初二物理竞赛第1讲 电磁波、光的直线传 播与反射现象 教师版

1电磁波、光的直线传 播与反射现象漫画释义知识互联网16模块一：电磁波、光的直线传播与反射现象知识导航电 磁 波类 型1. 电磁波是一种传播电能和磁场的横波.2. 电磁波由振动的电场和磁场组成, 电场和磁场以光速在空中传播.3. 电磁波的传播不需要介质.电 磁 波 的 产 生1. 所有电磁波都是由带电粒子产生的.2. 带电粒子运动时, 它就产生磁场.3. 带电粒子的运动变化时, 它的磁场也 改变了. 改变了的磁场导致电场变化.4. 电场和磁场中, 如果一个场振动了, 另一个场也要振动. 就以这样的方式, 两 个场振续不断地引起相互间的变化. 其 结果就是一个电磁波, 这两个场是以相 交为直角的方式振动.能 量由电磁波在空中传递的能量叫做电磁波辐射.速 度所有的电磁波在相同介质中都以相同的速度传播, 不同介质中, 电磁波传播的速度不同. 在真空中电磁波的速度为 299792458m/s, 约为 3108m/s电 磁 波 的 模 型波 动 模 型1.偏振现象说明光是横波:太阳、电灯等普通光源发出的光, 包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光, 而且沿着 各个方向振动的光波的强度都相同这种光叫做自然光 . (1) 当只有一块偏振片时, 以光的传播方向为轴旋转偏振片, 透射光的强度不变.(2) 当两块偏振片的透振方向平行时, 透射光的强度最大, 但是, 比通过一块偏振片时要弱(3) 当两块偏振片的透振方向垂直时, 透射光的强度最弱, 几乎为零. 应用:玻璃门表面的反光很强用偏光镜减弱了反射偏振光用偏光镜消除了反射偏振光, 使玻璃门内的人物清晰可见2.干涉现象3. 衍射现象1801 年, 英国物理学家托马斯杨(17731829)在 实验室里成功地观察到了光的干涉两列或几列光波 在空间相遇时相互叠加, 在某些区域始终加强, 在 另一些区域则始终削弱, 形成稳定的强弱分布的现 象.粒 子 模 型光电效应 电 磁 波 谱电磁波 的特性所有电磁波以相同的速度传播, 但波长和频率都不同.电 磁 波 谱电磁波谱由无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线组成.夯实基础【例1】 真空中所有电磁波有相同的()A. 频率B. 速度C. 波长D. 能量【答案】B【例2】 波长最长的电磁波是()A. 无线电波B. 红外线C. X 射线D. 伽马射线【答案】A【例3】 下列各项中, 不属于电磁波谱的是()A. X 射线B. 声音C. 红外线D. 无线电波【答案】B【例4】 你能简要说说观看 3D 电影时, 为什么佩戴偏振眼睛就能看到立体的影响.【答案】放映立体电影时, 两台放影机以一定方式放置, 并将两 个画面点对点完全一致地、同步地投射在同一个银幕内. 在每台投影机的镜头前都必须加一片偏光镜, 一台是横 向偏振片, 一台是纵向偏振片(或斜角交叉), 这样银幕 就将不同的偏振光反射到观众的眼睛里. 观众观看电影 时亦要戴上偏振光眼镜, 左右镜片的偏振方向必须与投 影机搭配, 如此左右眼就可以各自过滤掉不合偏振方向 的画面, 只看到相应的偏振光图象, 即左眼只能看到左 机放映的画面, 右眼只能看到右机放映的画面. 这些画 面经过大脑综合后, 就产生了立体视觉.模块二：光的直线传播知识导航下列图片应用了光的什么性质呢? 手影游戏激光准直系统光源能够自行发光的物体叫做光源. 按成因分可分为自然光源和人造光源; 按发光原理可分为热光源和冷光源 自然光源有：太阳、萤火虫、水母等;人造光源有：手电筒、火把、油灯、蜡烛、白炽灯、日光灯、霓虹灯等; 热光源有：太阳、手电筒、火把、电灯等; 冷光源有：萤火虫、水母等光的直线 传播条件光在同一种均匀介质中沿直线传播说明: 1. 如果介质不均匀, 即使是同一种介质中, 光也不会沿直线传播, 要发生折射例 如太阳光在地球周围大气层中传播路线是弯曲的光在真空、空气、水、玻璃 等物质中是沿直线传播的2. 