高三物理第一轮复习集体备课光学 附习题！（精品打包16套）全国通用37.光的直线传播．光的反射.ppt

光的直线传播 光的反射 一 光源 1 定义 光源是指 能够发光的物体 太阳 电灯 例如 2 特点 光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能 光在介质中传播就是能量的传播 二 光的直线传播 1 光在同一种均匀介质中沿直线传播 各种频率的光在真空中传播速度 c 3 108m s 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度 即v c 表示光的传播方向的直线叫 光线 用带箭头的直线来表示 说明 直线传播的前提条件是在同一种介质 而且是均匀介质 否则 可能发生偏折 如从空气进入水中 不是同一种介质 海市蜃楼 现象 介质不均匀 同一种频率的光在不同介质中的传播速度是不同的 不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同 在同一种介质中 频率越低的光其传播速度越大 根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过c 小孔成像 当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时 发生明显的衍射现象 光线可以偏离原来的传播方向 近年来科学家们在极低的压强 10 9pa 和极低的温度 10 9k 下 得到一种物质的玻色 爱因斯坦凝聚态 光在其中的速度降低到17m s 甚至停止运动 2 本影和半影 l 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 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 本影 半影 日 月 半影 半影 本影 环食区 地 地 地 地 4 日食和月食 人位于月球的本影内能看到日全食 位于月球的半影内能看到日偏食 位于月球本影的延伸区域 即 伪本影 能看到日环食 注意 不可能出现月环食 这是由日 地 月三者间的距离所决定的 当地球的本影部分或全部将月球反光面遮住 便分别能看到月偏食和月全食 月亮全部进入地球的本影区域时 月亮完全消失的现象叫月全食 月亮的一部分进入地球的本影区域时 月亮的一部分消失的现象叫月偏食 注意 月亮全部在地球半影区时不会形成月食 例1 下列有关光的陈述中正确的是 a 人能使用双眼估测物体的位置利用的是光的直线传播规律b 大孔不成像 说明光通过大孔不是直线传播的c 位于月球本影区的人 能看到月全食d 光总是直线传播的 光在真空中传播的速度最大 解答 从物体上发出的两条光线分别到达人的两眼 而根据两条光线的反向交点 就可确定物体的位置 大孔之所以不成像是因为大孔可看成由许多小孔组成 每一个小孔所成的像重叠在一起造成的 位于月球本影区的人看到的是日全食 当月球在地球的本影里才发生月全食 光只有在同种均匀介质中才是直线传播的 选项b c d都不正确 只选a a 例2 有关日食和月食 下列说法正确的有 a 当月亮将照到地球的太阳光挡住时 将发生日食 b 当照到月亮的太阳光被地球挡住时 将发生月食 c 日食发生在望日 农历十五 月食发生在朔日 农历初一 d 日食发生在朔日 月食发生在望日 分析与解 在朔日 月球运行到地球和太阳的中间 如果月球挡住了照到地球的太阳光 就会发生日食 当地面上某一部分区域处在月球的本影区内 本影区内的人完全看不见太阳 叫做 日全食 地面上某一部分处在月球的半影区 这里的人看见太阳的一部分被月球掩蔽 叫做 日偏食 当地面上某一部分区域处在月球的本影区的延长线上 伪本影区 地面上的人将会看到 日环食 在望日 地球运行到月球和太阳的中间 如果地球挡住了照到月球的太阳光 月球没有阳光可反射 就会发生月食 月食分为 月全食 和 月偏食 两种情况 a b d 正确 例3 如图所示 在a点有一个小球 紧靠小球的左方有一个点光源s 现将小球从a点正对着竖直墙平抛出去 打到竖直墙之前 小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是a 匀速直线运动b 自由落体运动c 变加速直线运动d 匀减速直线运动 解 小球抛出后做平抛运动 时间t后水平位移是vt 竖直位移是h gt2 根据相似形知识可以由比例求得 因此影子在墙上的运动是匀速运动 思考 如果是平行光垂直照射竖直的墙壁而不是点光源呢 答 影子在墙上的运动是自由落体运动 例4 某人身高1 8m 沿一直线以2m s的速度前进 其正前方离地面5m高处有一盏路灯 试求人的影子在水平地面上的移动速度 解析 如图所示 设人在时间t内由开始位置运动到g位置 人头部的影子由d点运动到c点 因为三角形abc fgc 所以有 因为三角形acd afe 所以有 由以上各式可以得到 即 解得s影 3 125t 可见影的速度为3 125m s 用眼睛看实际物体和像 