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第十四章光学第一课时光的直线传播光的反射 第一关 基础关展望高考基础知识 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 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 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 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 活学活用1 如图所示 A是直径为10cm的发光圆 B是直径为5cm的遮光板 C为光屏 三者中心共轴 A B之间相隔200cm 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 答案 当C离B200cm时屏上的本影正好消失 这时半影环的半径为10cm本影可取的最大直径是5cm 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 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 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 活学活用2 一个半径为5m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3m处吊着一盏灯 求一个身高1 8m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 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 由几何分析得 SBO DCO 故有即 答案 3m 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 第二关 技法关解读高考解题技法 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 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 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 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线的长度等于底边长度的一半 所以镜的最小高度为Hmin 镜的下边D距地面的最大允许高度为hmax H 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 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 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 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 A 0至 1区间B 1至 3区间C 0至 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 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 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 角时 据反射定律 法线也随之转过 角 反射光线则偏转2 角 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 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 以速率沿S S连线向S运动D 以速率2v沿S S连线向S运动 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 第三关 训练关笑对高考随堂 训练 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 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 2 一个点光源S 放在平面镜MN前 若MN不动 光源S以速率2m 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 A 以2m 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2m s的速率垂直于MN做直线运动C 以m s的速率相对于S做直线运动D 以m s的垂直于MN的速率向MN做直线运动 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2m 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 S的速度为v 垂直于平面镜的分速度v1 v cos30 2 m s 由物像对称性知 S 相对于镜的垂直分速度也为m s 所以选项D是错误的 若以S为参照物 则S 相对于S是以m s的速率向S做匀速直线运动 所以选项C是正确的 答案 AC 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 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 4 半径为R的圆柱体放在地面上 在距地面的上方放一与地面平行的平面镜MN 在圆柱体左侧地面上有一点光源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 解析 光路图如下图所示 5 如图所示 平面镜M以角速度 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