如果介质分布均匀, 光从一种介质射到另一种介质中时, 一般也会改变传播方 向, 不再沿原方向直线传播, 即光的折射现象光的传播是独立的, 即某一光束 的传播与同时是否有其他光束在同一区域内传播无关, 两光束相遇时互不干扰模型法对于光的直线传播我们是可以感知的冬季太阳光照射到教室里, 可以看到一束束的 太阳光是直的; 在夜晚, 我们用手电筒照明时, 可以看到光是直的; 舞台上表演时的一束 束霓虹灯也说明光是沿直线传播为了表示光的直线传播, 我们通常用一条带有箭头的直 线表示光传播途径和方向模型法应用1. 激光准直、影的形成 (知识引导图)2. 日食、月食地球位于 A：日全食 地球位于 B、C：日偏食 地球位于 D：日环食月球位于 C：月全食 月球位于 A、B：月偏食3. 小孔成像光 速1. 光在真空中的传播速度 c = 3108m/s, 在其他介质中的传播速度均小于这个值, 光在水中约为真空中光速的 3 , 光在玻璃中的速度约为真空中光速的 2 .432. 光年是天文学上常用的长度单位. 一光年就是光在真空中一年内所走的距离, 大约是9.46081015m.夯实基础【例5】 关于光的传播, 下列说法正确的是() A光在真空中传播速度为 3108km/s B光在不同物质中传播速度相同C影子是由于光的直线传播形成的 D光年是天文学中的时间单位【答案】C【解析】常见的“光沿直线传播”的例子, 如操场上, 同学们列队看齐、小孔成像、挖掘隧道时, 用激光 来引导掘进机、一叶障目、日食、月食等等.思考题: 假设你有超光速, 会怎样呢? 时光倒流, 看到过去的事情等.【例6】 下图是月球的影区分布, 当人随地球运动到 区时会看到日全食, 运动到 区时会看 到日偏食, 运动到 区时会看到日环食【答案】人如果处在完全不受光照的区域时, 将看到日全食, 这个区域是图中的 B 区域; 人如果处在 受部分光照的区域, 则看到的是日偏食, 如图中的 A 区域; 人如果能见到太阳边缘的光线, 即 太阳光的中间部位被月球挡住, 则看到的是日环食, 如图中的 C 区域.教师引导题目: 在暗室里用蜡烛做小孔成像实验时, 小明在硬纸板的不同位置上戳了圆形、 正三角形、正方形和五角形四个小孔, 则在墙上可能（）A出现一个蜡烛火焰的倒像B出现四个蜡烛火焰的倒像C出现四个跟小孔形状相同的清晰光斑D出现四个模糊的光斑【答案】B【例7】 小涛同学旅游住酒店的时候, 看到卧室灯的灯罩非常漂亮, 镂空有小星星形状的孔, 如图所 示. 他以为打开灯后, 会在墙上出现满天星. 可是开灯后发现墙上竟然是倒立的灯管, 又惊讶 又失望, 请你解释一下为什么会出现这种情况.【答案】小孔成像【例8】 北宋的沈括在梦溪笔谈中记叙了光的直线传播和小孔成像的实验他首先直接观察鸢(老 鹰)在空中飞动, 地面上的影子也跟着移动, 移动的方向与鸢飞的方向一致然后在纸窗上开 一小孔, 使窗外飞鸢的影子呈现在室内的纸屏上, 结果观察到“鸢东则影西, 鸢西则影东”阅 读了上述材料后, 你认为下列哪种说法是错误的是( )A“鸢东则影西, 鸢西则影东”所描述的现象是小孔成像 B沈括观察到“鸢在空中飞动, 地面上的影子也跟着移动”是小孔成像 C小孔成像可用光的直线传播解释 D小孔成像时像移动的方向与物移动的方向相反【答案】B教师可以引导学生思考：树叶间的空隙就如针孔能使地面上形成太阳的像, 已知太阳距地球约1.5108 km , 你能用一把尺估测出太阳的直径吗? 利用比例小孔成像中究竟成放大、等大还是缩小的像由物距与像距的比例决定能力提升【例9】 小明参加育新学校组织的生存夏令营, 学到了许多野外生存的知识与技能如: 用影子辨别方向. 如图中午前后, 用描点的方法在地面上画出竖直杆阴影顶 端的运行轨迹, 找出其中距 O 最近的点 A, 则 OA 就指示 方向, 这一技 能应用的光学知识是 【答案】北; 光沿直线传播分析: 我国在北半球.【例10】1920 年科学家观测到, 金牛星座附近的蟹状星云（如图所示）, 对地球的 视角正以每年 0.21（1 = 60 = 3600 ）的速度膨胀, 当时的视角为180 巧 合的是, 我国在宋代至和元年（1054 年）, 就在同一位置观测到一颗“客星”,（即原来看不见而突然出现的亮星, 天文学上叫做新星或超新星）你认为,以上数据是否支持这样的结论: 现在的蟹状星云就是公元 1054 年我国测 到的那颗“客星”爆发后形成的? 