河北省2011年高考物理一轮总复习 光学 第67讲 光的直线传播光的反射 课件 旧人教版

大纲版·跨越高考

第一轮总复习

物理第十四单元光学

透析·高考动向考点题型一览无遗第67讲光的直线传播光的反射自主·夯实基础自主预习轻松过关

名师点金复习本讲时要落实的基础知识有：了解基本的光学现象原理，画出基本的反射光路图，并能利用几何知识解决问题.正确地画出光路图是解决几何光学问题的重要方法和手段，它体现了光的传播和成像的过程.过程清楚，才能作出正确的光路图，因而能否正确画光路图，反映出对基本知识的理解和运用情况.会画出光路图是解决几何光学问题的一种基本技能.因此，在复习中以作图训练为主线，养成良好的作图习惯.

知识梳理

一、光的直线传播

1.光源：正在自行发光的物体叫光源.光源发光是将其他形式的能转化为光能.如太阳、电灯、点燃的蜡烛等.

2.光的直线传播（1）光线：表示光传播方向和路径的几何线叫做光线.在光线上标明箭头，表示光的传播方向.光线不是实际存在的.

（2）介质：光能够在其中传播的物质叫做介质.光的传播可以在真空中进行.

（3）光的直线传播

①光在同一种均匀介质中是沿直线传播的.

②解释现象：影、日食和月食的形成，小孔成像等.

③光的传播过程也是能量传递的过程.二、光速

1.光速：光的传播速度.（1）真空中的光速：各种不同频率的光在真空中的传播速度都相同，均为c=3.0×108

m/s.

（2）光在其他介质中的速度都小于c,其大小除了与介质的性质有关外，还与光的频率有关.（这一点与机械波不同，机械波的波速仅由介质的性质——密度、弹性和温度等决定.）

2.光年：光在真空中一年时间内传播的距离叫做光年.注意：光年不是时间单位，而是长度单位.

三、光的反射

1.光的反射现象（1）光从一种介质射到它和另一种介质的分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射.（2）光的反射现象①反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧.

②反射角等于入射角.注意：反射现象中，光路是可逆的.

2.平面镜成像（1）平面镜的光学特点：只改变光束的传播方向，不改变光束的性质（2）平面镜成像特点：像在平面镜的后面，是正立、等大的虚像，物、像关于镜面对称.即像与物的方位关系——上下不颠倒,左右要交换.

基础自测

1.（2009年湖北荆州检测）如图67-1甲所示，小球A位于距墙和地面等距离的某一点，在球的左边紧靠小球有一点光源S.小球以速度v

水平抛出恰好能落在墙角O处，小球

图67-1甲在空中运动时，球在墙上的影子由上向下运动，则其影子中心的运动是(

)

A．匀速直线运动

B．自由落体运动

C．匀加速直线运动

D．变加速直线运动

【解析】以S点建立直角坐标如图67-1乙所示，设点光源S到墙与地面的距离均为L，小球抛出时间t后的坐标为（x,y），则根据平抛运动的规律有：x=vt,

图67-1乙

在这段时间内小球的影子中心从墙上M点沿直线运动到S′点，其位移结合以上三式可得：这表明小球影子中心以速度做匀速直线运动，所以选项A正确.

【答案】A

2.（2009年太原部分学校检测）图67-2所示是一架简易的潜望镜，由两个弯成直角的圆筒套在一起而成，E、F是安放在转角处的两块平面镜，与水平方向都成45°角.现使B段保持竖直方向，A段指向南方，转动C段使它水平指向图67-2东方，则在A处看到的在东方站立的人的像是（）

A.竖直方向，头向上

B.竖直方向，头向下

C.水平方向，头向东

D.水平方向，头向西

【解析】从左向右观察，C圆筒处站立的人的左侧成像在平面镜E的内侧，右侧成像在平面镜的外侧，而内侧的反射光线到达平面镜F的上端，外侧的反射光线则到达平面镜F的下端，故人通过平面E、F成像后，左侧在上，右侧在下，即所成的像为水平方向；另外人在平面镜中成像时，人的上部在平面镜E上部，再通过平面镜F反射时，则反射光线在平面镜F的右侧，故人的上部通过两平面镜成像后向东.正确答案为C.

