初中物理竞赛及自主招生专题讲义第四讲光现象初步第一节光的直线传播与反射含解析

第4讲光现象——划重点初二期中期末之复习讲义考点1：光源及光的直线传播1.光源定义：能够发光的物体都叫做光源．分类：按其来源分为天然光源和人造光源．例如：太阳、萤火虫是天然光源；电灯、蜡烛是人造光源．但像月亮表面、镜面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们，这样的反射光线的物体不能称为光源。

2.光的直线传播光线：为了形象地表示光的传播情况，通常用一条带箭头的直线表示光的传播径迹和方向，这样的直线叫光线．光线是人们为了表征光的传播而引进的一个抽象工具，它是一个理想模型，而不是真实存在的。

（光线的定义，运用的物理研究方法叫理想模型法。

）条件：光在同种均匀介质中是沿直线传播的．（早晨，看到刚从地平线升起的太阳的位置比实际位置高，该现象说明：光在非均匀介质中不是沿直线传播的。

）事例：影子的形成、日食和月食、小孔成像等．①影子的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在不透明的物体后面，光照射不到，形成了相对黑暗的部分就是物体的影子。

影子部分并非没有光照到，而是光相对比较少。

②日食、月食：日食：月球处在太阳和地球的中间，看到的是月球的影子，日食现象印证了光的直线传播。

月食：地球处在太阳和月球的中间，看到的是地球的影子。

月食也印证了光的直线传播。

③小孔成像：用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物体之间，屏幕上就会形成物体的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像，如图所示。

成像特点：倒立、实像，像的形状只跟物体的形状相似，与孔的形状无关．（所有实像都是倒立的）。

成像大小：小孔成像的大小与物体和小孔的距离，光屏到小孔的距离有关，可大可小可等大。

小孔成像的一个常考的经典案例：太阳穿过树叶缝隙，在地上留下的圆斑。

3.光沿直线传播的应用①利用激光准直引导掘进机直线前进；②排队时看齐；③射击瞄准，瞄准点、准星、缺口三点一线；④影子的形成，包括日食、月食、皮影戏、立竿见影等等；⑤坐井观天（要求会作有水、无水时青蛙视野的光路图）；⑥小孔成像。

第四章光现象第1节光的直线传播一、光源1.光源:能够发光的物体。

2.分类(1)天然光源: 太阳、萤火虫、水母等。

(2)人造光源:篝火、手电筒、LED灯等。

【释疑点】(1)自身能够发光且正在发光的物体才是光源;(2)发光的物体不一定是光源,比如月亮发光是月亮反射的太阳光,月亮本身不是光源。

二、光的直线传播1.探究光的直线传播2.光的直线传播(1)条件:光在同种均匀介质中沿直线传播。

(2)现象:影子、日食、月食、小孔成像等。

(3)应用: 激光准直、射击瞄准、队列排直。

(4)光线:用一条带箭头的直线表示光传播的径迹和方向。

【思想方法】模型法为了方便研究问题,通过模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法。

光线就是一种模型,是为了方便研究光的传播而引入的。

【释疑点】(1)在水中滴牛奶是为了清晰地显示光的传播路径。

(2)光沿直线传播有两个条件“同种”和“均匀”,二者缺一不可。

(3)树荫下的光斑不是树叶间小孔的像,而是光通过小孔所成的太阳的像。

三、光的传播速度1.真空中的光速:c = 3×108 m/s= 3×105 km/s 。

2.其他介质:光在空气中的速度非常接近于c ,在水中的速度约为34c ,在玻璃中的速度约为23c 。

3.光年:光在一年内传播的 距离 。

光年是 长度 单位。

【判对错】(1)光在真空中的传播速度是3×105 km/s 。

(√) (2)光在空气中的传播速度比在水中的传播速度快。

(√)【重点一】光的直线传播【典题1】(2022·洛阳质检)某同学利用如图所示的装置,制作了一个“小孔成像观察仪”。

此观察仪成像原理是 光在同种均匀介质中沿直线传播 ;将小孔对准远处的景物,能在光屏上看见一个 倒立 (选填“正立”或“倒立”)的像;观察景物时,增大光屏与小孔之间的距离,则光屏上的像将 变大 (选填“变大”“不变”或“变小”)。