写出你判断的思路【答案】分析: 由膨胀速率测算（+）时间作比较即可解答: 180 = 857 这表示蟹状星云是在 857 年前从一个点膨胀而成的1920 年-875 年10630.21年. 这与我国宋观测到的超新星的年代十分接近. 从图中可以看出, 蟹状星云的边界并不清 晰, 题中所说它的视角及视角的膨胀速率都是很大的, 因此可以认为这些数据支持题述结论.【例11】可视为点光源的路灯 S 距离地面的高度为 H高为 h 的人在路灯下的水平路面上以速度 v人 匀 速行走, 那么人的头在地面上的影子移动的速度为 H【答案】 v影 =v人H - h如图所示, 从发光的灯 S 到人的头顶 A 作一直线, 交地面于 B, 人头 顶的影子就在 B, 过了一会儿, 人走到了另一位置 A点, 其影子移 至 B点 根据几何知识, SAA相似于 SBB,所以 AA = H - h , 得 BB=H AABBHH - hH由上述可得出人头顶影子移动的速度为 v影 =H - hv人 , 表明人头顶影子移动的速度为人移动速度的H H - h倍, 如果人作匀速直线运动, 那么其人头顶影子也作匀速直线运动模块三：光的反射与平面镜成像特点知识导航光的反射1. 能够看到本身发光的物体, 是由于物体发出 的光射入人的眼睛, 形成视觉.2. 能够看到本身不发光物体, 是由于物体表面 能够使光发生反射, 反射光射入人的眼睛形 成视觉.反射定律1. 在反射现象中, 反射光线、入射光线和法线都在同一平面内;2. 反射光线和入射光线分居法线两侧;3. 反射角等于入射角. 在光的反射现象中, 光路是可逆的镜面反射 和漫反射1. 镜面反射: 平行入射的光线经反射后仍然平行射出特点是: 反射面光滑平坦, 法线平行. 如镜面、平静的水面、抛光的金属面、家具都会发 生镜面反射.2. 漫反射: 平行入射的光线经反射后射向四面八方.特点是: 反射面粗糙、凹凸不平、法线不平行. 如纸、衣服、地面、电影银幕都会发生 漫反射. 发生漫反射时, 每一条光线都同样遵守光的反射定律平面镜成 像的特点1. 像与物的大小相等2. 像与物到镜面的距离相等3. 像和物的连线与镜面垂直4. 平面镜成正立的虚像夯实基础【例12】右图是探究“光反射时的规律”的实验装置图把平面镜放在水平桌面上, 再把一张可以沿 ON 向前或向后折的纸板竖直地立在平面镜上, 纸板上的 ON 垂直于镜面一束红光贴着纸板沿 EO 射到 f 点, 光将沿 OF 方向射出, 如果把纸板 ON 的右半边稍向后折一些, 反射光线将 （选填“存在”或“不存在”）; 说明 如果一束蓝光沿原 FO 方向 射到 O 点, 它反射后沿 方向射出, 因为 【答案】不存在; 入射光线、法线、反射光线在同一平面内; OE; 光路可逆【例13】自行车尾灯的结构如图所示. 夜晚, 用手电筒照射尾灯, 看看它的反射效果. 试着在左图上画 出反射光线.【答案】略按原方向返回.能力提升aAO60【例14】如图所示, 两块平面镜相交成 60角, 一束光线 AO 射到其中一块平面镜 上, 经两次反射, 要使最后反射回去的光线与 AO 重合但方向相反, 则入 射光线 AO 与镜面的夹角 a 必须为 ( )A30B60C45D90【答案】A引申: 经过相交镜多次反射, 若光线原路返回, 则说明最后一次是垂直入射的.【例15】一束光被平面镜反射, 现要使反射光线从原来位置偏转 a 角, 采用的方法是() A将平面镜转动 a 角B将平面镜转动 1 a 角2C将入射光线转动 1 a 角D将入射光线转动 90-a 角2【答案】B【解析】（1）若平面镜不转, 入射光线转 a 角（ a 为很小的角度）, 则反射光线反方向转 a 角;（2）若入射光线不动, 平面镜转 a 角, 则反射光线同方向转 2a 角.60M O【例16】如图所示有一束光线与平面镜的夹角为 60, 当入射光线绕 O 点顺时针方 向转过 20, 平面镜 M 绕 O 点逆时针方向转过 20, 则反射光线转过 ( )A0B40C60D80【答案】C此题既转镜子, 又转入射光线, 所以 20 + 20 2 = 60 【例17】熄灭室内灯光, 用电筒正对着平面镜照射, 如图所示, 从侧面看去() A.