【答案】C

3.(2009年信阳模考)一个点光源S放在平面镜MN前，若MN不动，光源S以速度2m/s沿与镜面成60°角的方向向右做匀速直线运动，如图67-3甲所示，则光源在镜中的像将(

)

A.以速率4m/s沿SO直线向右平移

B.以速率2m/s垂直于OS向下平移图67-3甲

C.从镜的另一侧向O点做速率为2m/s的直线运动

D.在S上看到像以

m/s的速度向S靠近

【解析】图67-3乙如图67-3乙所示，引起像移动的速度是物垂直镜面的分速度，作S的像S′（可用对称法），并作经时间t后的位置S1及像S1′.由几何对称关系可知SS1＝S′S1′，故得像S′将沿S′O直线以v＝2m/s的速率做直线运动，故C正确.由对称关系可知，在t时间内S和S′沿垂直于镜面的方向的变化图67-3乙距离SA和S′A′大小相等.故它们互相靠近的距离变化为:

Δx=SA+S′A′=2SA像相对物靠近的速度为:

故D正确.

【答案】CD创新·方法探究

提炼方法展示技巧

题型方法

一、光的直线传播的应用

例1

图67-4为发生月食时,太阳照射光线的示意图.当月球进入图中哪个区域时,在地球上处于夜晚地区的观察者可以看到月食(

)

A.全部进入a区域

B.全部进入b区域

C.全部进入c区域

D.部分进入a区域

【解析】当月球全部进入地

球本影区a区时,所有的太阳光都照不到月球上,因此月亮是黑图67-4暗无光的,这时地球上的观察者看到的是月全食,所以选项A正确;当月球部分进入a区时,进入的部分没有光线反射出来,这时看到的是月偏食,所以选项D正确;月球处于半影区b区时,有部分太阳光照到月球上,因此整个月球的向阳面仍然有反射光,所以不能产生月食;由地理知识可知，月球不可能进入c区，所以选项B、C错误.

【答案】AD

【点评】只有月球进入地球的本影区,才能产生月食,由于月球比地球小得多,它离地球又比较近,所以月球不可能处在横跨a区的位置,即不存在月环食.

方法概述

1.解决这类实际问题的关键是仔细审题，将题中叙述的物理情境转化为几何图形，即通过画情境示意图和光路图，将一个实际问题转换为一个熟悉且易于分析的光的直线传播模型，再利用图中几何关系和题设条件列出方程求解.

2.日食和月食具有以下特点：（1）日食和月食是由于光的直线传播而形成的.（2）搞清日、月、地三者之间的位置关系.发生月食时，地球位于日月之间；发生日食时，月球位于日地之间.

（3）无论日食还是月食，都是在地球上看到的.（4）在地球上不同区域的人，能同时分别看到日全食和日偏食或日环食和日偏食，但不能同时分别看到日全食和日环食.另外，由于月球离地球很近，不可能发生“月环食”.二、平面镜成像作图法例2

如图67-5甲所示，M、N为两块平面镜，S点为一发光点，P点和S点均在纸面内.由S点发出的一条光线先经平面镜M反射再射向平面镜N，经平面镜N反射后通过P点.试画出这条光线的光路.

【解析】根据像和物关于平面镜对称的规律，先找出S点在平面镜M中的虚像S1点，虚像S1对于平面镜N而言相当于发光点，再找出S1在平面镜N中的虚像S2.连接S2P，交平面镜N于D2点，连接D2S1交平面镜M于D1，连接SD1，则光线SD1、D1D2、D2P即为所求作的光线，如图67-5乙所示.图67-5甲

【答案】如图67-5乙所示

【点评】平面镜成像具有对称性，任意一条入射光线的反射光线都好像是从像点射出来的.所以作某一条确定的光线时，可先用对称性将像点作出.

方法概述

平面镜成像作图的两种方法.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.图67-5乙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,并图67-6在镜前延长这两条直线,即为两条反射光线，如图67-6所示.

三、平面镜成像动态问题的分析例3

如图67-7甲所示，点光源S放在平面镜前.试问：（1）若镜不动，S以速度v沿SO方向向左平移，S的像将如何运动？（2）若S不动，镜以速度v沿OS方向向右平移，S的像又将如何运动？

（3）若S不动，镜以O为圆心，以角速度ω沿顺时针方向匀速转动，且转动角小于45°，S的像又将如何运动？

图67-7甲

【解析】（1）如图67-7乙所示，S以速度v向O点平移，根据物、像以镜面对称的规律，像S′必以速率v′=v沿S′O向O点运动.