【技法点拨】 小孔成像 (1)原理:光的直线传播。

初中应用物理知识竞赛辅导讲座（四）光现象【知识要点解读】1.光的直线传播.光只有在同一种均匀介质中才是沿直线传播的.若介质不均匀,即使在同一种介质中,光的传播方向也会发生改变.光在真空中的传播速度为3×108m/s,光在其他介质中的传播速度都小于在真空中的传播速度为3×108m/s,2.光在两种介质的界面上一般会发生反射和折射,光的反射遵循反射定律,光的折射遵循折射定律.在光的反射现象和折射现象中,光路是可逆的.3.平面镜：平面镜是利用光的反射来控制光路和成像的光学器件.平面镜成像的特点：①虚像.虚像是指光线的反向延长线的交点所成的像,虚像可以看到,但光屏无法接收到；虚像不是真实存在的.②像与物等大.平面镜所成的虚像与物大小相等,与平面镜的大小和物体离平面镜的距离无关.③像与物到平面镜的距离相等.④像与物关于平面镜镜面对称.像与物关于平面镜镜面对称是指以平面镜为轴折叠时,像与物完全重合.4.光的色散：白光(复色光)通过三棱镜后会分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光,这说明白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成.在红光之外,有一种人眼看不见的光线,叫做红外线.红外线的主要特征是热效应,利用红外线可加热物体和实现遥感、遥控.在紫光之外,有一种人眼看不见的光线,叫做紫外线.红外线的主要特征是化学作用,具有荧光效应,具有杀菌消毒作用,适量的紫外线照射有助于人体合成维生素D,过量的紫外线照射可引起皮肤癌.5.物体的颜色.透明体的颜色是由透过的色光决定的,不透明体的颜色是由它反射的色光决定的.6.光的折射定律：折射光线跟入射光线和界面的法线在同一平面内,折射光线和入射光线分居法线两侧.同一束光在空气中传播时光线与法线的夹角大于在介质中传播时光线与法线的夹角.【竞赛知识拓展】初中应用物理知识竞赛关于光现象拓展的知识点主要有：7.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.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称为本影；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称为半影.8.日食和月食.人位于月球的本影区域内可看到日全食,位于月球的半影区域内可看到日偏食,位于月球的本影的延伸区域内（称为为本影）可看到日环食.因此,地球上不同区域的人可同时看到日全食和日偏食,或同时看到日环食和日偏食.当地球的本影部分将月球的反光面遮住（即月球一部分进入地球的本影区）可看到月偏食,当地球的本影全部将月球的反光面遮住（即月球全部进入地球的本影区）可看到月全食.9.光在两种介质的界面上一般会发生反射和折射,光的反射遵循反射定律,光的折射遵循折射定律.在光的反射现象和折射现象中,光路是可逆的.9.平面镜.（1）平面镜只能改变光束的传播方向,不改变光束性质.即入射光束分别为平行、发散、会聚光束,经平面镜反射后仍然分别是平行、发散、会聚光束,且发散和会聚的程度相同.（2）光线入射方向保持不变时,平面镜绕在镜表面的轴转过α角,反射光线转过2α角.（3）平面镜成像作图可以根据反射定律作图,也可根据平面镜成像的对称性直接作图.（4）平面镜的视场.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,其观察范围(视场)为眼睛在平面镜中的像点与平面镜的边缘连线所限定的范围.