寒假專題——光學(xué)

1、寒假專題光學(xué)【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：寒假專題光學(xué)二. 重、難點(diǎn)1. 有關(guān)光沿直線傳播的概念和應(yīng)用2. 光的反射定律和平面鏡成像規(guī)律的作圖及應(yīng)用3. 光的折射定律及透鏡的作圖和應(yīng)用4. 凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用三. 知識(shí)點(diǎn)分析（一）光的反射1. 正確理解光源、光線及光速等概念及光沿直線傳播的應(yīng)用。2. 光的反射定律的理解、作圖及鏡面反射和漫反射的應(yīng)用。3. 平面鏡成像的特點(diǎn)及作圖。（二）光的折射1. 光的折射定律的內(nèi)容、作圖、應(yīng)用及其與光的反射定律的異同。（1）相同點(diǎn) 折射光線和反射光線都位于入射光線和法線決定的平面內(nèi)。 折射光線和反射光線均分居法線的兩側(cè)。 當(dāng)入射角變化時(shí)，折射角和反射角

2、都隨之變化。 在折射和反射現(xiàn)象中，光路都是可逆的。（2）不同點(diǎn) 反射光線與對(duì)應(yīng)的入射光線在同種介質(zhì)中；折射光線與對(duì)應(yīng)的入射光線在兩種不同介質(zhì)中，位于界面的兩側(cè)。 反射角等于入射角；但折射角一般不等于入射角，并且當(dāng)光從空氣斜射入其他介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角，而光從其他介質(zhì)斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角。2. 透鏡的分類、對(duì)光線的作用及三條特殊光線。3. 凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用?！镜湫屠}】例1 如圖所示，入射光線與平面鏡的夾角是30°，如果保持入射光線不動(dòng)，使平面鏡繞入射點(diǎn)O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10°角時(shí)，則反射光線和入射光線的夾角是（ ）A. 增加20° B. 增加10

3、° C. 減小20° D. 減小10°分析：當(dāng)平面鏡沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，入射角為60°，反射角也是60°，反射光線與入射光線的夾角是120°。當(dāng)平面鏡逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10°時(shí)，入射光線與平面鏡的夾角為40°，那么入射角就是50°，反射角也是50°，此時(shí)反射光線與入射光線的夾角就是100° ，與平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)前相比較減少20°。解答：選項(xiàng)C正確。說(shuō)明：解決這個(gè)問(wèn)題，也可以應(yīng)用結(jié)論“入射光線不動(dòng)，平面鏡繞入射點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí)，反射光線轉(zhuǎn)動(dòng)2角”。也就是說(shuō)，在本題中，平面鏡繞入射點(diǎn)O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10

4、6;角時(shí)，反射光線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)20°，即與入射光線的夾角減小20°。例2 身高1.80 m，眼睛距頭頂0.08 m的人站在豎直放置的平面鏡前，他要想看到自己腳的像，平面鏡懸掛時(shí)最多離地面多高。分析：如圖所示，A、C、B分別表示人的頭頂、眼睛和腳的位置，GH為地面的位置， EF為平面鏡位置。人若想看到自己的腳，則要求人腳B射出的光線經(jīng)平面鏡反射后可以達(dá)到眼睛C點(diǎn)，由此我們可以作出光路如下圖所示。由平面鏡成像特點(diǎn)可確定為ACB的像。從圖中很容易證明BOFBCB，因?yàn)镕B= FB ，所以，對(duì)應(yīng)邊，即：人要想在鏡中看到自己的腳，鏡子懸掛時(shí)距地面的高度至少是人眼到人腳高度的一半。解答：

