏幕上，让人们观赏。它们都离不开透镜，其原理在凸透镜成像规律中已经讲过，请同学们回忆一下。
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