(2)如图67-7丙所示，镜面向右平移，设在t时间内由O移到S点，同时像、物重合，即t时间内O点的位移为vt，而S′的位移为，故S′以的速度沿S′、S连线向S运动.

图67-7

(3)设镜绕O点顺时针转过θ角（θ＜45°），则SO与平面镜的夹角变为（45°-θ），如图67-7丁所示.根据像与物的对称性可知，S′O与镜面的夹角也变为图67-7丁45°-θ,所以像S′绕O点顺时针转动2θ角，其转动角速度为2ω.

【答案】略

【点评】“平面镜成像”属于较高要求的考点，也是高考的热点.物或镜的移动从而引起像移动类问题的解题关键是：画出初始位置与移动位置的成像图，确定像的位置变化，从而确定像点的运动情况.

方法概述平面镜成像动态问题的几个结论:（1）在入射光线方向不变时，平面镜旋转θ角，反射光线将转过2θ角.（2）有一条光线射入两块互相垂直的平面镜中的一块，则经另一平面镜反射后的光线必与入射光线平行.

（3）平面镜、物体间的相对运动：①若镜不动，物体以v的速度沿垂直于镜面的方向向镜运动，则像相对于镜面以v的速度向镜面运动，相对于物体以2v的速度向物体运动；②若物体不动，镜沿物与镜垂直的方向以v的速度向物体运动，则像对镜以v的速度向镜面运动，对物体以2v的速度向物体运动；③若镜不动，物体以v的速度沿与镜面成θ角的运动，则像也以v的速度运动，像的运动轨迹与物体的运动轨迹关于镜面对称；④若物体不动，镜面以v速度沿着与镜面成θ角的方向向物体运动，则像将以2vsinθ的速度沿物、像连线方向向物体运动.四、平面镜的视场问题

例4

如图67-8甲所示，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，平面镜两端坐标分别为N（-1,3）与M（0,3）那么当一发光点P从坐标原点O沿x轴负方向运动的过程中，若要使图67-8甲人眼可以从平面镜中观察到P的像，则P点运动的区域是（）

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，具体光路图如图67-8乙所示.那么根据光路可逆的知识，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，发光点P的具体范围为-3~-5区间内.

图67-8乙

【答案】D

方法概述

平面镜的视场问题及处理方法有两类：一类是确定眼睛在什么范围内能通过镜看到完整或局部的物或像.确定视场的方法是：先定像的位置，再画出边界光线，则边界光线的公共部分就是观察完整像的视场，而非公共部分可观察局部的像.另一类是眼睛在确定的位置能看到物或像的哪些部分，对这一类问题，常是应用光路可逆性，把眼睛看做“发光体”，眼睛所发的“光”通过镜能“照亮”的区域，即眼睛所能看到的区域.

体验成功

1.（2009年全国理综卷Ⅰ）某物体左右两侧各有一竖直

放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距左镜4m，右镜8m，如图67-9所示，物体在左镜所成的像中从右向图67-9左数的第三个像与物体的距离是（）

A．24m

B．32m

C．40m

D．48m

【解析】本题考查平面镜成像.从右向左在左镜中的第一个像是物体的像距离物体8cm,第二个像是物体在右镜中所成像的像距离物体24cm,第三个像是第一个像在右镜中的像在左镜中的像,距离物体32cm.

【答案】B

2.(2009年济南部分学校月考)图67-10所示是从一块平面镜中观察到的一只机械手表的指示情况，此时手表所指示的时刻是（）

A.6点40分B.5点20分

C.2点05分D.8点35分图67-10

【解析】解此题时我们要知道手表的发条在手表上的位置是固定的，无论手表怎么放，发条都应对准3点整.所以这里要注意发条的位置.从背面并顺时针方向旋转90°，即为我们习惯地看表位置，正确读数为8点35分，故选项D正确.

【答案】D

3.（2009年云南第一次检测）太阳光透过茂密的森林在地面上形成的光斑是圆形的，这一现象表明（）

A.树叶间形成的空隙是圆的

B.太阳的形状是圆的

C.地面上的光斑是太阳的像

D.光是沿直线传播的

【解析】树荫下的光斑是小孔成像的结果，是光的直线传播现象，光斑是太阳的像，因此光斑是圆形的，所以B、C、D