5、人要想看到自己腳的像，平面鏡懸掛時(shí)最多離地面0.86m高。說(shuō)明：按照本題的思路，我們經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的分析，還可以得出“人要想在平面鏡中看到自己的全身像，平面鏡的長(zhǎng)度至少是人身高的一半”的結(jié)論。例3 在“研究凸透鏡成像”的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，物距等于6厘米時(shí)成正立的像，物距等于9厘米時(shí)成倒立的像，那么，下列判斷一定正確的是（ ）A. 物距為8厘米時(shí)，成放大的實(shí)像 B. 物距為12厘米時(shí)，成放大的實(shí)像C. 物距為16厘米時(shí)，成縮小的實(shí)像D. 物距為18厘米時(shí)，成等大的實(shí)像分析：本題是關(guān)于凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用問(wèn)題。依題意，厘米時(shí)，成正立的像，可以判斷此像是虛像，即，也就是說(shuō)厘米。當(dāng)厘米時(shí)，成倒立的像，可以判斷此

6、像是實(shí)像，根據(jù)凸透鏡成像特點(diǎn)，有：。所以，當(dāng)物距為8厘米時(shí)，不一定能成放大的實(shí)像，故選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的。又因?yàn)槔迕祝援?dāng)物距為12厘米時(shí)，能成放大的實(shí)像，故選項(xiàng)B是正確的。因?yàn)?，所以?所以，當(dāng)物距為16厘米時(shí)，不一定成縮小的實(shí)像，還可能成放大的實(shí)像。故選項(xiàng)C也是錯(cuò)誤的。當(dāng)物距為18厘米時(shí)，不可能成等大的實(shí)像，故選項(xiàng)D也是錯(cuò)誤的。解答：選項(xiàng)B正確。說(shuō)明：在考查凸透鏡成像規(guī)律的題目中，很大一部分都要求我們先根據(jù)規(guī)律解不等式，再根據(jù)結(jié)論進(jìn)行判斷。在解決這類問(wèn)題中，我們要注意不等式通常都同時(shí)具有上限和下限，因此要把問(wèn)題考慮全面，不要造成丟解。例4 把一只點(diǎn)燃的蠟燭立于凸透鏡的一側(cè)，在另一側(cè)屏上可以得到

7、燭焰的像，如果用黑紙遮住凸透鏡的下半部，屏上還能得到燭焰的像嗎？解析：本題要根據(jù)凸透鏡成像的原理來(lái)分析。物體上的每個(gè)點(diǎn)都向凸透鏡的整個(gè)表面發(fā)射無(wú)數(shù)條光線，其中只要有一部分通過(guò)凸透鏡就能形成像，即使凸透鏡缺損一塊或被遮住一部分仍能形成物體完整的像，而不會(huì)使像受到破壞，或只使物體的一部分成像。燭焰通過(guò)凸透鏡在光屏上產(chǎn)生實(shí)像，是燭焰上的各點(diǎn)射向凸透鏡的光，經(jīng)凸透鏡折射后會(huì)聚成各自的像點(diǎn)，無(wú)數(shù)像點(diǎn)便組成了整個(gè)燭焰的像。從燭焰的每個(gè)點(diǎn)射向凸透鏡的光線有無(wú)數(shù)，這些光線無(wú)論是射到凸透鏡上哪一部分的，經(jīng)過(guò)凸透鏡后都會(huì)會(huì)聚在相應(yīng)的像點(diǎn)，即使凸透鏡下半部被黑紙遮住，射到它上半部分上的光線經(jīng)過(guò)凸透鏡折射后仍能會(huì)聚成

8、像，只不過(guò)由于通過(guò)透鏡的光線減少了，所以成的像會(huì)暗一些。答案：用黑紙遮住凸透鏡的下半部，屏上仍舊能夠得到燭焰的像，只不過(guò)會(huì)暗一些。說(shuō)明：在凸透鏡成像的問(wèn)題中，像的大小與形狀只與物體的形狀和物距、像距有關(guān)，與透鏡是否完整以及是否完全透光無(wú)關(guān)。例5 現(xiàn)代攝影機(jī)、攝像機(jī)所用的光學(xué)鏡頭都是可變焦距的，那么當(dāng)物距改變時(shí)，不改變鏡頭到“屏”的距離，仍可獲得清晰的像。如果拍攝時(shí)對(duì)象遠(yuǎn)離鏡頭而去，則鏡頭焦距應(yīng)該（ ）A. 變小 B. 變大 C. 先變小后變大 D. 先變大后變小解析：因?yàn)榕臄z對(duì)象遠(yuǎn)離鏡頭而去，說(shuō)明物距在變大，像將變小，像距也將變小。對(duì)一般不能變焦的攝影機(jī)或攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，只有改變鏡頭到“屏”之間的