要看到物体在平面镜中的像,可先根据像与物关于平面镜镜面对称作出物体的像,再由物体像的两端点与镜面边界的连线的延长线确定可看到该物的视场区,如图所示.A点发出的光线在平面镜两端点的反射光线所夹的范围为看到A点的视场范围,B点发出的光线在平面镜两端点的反射光线所夹的范围为看到B点的视场范围,两区域的公共部分为看到AB 完整像的范围.【经典竞赛题分析】例1．（2009上海初中应用物理知识竞赛）如图所示,P 是一个光屏,屏上有直径为5厘米的圆孔. Q 是一块平面镜,与屏平行放置且相距10厘米.O1、O2 是过圆孔中心O垂直于Q的直线,已知P和Q都足够大,现在直线O1O2上光屏P左侧5厘米处放置一点光源S,则平面镜上的反射光在屏上形成的亮斑面积为（）A． 3π/320米2B．π/100米2C． 3π/200米2D．π/64米2【解析】：关于平面镜作出光屏P的像P’,如图.连接点光源S和圆孔边缘与光屏P的像P’相交,设两交点之间的距离为2R,由相似三角形知识可得5/5=25/2R,解得R=12.5cm=0.125m=5/40m.则以R为半径的圆面积为πR2=25π/1600m2..平面镜上的反射光在屏上形成的亮斑面积为S=πR2-πr2=25π/1600m2-π/1600m2=3π/200 m2,选项C正确.【答案】C【名师点评】此题考查平面镜成像及其相关数学知识的应用与运算.例2. （2009年上海竞赛题）如图所示,水池的宽度为L,在水池右侧距离池底高度H处有一激光束,水池内无水时恰好在水池的左下角产生一个光斑.已知L=H.现向水池内注水,水面匀速上升,则光斑（）A．匀速向右移动,且移动速度小于水面上升速度B．匀速向右移动,且移动速度大于水面上升速度C．减速向右移动,但速度始终大于水面上升速度D．加速向右移动,但速度始终小于水面上升速度【解析】：在水面匀速上升过程中,入射角不变,由折射定律可知折射角r不变.设光斑移动距离x,光斑与法线之间距离y,水面上升高度h,则有tan r=y/h,tan i=(y+x)/h,联立解得x=h(tani—tan r).显然,当水面匀速上升时,光斑匀速向右移动；由于tani<1,tani—tan r<1,所以光斑移动速度小于水面上升速度,选项A正确.【答案】A【名师点评】此题考查光的折射及其相关数学知识的应用与运算.【竞赛实战训练】一．选择题1．（2008株洲物理竞赛题）验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”,能用来控制电风扇、电视机、空调器等.对于它们发出的“光”,下列说法中正确的是（）A．验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线B．验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线C．验钞机发出的“光”是紫外线,遥控器发出的“光”是红外线D．验钞机发出的“光”是红外线,遥控器发出的“光”是紫外线1．答案：C解析：能使钞票上的荧光物质发光的是紫外线,遥控家用电器的是红外线,所以验钞机发出的“光”是紫外线,遥控器发出的“光”是红外线,选项C正确.2．（2008株洲物理竞赛题）下列哪个情景中的“影”是由于光的折射产生的（）A．立竿见影 B．毕业合影 C．湖光倒影 D．树影婆娑2．答案：B解析：立竿见影是光的直线传播,毕业合影是光通过凸透镜折射在底片上所成的实像,湖光倒影是光的反射所成的虚像,树影婆娑是光的直线传播.3.（2007株洲物理竞赛题）电视机的开启关闭及频道选择可以通过遥控器实现. 遥控器用来控制电视机的是A.红光B.红外线C.紫光D.紫外线3.答案： B 解析：红外线可以用来遥控,遥控器用来控制电视机的是红外线.4.（2002年全国初中应用物理知识竞赛题）小明的写字台上有一盏台灯.