用眼睛看物或像的本质是凸透镜成像原理 角膜 水样液 晶状体和玻璃体共同作用的结果相当于一只凸透镜 发散光束或平行光束经这只凸透镜作用后 在视网膜上会聚于一点 引起感光细胞的感觉 通过视神经传给大脑 产生视觉 图中的s可以是点光源 即本身发光的物体 图中的s也可以是实像点 是实际光线的交点 或虚像点 是发散光线的反向延长线的交点 入射光也可以是平行光 以上各种情况下 入射光线经眼睛作用后都能会聚到视网膜上一点 所以都能被眼看到 三 光的反射 光的反射 在两种媒质的分界面处 光将改变传播方向 一部分光被返射回原来的媒质中 1 反射定律 1 反射光线 入射光线和法线在同一平面内 反射光线和入射光线分居在法线两侧 2 反射角等于入射角 反射光线 入射光线 法线 i m 镜面反射 3 光路可逆 在所有几何光学中的光现象中光路是可逆的 2 反射种类 漫反射 m m 都遵循反射定律 光滑平面上的反射现象叫做镜面反射 发生在粗糙平面上的反射现象叫做漫反射 4 应用 潜望镜 微小形变放大 库仑扭秤 卡文迪许扭秤 m 例5 如图所示 平面镜mn以 3s 1的角速度绕垂直于纸面的且过o点的轴转动 ab为一段圆弧形屏幕 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 沿固定方向射向平面镜的o点 当光源每秒闪12次时 镜每转一转在屏幕ab上出现的光点数最多是 a 3个 b 6个 c 2个 d 24个 当平面镜绕镜上某点转过一个微小角度 时 法线也随之转过 角 反射光线则偏转2 角 b 例6 如图是卡文迪许扭秤实验的示意图 其中固定在t形架上的小平面镜起着非常大的作用 利用光的反射定律可以把t形架的微小转动效果放大到能够精确测量的程度 设小平面镜到刻度尺的距离为l 1 00m t形架上两个小球中心相距l 20cm 设放置两个大球m 后 刻度尺上光点向左移动了 x 1 0mm 那么在万有引力作用下 小球向大球移动了多少 解 设小球向大球移动距离x t形架转过 角 反射光转过 角 经判断知 2 因 均极小 故可近似认为 例7 2006年天津理综卷15 15 空气中两条光线a和b从方框左侧入射 分别从方框下方和上方射出 其框外光线如图1所示 方框内有两个折射率n 1 5的玻璃全反射棱镜 图2给出了两棱镜四种放置方式的示意图 其中能产生图1效果的是 b 例8 如图所示 两个镜相成直角 入射光线ab经过两次反射后的光线为cd 今以两镜的交线为轴 将镜转动100 两平面镜仍保持垂直 在入射光线ab保持不变的情况下 经过两次反射后 反射光线为c d 则c d 与cd的位置关系为 a 不相交 同向平行 b 不相交 反向平行c 相交成200角 d 相交成400角 解析 如图所示 由于两平面镜垂直 2 3 900 由反射定律可知 1 2 3 4 1800即反射光线cd与入射光线ab平行且反向 同理 c d 与ab和平行且反向 所以c d 和cd同向平行 a 例9 如图所示 两平面镜相交放置 夹角为300 入射光与其中一个平面镜的夹角为100 则 a 光线经3次反射后能沿原路反射回去 b 光线经4次反射能沿原路反射回去 c 光线经5次反射能沿原路反射回去d 光线不能沿原路反射回去 d 解析 第一次反射后 反射光线与另一平面镜夹角为400 300 700 第二次反射后 反射光线与原平面镜夹角为700 300 1000 第三次反射就向回反射 但不会按原光路反射 四 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 3 像与物方位关系 上下不颠倒 左右要交换 例10 如图所示 s为静止的点光源 m为与水平成 角的平面镜 若平面镜沿水平方向做振幅为a的简谐运动 则光源在平面镜中所成的虚像s 的运动是a 在ss 连线上做振幅为4asin 的简谐运动b 在ss 连线上做振幅为2asm 的简谐运动 c 在水平方向上做振幅为4asin 的简谐运动 d 在水平方向上做振幅为2asin 的简谐运动 解析 平面镜成像的特点是 像与物相对平面镜是轴对称图形 正因为如此 像点与物点的连线总是与平面镜垂直的 本题中的平面镜是平动 而物点不动 所以过物点作与平面镜垂直线的位置是不动的 那么像点就在这条与平面镜垂直线上移动 而不会在水平方向上运动 c选项和d选项显然错误 平面镜的振幅为a 它在与平面镜垂直的线上的投影为asin 当平面镜靠近物点为asin 那么像点靠近物点为2asin 所以像点振幅为2asin b选项正确 五 平面镜成像的作图 a 反射定律法 从物点作任意两条入射光线 根据反射定律作其反射光线 两反射光线的反向延长线的交点 b 对称法 先根据平面镜成像有对称性的特点 确定像点的位置 再补画入射光线和反射光线 注意实际光线用实线且标前头 镜后的反向延长线用虚线 不标箭头 确定平面镜成像的观察范围的方法 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得到 