9、距離，使之變小，即暗箱縮短才能得到清晰的像。但是對(duì)于變焦距攝影機(jī)和攝像機(jī)而言，若不改變鏡頭到“屏”的距離，只有將焦距變大才能使清晰的像成在“屏”上。應(yīng)選B。答案：正確選項(xiàng)為B說(shuō)明：對(duì)于照相機(jī)的問(wèn)題，我們比較習(xí)慣于鏡頭的焦距不變，而通過(guò)改變物距和像距來(lái)改變它們和焦距的關(guān)系來(lái)達(dá)到拍攝近景和遠(yuǎn)景及大像和小像的目的。而本題所敘述的情境是在像距不變的情況下來(lái)調(diào)節(jié)鏡頭的焦距來(lái)達(dá)到改變像距和焦距的關(guān)系的目的，但實(shí)質(zhì)是一樣的，同學(xué)們只要熟練掌握住凸透鏡的成像規(guī)律就可以了。例6 老花鏡的“度數(shù)”等于它的焦距（以米為單位）的倒數(shù)乘100。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)老花鏡度數(shù)的最簡(jiǎn)單的方法。要求寫(xiě)出所用器材、操作步驟和計(jì)算公式。

10、分析：由題設(shè)條件，我們得到信息：要想知道老花鏡的度數(shù)，只要測(cè)出它的焦距就可以了。而由我們平時(shí)學(xué)習(xí)的知識(shí)，大家都知道老花鏡的鏡片是凸透鏡，而測(cè)凸透鏡焦距最簡(jiǎn)單的方法就是用它來(lái)會(huì)聚太陽(yáng)光了，因此，器材只需要一把刻度尺就可以了。解答：（1）器材：刻度尺。（2）步驟： 晴天把鏡片放在陽(yáng)光直射處，使太陽(yáng)光與鏡片垂直； 調(diào)整鏡片與地面間的距離，使地面上光點(diǎn)最小、最亮； 用刻度尺測(cè)量鏡片到地面的距離，并以米為單位。記錄用f表示。（3）計(jì)算公式：說(shuō)明：本題是一道考查大家通過(guò)題目敘述獲取以前未知信息能力的題目，這是近年來(lái)中考當(dāng)中比較熱門(mén)的一種題型，但一般并不難做，同學(xué)們只要找到它和我們已經(jīng)學(xué)過(guò)的哪些知識(shí)有聯(lián)系就

11、可以了?！灸M試題】（答題時(shí)間：40分鐘）一. 填空題1. 光線垂直入射到平面鏡上時(shí)，反射光線和入射光線的夾角為_(kāi)。若入射光線的方向不變，平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)10°角時(shí)，則反射光線與入射光線的夾角是_。2. 要使反射光線與入射光線的夾角為直角，則入射光線與平面鏡的夾角應(yīng)為_(kāi)。3. 有M1、M2、M3三塊透鏡，在做研究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持燭焰到凸透鏡的位置不變，先用凸透鏡M1做實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的是正立、放大的虛像，換用M2做實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的是倒立、放大的實(shí)像，而換成M3做實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的是倒立、縮小的實(shí)像，那么三塊凸透鏡的焦距f1、f2、f3大小的排列順序是 。4. 在研究“凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中