晚上在灯前学习时,铺在台面上的玻璃“发出”刺眼的亮光,影响阅读.在下面的解决方案中,最简单、效果最好的是A．把台灯换成吊灯B．把台灯放在正前方C．把台灯移到左臂外侧D．把台灯移到右臂外侧4.答案：C 解析：铺在台面上的玻璃“发出”刺眼的亮光一般是由于台灯可能正好在人的正前方,从而有较强的反射光朝人反射,如将台灯移到人的侧旁,即可避免这种现象.通常人以右手写字,则应以台灯移到左臂外侧最好.如果台灯移到右臂外侧时,右手的影子将落到纸上,影响看书写字.5. （2007株洲物理竞赛题）蓝天上飘着白云,平静清澈的池塘中鱼在自由游动.人向池塘中看去,好像鱼在白云中游动.关于人观察到的鱼和白云,下列说法正确的是A. 鱼是实物,白云是光的反射形成的虚像B. 鱼和白云都是光的反射形成的虚像C. 鱼是实物,白云是光的折射形成的虚像D. 鱼和白云分别是光的折射和反射形成的虚像5．答案：D 解析：人向池塘中观察到的鱼是光的折射形成的虚像, 观察到的白云是光的反射形成的虚像,选项D正确.6. （2007株洲物理竞赛题）成语“白纸黑字”喻指证据确凿,不容抵赖和否认.从物理学角度看A. 黑字比白纸反射光的本领强B. 白纸和黑字分别发出不同颜色的光进入眼睛C. 白纸和黑字分别反射出白光和黑光进入眼睛D. 白纸反射出白光进入眼睛,而黑字不反光6．答案： D 解析：“白纸黑字”从物理学角度看是白纸反射出白光进入眼睛,而黑字不反光,选项D正确,7．（江苏第11界初中物理竞赛题）如图所示,平面镜M1和M2的夹角为60°,物点S经这两块平面镜所成的清晰像共有A．2个 B．3个 C．4个 D．5个7. 答案：C 解析：画出物点S经这两块平面镜所成的像的光路图,由图可知,物点S经这两块平面镜所成的清晰像共有4个.8．（江苏第11界初中物理竞赛题）如图2是潜望镜的示意图,观察者通过该潜望镜看到的物体的像的情况是A．同实际物体上下、左右关系都是一致的B．同实际物体的上下、左右关系都是相反的C．同实际物体的上下关系是一致的,而左右关系是相反的D．同实际物体的上下关系是相反的,而左右关系是一致的8. 答案：A 解析：经过两个平面镜的反射,所成的像同实际物体上下、左右关系都是一致的,选项A正确.9．（江苏第11界初中物理竞赛题）一个演员在舞台上演出．当舞台上方的红色追光灯照射到她时,观众看到她一身艳丽的红色服装；当灯光操作员改用绿色追光灯照射她时,观众看到她的上装为绿色而裙子为黑色．那么,这位演员服装的实际颜色是( )．A．上装和裙子都是红色B．上装和裙子都是绿色c．上装为绿色,裙子为黑色D．上装为白色,裙子为红色9. 答案：D 解析：根据题述,用红色追光灯照射到她时,观众看到她一身艳丽的红色服装,说明她的服装可能是白色或红色；用绿色追光灯照射她时,观众看到她的上装为绿色而裙子为黑色．说明她的上装为白色而裙子为红色,选项D正确.10. （2009上海初中应用物理知识竞赛）细心的小明注意到这样一个现象：如果打开窗户,直接看远处的高架电线,电线呈规则的下弯弧形；而如果隔着窗玻璃看,电线虽然整体上也呈弧形,但电线上的不同部位有明显的不规则弯曲,当轻微摆动头部让视线移动时,电线上的不规则弯曲情景也在移动.产生这种现象的主要原因是（）A．玻璃上不同部位对光的吸收程度不同B．玻璃上不同部位的透光程度不同C．玻璃上不同部位的厚度不同D．玻璃上不同部位对光的反射不同10. 答案：C 解析：隔着窗玻璃看,电线上的不同部位有明显的不规则弯曲,说明玻璃上不同部位的厚度不同,选项C正确.11．（2007年湖州竞赛题）电视机的遥控器可以发射一种不可见光（红外线）,用它来传递信息,实现对电视机的控制.某同学发现遥控器不对准电视机的控制窗口,而对着房中某些物体,按一下按钮,有时竟然也可以控制电视.这是因为A．遥控器发出的红外线发生了反射B．