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 解析 人看到头像 是由镜上c反光进入眼 人能看到脚的像 是镜上d处反射光进入眼的 因此 cd部分就是镜子最小长度 由平面镜成像特点及相似形知识可得 cd 0 5h 注意 上述结论和镜子远近无关 但镜子上端c应与头顶a和眼e的中点等高 当镜子不是竖放时 镜子可以比0 5h更短 例11 某人高h 站在穿衣镜前能看到自己全身像 问竖直放置的平面镜长度至少多大 镜子应如何放置 c d 例12 如图所示 ab沿平面镜所成的像 能观察到全像的区域 解析 先根据像物与镜面对称关系作出虚像a b 要能观察到a b 全像 必须要处在物体ab两端点反射光的重叠区 可分别从a b两点对镜面端点p与q作a射线ap aq和bp bq 再分别作它们的反射线 反射线是在像点与入射点所决定的直线上 可利用这两点直线画出反射线pa1 qa2和pb2 qb2 pa1和qb2所包围的区域就是a b两点反射光的重叠区 见图中涂黑的部分 例13 两个互相垂的平面镜om on的反射面夹角内有一个物点s 由于两个镜面反射的结果 可以生成虚像的个数为 a 两个b 三个c 四个d 无数多个 解 b s经平面镜om成虚像s1 此像与s关于om对称 s经on成虚像s2 与s关于on对称 s1又经反射面on成像在s3处 s1与s3关于on对称 s2又经反射面om成像在s4处 s2与s4关于om对称 而s3和s4是重合的 ss1s2s3相当于一个矩形的四个顶点 即s经平面镜om和on反射一共能生成3个虚像 1 下列对于光线的说法中正确的是 a 光线是客观存在的物质 b 光线是光束的抽象 c 光线是表示光束传播方向的直线 d 光线是尘埃微粒对光的反射所呈现的现象 bc 2 下列说法中正确的是 a 光总是沿直线传播的 b 光在不同介质中总是沿直线传播的 c 小孔成像是光的直线传播形成的 d 光在同种均匀介质中总是沿直线传播的 cd 3 无影灯是多个大面积光源组合而成的 关于其照明效果 下列说法中正确的是 a 有本影 b 有半影 c 没有本影 d 没有半影 bc 10 4 2m长的旗杆竖立在地面上 测得其影子长为1 5m 旁边有一烟囱影长7 5m 这烟囱的实际高度 m 5 光源发出的光照射到不透明物体上就会形成影 下列对于光源面积与影大小的判断中正确的是 a 光源的面积为零 半影区不为零 b 光源面积越大 半影区越大 c 光源面积越大 本影区越大 d 影的大小与光源的面积无关 b 关于日食和月食的下列各说法中 正确的是a 发生日环食时的月 地距离 较发生日全食时的大b 我们观察不到月环食是因为月球距地球较近 月球较小c 发生日全食时 地球上没有任何地方能看到日偏食d 发生月全食时 由于地球大气散射太阳光 月面并不完全黑暗 答案 abd 当月球运行到地球之后的适当位置时 就会出现月食 见图 在ac交界 bc交界处的人们看到的是月 食 ac交界处看到的是 图形象 bc交界处看到的是 图形象 在c处的人们看到的是月 食 看到的是 图形象 若这时在高空经过a或b处 能否看到月食 答案 偏 ii 全 否 如图所示 在高为3 2m处有一点光源s 在紧靠着光源s处有一小球a以初速v0作平抛运动 若在落地点预先放置一竖直屏幕 不计空气阻力 小球a在屏幕上的影子p作什么运动 经过0 4s影子的速度是多少 g取10m s2 解 画出运动示意图如图示 小球运动的总时间 水平总位移x v0t 经t秒小球运动到b x v0ty 1 2gt2 pd x y x 0 8v0 1 2gt2 v0t 0 4gt 所以 小球做匀速运动 速度为4m s 卡文迪许扭秤是用来测定万有引力恒量的重要仪器 为了观察悬挂的石英丝发生的微小扭转形变 卡文迪许采用了光放大的原理 下图中悬挂在石英丝下端的t形架的竖直杆上装一块小平面镜m m可将由光源s射来的光线反射到弧形的刻度尺上 圆弧的圆心即在m处 已知尺距m为2m 若反射光斑在尺在移动2cm 则平面镜m转过的角度是 rad 0 005 1 关于漫反射 下列说法中正确的是 a 能从不同方向看到光源是冈为发生 了漫反射 b 漫反射不符合光的反射定律 c 电影银幕是发生漫反射的 d 黑板有时 反光 是漫反射现象2 某人站在平面镜前 关于他的像 下列说法中正确的是 a 一块长为身高专的平面镜 无论怎样放置 都能看到他的全身像 b 若人以速度v背离平面镜运动 则人看到他的像也以速度v向相反方向运动 c 人在平面镜前任意的地方都能在平面镜的另一侧成像 d 人在平而镜前任意处都能看到自己的像 c c 如图所示 ab是竖直的旗杆 cd为池塘 试作图画出人眼e能通过塘水看到旗杆杆顶的位置范围 答案 cc dd 间所限定的范围 2004年全国理综卷17 解 画出光路图 由相似三角形关系得 l h 3 a a 以速率4m s沿os直线方向向右平移b 以速率2m s垂直于os向下平移c 镜的另一侧向o点做2m s的直线运动d 在s上看到像以m s速度向s靠近 一个点光源s 放在平面镜mn前 若mn不动 光源s以速