12、，調(diào)節(jié)光具座上的蠟燭、光屏和透鏡三者的中心在同一條直線上，且透鏡居中，如果無(wú)論怎樣移動(dòng)光屏，總不能在光屏上呈現(xiàn)清晰的像，其原因是 ；如果把透鏡和光屏固定，無(wú)論怎樣移動(dòng)蠟燭，在屏上總得不到蠟燭清晰的像，其原因是 ；如果把蠟燭和光屏固定，無(wú)論怎樣移動(dòng)透鏡，在光屏上總得不到清晰的像，其原因是 。5. 用普通的照相機(jī)拍攝不同的景物時(shí)要調(diào)節(jié)鏡頭，使底片上得到清晰的像，攝影術(shù)語(yǔ)稱為“調(diào)焦”，其實(shí)這種操作并不是改變鏡頭的焦距，而是 ；為了控制暴光量，一是利用 控制進(jìn)入鏡頭光的多少，或者是用 控制暴光時(shí)間。6. 農(nóng)村挖井的村民為了借陽(yáng)光照明，當(dāng)陽(yáng)光與水平面成30°角時(shí)，平面鏡應(yīng)和水平面成 角，反射光

13、才能豎直射向井底。二. 選擇題1. 甲、乙兩人在燈光下照同一個(gè)鏡子。甲在鏡中能看到乙的眼睛，那么，以下說(shuō)法中正確的是（ ）A. 乙也一定能看到甲的眼睛 B. 乙只能看到甲的眼睛 C. 乙不可能看到甲的眼睛 D. 乙不可能看到甲的全身2. 下列幾種說(shuō)法中正確的是（ ）A. 入射光垂直射到平面鏡上，反射角為90° B. 人離平面鏡越遠(yuǎn)，鏡中的像也就越小C. 小孔成像和平面鏡成像的道理是相同的D. 一束平行光，入射到平面鏡上，反射光線是平行的，如果入射到球面鏡上時(shí)，則反 射光線就不再平行了。3. 檢查視力時(shí)，人與視力表之間的距離應(yīng)該為5米，現(xiàn)在由于房間太小，所以在視力表對(duì)面的墻上掛一平面鏡

14、，且視力表到平面鏡的距離為3米。檢查視力時(shí)，人面對(duì)平面鏡而坐，去看平面鏡中視力表的像，則人與平面鏡的距離應(yīng)該是（ ）A. 5米 B. 3米 C. 8米 D. 2米4. 蠟燭放在凸透鏡的1.5倍焦距的地方，當(dāng)它向離透鏡3倍焦距的地方移動(dòng)時(shí)，它的像（ ）A. 先成放大的像后成縮小的像 B. 先縮小后放大 C. 逐漸變大 D. 逐漸變小5. 一長(zhǎng)方體玻璃磚內(nèi)有一凸形氣泡，一束平行光垂直射向玻璃磚的側(cè)面，通過(guò)玻璃磚后，光線將會(huì)（ ）A. 仍然平行 B. 會(huì)聚 C. 發(fā)散 D. 無(wú)法確定6. 一物體放在凸透鏡的主軸上距透鏡光心1倍焦距處，物體沿主軸移動(dòng)到4倍焦距處，則物體和它所成的像之間的距離（ ）A. 一直是變大的 B. 一直是減小的 C. 先變小后變大 D. 先變大后變小三. 問(wèn)答題1. 晚上，在桌上鋪一白布，把一塊小平面鏡鏡面朝上平放在白布上，讓手電筒的光正對(duì)著平面鏡照射，從側(cè)面看去，白布被照亮，而平面鏡卻比較暗，為什么？2. 照集體像時(shí)，發(fā)現(xiàn)有人沒(méi)有進(jìn)入鏡頭，應(yīng)該如何調(diào)節(jié)照相機(jī)？【試題答案】一. 1. 0°；20° 2. 45° 3. 4. 物體在透鏡焦點(diǎn)以內(nèi)，所成的像是虛像；透鏡和光屏的距離小于焦距；蠟燭和光屏的距離小于4倍焦距5. 根據(jù)物距調(diào)節(jié)像距；光圈；快門(mén) 6. 60°