遥控器发出的红外线可以沿任意曲线传播C．遥控器发出的红外线会自动拐弯D．这种情况纯属偶然,没有什么科学依据11. 答案：A 解析：照射到墙壁上的红外线发生反射,反射后的红外线对准了电视机的控制窗口,选项A正确.12. （2002年全国初中应用物理知识竞赛题）小明在听讲座时,想把银幕上用投影仪投影的彩色幻灯片图像用照相机拍摄下来.由于会场比较暗,他使用了闪光灯.这样拍出来的照片A．反而看不清投影到银幕上的图像,倒是把银幕上的一些污渍拍出来了B．色彩鲜艳,比不用闪光灯清楚多了C．色彩被“闪”掉了,拍到的仅有黑色的字和线条D．与不用闪光灯时效果一样,因为拍摄的是银幕上的像,而不是实际的景物12.答案：A 解析：投影仪投影彩色幻灯片时,是投影仪将彩色幻灯片成像在银幕上,即投影仪投射到银幕上不同位置处有不同的彩色光,发生漫反射,使银幕前的观众看到银幕上各处的色彩不同而构成一幅与幻灯片相似的彩色画面.若拍摄时采用闪光灯,则银幕对将闪光同样予以反射,而闪光灯的闪光为白色光,它均匀地照射到整个银幕上,这样会冲淡银幕上原来画面的对比度,是原来的画面模糊不清.若是闪光灯的光强度比幻灯片投射光强度强很多时,则将会原来的画面基本看不出来,整个银幕几乎成一片白色,而白色中倒会把银幕上的一些污渍呈现出来,选项A正确.13（2007年湖州竞赛题）有茶色玻璃的汽车内的人能看到车外的人,而在车外的人不容易看到车内的人,对这种现象的解释正确的是（1）车外射入的光线要被茶色玻璃吸收一部分,车内的人受到较弱的光照射；（2）车外人反射到茶色玻璃上的光比车内人反射到茶色玻璃上的光强；（3）车内比车外暗,车内人的瞳孔张开得比车外大.A．只有（1）（2） B．只有（1）（3） C．只有（２）（３） D．（１）（２）（３）13.答案：A 解析：车外射入的光线要被茶色玻璃吸收一部分,车内的人受到较弱的光照射,使在车外的人不容易看到车内的人；车外人反射到茶色玻璃上的光比车内人反射到茶色玻璃上的光强,使在车外的人不容易看到车内的人；能否看到主要是射入人眼反射光的强度,人的瞳孔张开得大小与能否看到无关.所以正确选项为A.14.（2007年湖州竞赛题）假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比A．将延后 B．将提前 C．不变D．在某些地区将提前,在另一些地区将延后14.答案：A 解析：由于大气的折射,我们观察到的日出时刻实际上太阳还处于地平线以下,所以假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比将延后,选项A正确.15.（2007年湖州竞赛题）刘文同学发现浙北大酒店的大门是一种自动门,当有人靠近时,门会实现自动开闭.刘文同学对此产生了浓厚的兴趣,他很想知道自动门是如何实现自动控制的,为此他反复做了几次实验：当他轻轻地靠近自动门时,门自动打开,当把一个足球滚向自动门时,门自动打开,当把一面底部装有滚珠的无色透明大玻璃板直立着滑向自动门时,门不打开,刘文同学根据探究结果,对自动门的自控原理提出了以下几种猜想,你认为最合理的是（）A．自动门听到来者的声音时通过声控装置实现自动开闭B．自动门探测到靠近的物体发射出的红外线,通过光控装置实现自动开闭C．自动门本身能发出红外线信号,当此信号被靠近的物体反射时,就实现自动开闭D．靠近门的物体通过空气能产生一种压力传给自动门,实现自动开闭15. 答案：C 解析：根据题述刘文同学的实验探究可知,自动门本身能发出红外线信号,当此信号被靠近的物体反射时,就实现自动开闭,选项C正确.16．（2008全国初中应用物理知识竞赛）检查视力时,要求眼睛与视力表相距5 m.医院里常按图1所示的方式检查视力,让被检查者面对平面镜而坐,身后是视力表.