白纸比镜面亮B.镜面比白纸亮 C.白纸与镜面一样亮 D.都不亮【答案】A【例18】雨后的晚上, 天刚放晴, 地面虽已干, 但仍留下不少水坑为了不致踩在水坑里, 有下面几种 判断其中正确的是()迎着月光走时, 地面上发亮处是水坑迎着月光走时, 地同上暗处是水坑背着月光走时, 地面上发亮处是水坑背着月光走时, 地面上暗处是水坑ABCD【答案】D【解析】镜面反射与漫反射强调：漫反射也是遵循反射定律的【例19】学校医务室两墙壁之间的距离为 3m, 而检查视力时, 要求人与视力表的距离 为 5m, 因而采取了一面墙上挂视力表而在正对面墙上挂一块平面镜的办法. 针对这种做法请回答下列问题:(1) 被检查的人应站在离视力表 m 处, 并且要面向 (2) 检查视力时应使图案有一定的亮度, 但医务室内较暗针对这种情况, 应当()A用灯光照射视力表B用灯光照射平面镜 C用灯光照射人的眼睛D只要能增加室内亮度, 灯的位置随意【答案】 （1）1平面镜（2）A【例20】如图所示为小红同学探究平面镜成像特点的实验装置图她将一块玻璃竖直架在一把直尺的 上面, 并保持玻璃板与直尺垂直再取两根完全相同的蜡烛 A 和 B 分别竖直置于玻璃板两侧 的直尺上, 点燃玻璃板前的蜡烛 A, 进行观察和调整因此实验可以研究: 像与物到平面镜 距离的关系; 像与物大小的关系; 平面镜成的是虚像还是实像（1）选择玻璃板替代平面镜, 原因 （2）实验中应该选择 （薄、厚）玻璃板, 原因 （3）选用直尺的作用是为了便于比较 ; （选填“”、“”或“”）（4）选用两根完全相同的蜡烛是为了比较 ; （选填“”、“”或“”）（5）在利用蜡烛 B 确定出蜡烛 A 所成像的位置后, 移去蜡烛 B, 并在其所在位置上放一光屏, 则光屏上 （选填“能”或“不能”）接收到蜡烛 A 的像【答案】（1）玻璃板既能反射光又能透射光;（2）薄; 玻璃板有两个反射面, 像会有重影;（3）（4）（5）不能【例21】作图题:（1）画出图甲中平面镜所在位置（2）画出图乙中 AB 的像（3）画出图丙中平面镜所在位置, 使其反射光线竖直射向井底【答案】略【例22】下面两图都是时钟在平面镜中成的像, 它们的实际时间是甲: ; 乙: 【答案】340 ,1205【例23】如图是一个简易潜望镜的示意图, 它里面有两块平面镜, 这样的潜望镜() A只能看到对方射来的光, 看不到对方物体B能看到对方物体, 但是倒着的C能看到对方物体, 且是正立的D能看到对方物体, 但是倾斜的【答案】C【解析】对比此种方式看到的是倒立的像, 所以不可以使用【例24】如图所示, 点光源 S 在两个相互垂直的平面镜中最多可以成 个像【答案】3 个像【解析】（1）平面镜中的像可以在另一个平面镜中继续成像（2）相交镜成像个数与相交镜夹角的大小有关所成像的个数 n = 360 -1q若此题将相交镜换为平行镜, 则成无数个像实战演练【练1】 取两面长方形的小镜子, 用胶布（或牛皮纸）从镜子的背后把它们粘好, 好像一本书一样能自 由的开合. 粘的时候要注意, 两面镜子中间留一点缝隙. 这种镜子叫偶镜.现在, 用偶镜来照一下你自己. 你会看到, 两面镜子各照出你半个面孔, 偶镜的中线恰好 在整个脸庞的中间, 在用右手摸一下右耳. 啊! 真奇怪, 在镜子里你竟看到自己正在摸左耳 呢！为什么从偶镜中看到的像不是相反的, 而是和实物一样的呢?【答案】原来你从偶镜中看到的像是经过两面镜子先后反射所形成的. 每面镜子都把像颠倒一次, 经 过两次反射, 像也就颠倒两次, 变得和原来一样了.【练2】 请你运用所学过的知识解释下列有趣的现象: 【答案】略【练3】 (2011 年全国应用物理知识竞赛初赛) 在学校的田径运动会上, 小亮注意到 发令台上有一块“板子”, 如图所示. 关于这块板子的作用, 他做了如下猜想, 其中正确的是( )A. 主要用来反射发令枪的枪声