已知人距平面镜2 m,那么视力表离平面镜的距离是A．5m B．2m C．3mD．4m16．答案：C解析：视力表所成像关于平面镜对称,所以视力表离平面镜的距离是3m.17．（2008全国初中应用物理知识竞赛）光在同种均匀介质中是沿直线传播的,小红一直不明白：在光纤通信中,光信号是怎样经过漫长而又曲折的线路,从一端传到另一端的呢?后来通过“探究光纤怎样传输光信号”的活动中,她终于明白了：光信号在光纤中（）A．是靠光纤壁不断地反射而向前传播B．就像电流沿弯曲导线那样传播C．就像水流沿弯曲水管流动那样传播D．是靠光纤壁不断地折射而向前传播17．答案：A解析：光信号在光纤中是靠光纤壁不断地反射而向前传播的,选项A正确. 18．（2009上海初中应用物理知识竞赛）如图所示,平面镜OM与ON夹角为θ,一条平行于平面镜ON的光线经过两个平面镜的多次反射后,能够沿着原来的光路返回.则两平面镜之间的夹角不可能．．．是A．20° B．15° C．10° D．5°18.. 答案：A 解析：设两平面镜之间的夹角为α,光线经过平面镜OM反射,光线方向改变2α,经过平面镜ON反射,光线方向改变180°-2×(90°-2α)=4α,假设经过n次反射,沿着原来的光路返回.则有6αn=180°,解得α=180°/6n,即α=30°,15°,10°,5°.即两平面镜之间的夹角不可能．．．是20°.19．（2009上海初中应用物理知识竞赛）如图所示,P 是一个光屏,屏上有直径为5厘米的圆孔. Q 是一块平面镜,与屏平行放置且相距10厘米.O1、O2 是过圆孔中心O垂直于Q的直线,已知P和Q都足够大,现在直线O1O2上光屏P左侧5厘米处放置一点光源S,则平面镜上的反射光在屏上形成的亮斑面积为（）A． 3π/320米2B．π/100米2C． 3π/200米2D．π/64米219.答案：C 解析：关于平面镜作出光屏P的像,连接点光源S和圆孔边缘与光屏P的像相交,设两交点之间的距离为2R,由相似三角形知识可得5/5=25/2R,解得R=12.5cm=0.125m.反以R 为半径的圆面积为πR2=25π/16m2..平面镜上的反射光在屏上形成的亮斑面积为S=πR2-πr2=3π/200 m2,选项C正确.20. （2009年上海竞赛题）如图所示,水池的宽度为L,在水池右侧距离池底高度H处有一激光束,水池内无水时恰好中水池的左下角产生一个光斑.已知L=H.现向水池内注水,水面匀速上升,则光斑（）A．匀速向右移动,且移动速度小于水面上升速度B．匀速向右移动,且移动速度大于水面上升速度C．减速向右移动,但速度始终大于水面上升速度D．加速向右移动,但速度始终小于水面上升速度20．答案：A解析：在水面匀速上升过程中,入射角不变,由折射定律可知折射角r不变.设光斑移动距离x,光斑与法线之间距离y,水面上升高度h,则有tan r=y/h,tan i=(y+x)/h,联立解得x=h(tani—tan r).显然,当水面匀速上升时,光斑匀速向右移动；由于tani<1,tani—tan r<1,所以光斑移动速度小于水面上升速度.21. （2009上海初中应用物理知识竞赛）如图(a)所示,平面镜OM与ON夹角为θ,光线AB经过平面镜的两次反射后出射光线为CD.现将平面镜OM与ON同时绕垂直纸面过O点的轴转过一个较小的角度β,而入射光线不变,如图（b)所示.此时经过平面镜的两次反射后的出射光线将（）A．与原先的出射光线CD平行B．与原先的出射光线CD重合C．与原先的出射光线CD之间的夹角为2βD．与原先的出射光线CD之间的夹角为β21.答案： B 解析：只要两平面镜的夹角不变,同时绕垂直纸面过O点的轴转过一个较小的角度β,而入射光线不变,经过平面镜的两次反射后的出射光线将与原先的出射光线CD重合,选项B正确.二．非选择题1．（2008株洲物理竞赛题）晴天,在茂密的树林下面,阳光透过树叶的缝隙,会在地上留下许多圆形的光斑,这是由于的原理.如果是在发生日偏食的短暂时间里,则地上的光斑是圆形的光斑（填“仍然”或“不再”）.1．答案：光的直线传播（或小孔成像）、不再解析：阳光透过树叶的缝隙在地上留下许多圆形的光斑实质是太阳通过小孔在地面成像,原理是光的直线传播.2.（2007全国初中应用物理知识竞赛）暑假中小明参加学校的生存夏令营,学到了野外生存的很多知识和技能.其中之一是用影子辨别方向.如图所示,将一根直杆竖直插在水平地面上的O点.中午前后,用描点的方法在地面上画出杆的阴影顶端的运行轨迹,在轨迹上找出其中距O点最近的点A,则OA所指示的方向就是（选填“东”“西”“南”“北”）方向,这一判断应用的光学知识是.2.答案：南光沿直线传播3．（2008全国初中应用物理知识竞赛）为什么汽车前灯的玻璃灯罩要用有一些横竖条纹的玻璃（如图10所示）制成.3.解答：汽车前灯装有横竖条纹的玻璃罩相当于一些小棱镜：灯泡发出的光经反射镜反射后形成近似平行光向前射去．通过灯罩上的这些小棱镜折射后分散到需要的各个方向上,使光柔和地照亮汽车前进的道路、路边的景物及路标和里程碑,从而确保行车安全.同时可以增加玻瑞罩的机械强度．使其更坚实.4．（2007株洲初中应用物理知识竞赛）小马在探究光的折射规律时做了如图6所示的实验 ,右表中是她测出的数据,根据实验现象和表中数据,她得出了如下结论：光从空气斜射入其他介质中时,折射光线靠近法线,折射角r小于入射角i.你认为小马的探究结论是否可靠？说出你的理由.4.解答：不可靠.不能只有一组结论就得出结论,不能只由一种介质（比例）就推广到其它介质.5. （2007株洲初中应用物理知识竞赛）图7是一张在湖边拍摄的照片.因为湖水平静,岸上景物与湖中倒影在照片上十分相似.你可以使用哪些方法来正确区分真实景物与它在湖中的倒影？5．答案方法1：景物射向水面的光除了一部分被反射,其余被水折射和吸收,故倒影比景物暗淡,可以通过比较明暗来辨别景物与倒影.图7 方法2：由于水的透明程度比空气低,故倒影较景物模糊,可以通过比较清晰度来辨别景物与倒影.方法3：平静的水面相当于平面镜,由于平面镜成像时“左”“右”相反,可以通过比较倒影中景物（如房屋）排列的左右位置与拍照时的真实位置来辨别景物与倒影.说明：以上三种方法任意答出两种即可.6．（2007全国初中应用物理知识竞赛）图9是李阳把刻度尺直立在玻璃镜面上拍得的.一张照片,请根据照片上的信息,估算一下玻璃镜的厚度,并说明估算的依据Array 6.解答：（１）利用平面镜成像的特点可知,镜中刻度尺的像与镜面上的刻度尺之间的距离等于镜厚的2倍．根据该距离的大小,就可估侧镜子的厚度.7.（2008河南初中应用物理知识竞赛）如图所示,ABC为一直角三角形玻璃砖的横截面.一束光线垂直于AB入射,在AC面上同时发生反射和折射,请画出这束光线在AC面上的反射光线和折射光线.7.答案：如图所示.解析：将入射光线延长与AC面相交,在交点作AC面的垂线为法线,根据反射角等于入射角作出反射线,折射角大于入射角作出折射线.8、（2008河南初中应用物理知识竞赛）2008年北京奥运会比赛主要场馆——国家游泳馆,因其形状而被称为“水立方”.如图,“水立方”外层膜结构采用ETFE材料,质地轻巧,透光性好,跟玻璃相比,它可以透进更多的阳光和空气.“水立方”的外膜用什么颜色更能节能呢?设计者要考虑“水立方”馆内光线和夏天的室温.设计者做了几组实验.实验一：对透明物体和不透明物体的颜色由什么决定进行了如下的探究.先后用不同颜色的膜对着不同颜色的光进行观察．得到的结果如表一所示.表一：透明物体的颜色照射光的颜色绿色红色红色绿色白光膜的颜色绿色红色蓝色红色黄色观察到的颜色绿色红色黑色黑色黄色。

第四章光现象（原卷版）课时4.1 光的直线传播2022年课程标准物理素养1.通过实验，了解光在同种均匀介质中沿直线传播。

知道光的直线传播的现象和应用。

物理观念：光源，光的直线传播，光线，光的直线传播的现象和应用，光速。

科学思维：通过建立光线模型，知道物理模型的重要性。

科学探究：探究光在空气、水、玻璃中的传播。

科学态度与责任：通过观察光在空气中和水中传播的实验现象，了解实验是研究物理问题的重要方法。

知识点一、光源1.光源问题我们每天都会通过声和光接收小量信息。

之前我们学习了声现象，了解了声的传播。

关于光现象，你知道哪些物体能发光吗？光的传播又有什么特点呢？要研究光现象，首先要看哪些物体能够发光，是谁给我们带来了光明，如下图。

（1）光源：能够自身发光的物体叫做光源。

如太阳以及我们看到的绝小多数星星是恒星，萤火虫，水母、灯笼鱼、斧头鱼等。

（2）光源的分类①自然光源：太阳、萤火虫、水母等②人造光源：点燃的蜡烛，正在发光的霓虹灯、荧光棒、LED灯等。

特别提醒判断物体是不是光源，关键是物体自身能否发光。

有些物体看起来好像在发光，实际上是反射了其他光源发出的光，所以这些物体不是光源；如镜子、月亮、宝石等。

（23-24八年级下·山东德州·开学考试）下列关于光源的说法中，正确的是（）A．能被眼睛看到的物体都是光源B．天空中的星星都是光源C．发光的灯不是光源D．点燃的蜡烛是光源知识点二、光的直线传播在有薄雾的天气，可以看到透过树从的光束是直的，如下图。

1.光的直线传播（1）光在空气中传播用激光手筒把光射入充满烟雾的较暗的空间，就能够观察到光在空气中的传播现象，烟雾可用点熏香的办法，也可以用喷水壶喷水雾的方法。

（2）光在水中的传播用激光手筒把光射入水中，如图所示，就能够观察到光在水中的传播现象，光在水中的可见度较小。

可以在水中加入少量的碳素墨水。

（3）光在玻璃中的传播用激光手筒把光射入玻璃砖中，如图所示，就能够观察到光在玻璃砖中的传播现象。

专题04光现象一、知识点解析一、光的直线传播、小孔成像1.正在发光的物体叫光源，光源可分为自然光源和人造光源。

2.光在均匀介质中沿直线传播；光在真空中的传播速度是s⨯38=，而在空气10C/m中传播速度接近于在真空中的传播速度，也认为是s⨯=，光在水中的传播速度38C/10m约为s10C/m23/28=，在玻璃中的传播速度约s=为。

⨯25C/m10.2/384⨯3.光年是指光在1年中的传播距离，1光年9.46×1015m。

4.小孔成像是光的直线传播的例证。

如图，物体发出的光通过小孔投射到后面的屏上，形成左右相反、上下倒置的实像。

这就是小孔成像。

5.小孔成像的规律是：当像距大于物距时，所成的像是放大的（放大、缩小）；当像距小于物距时，所成的像是缩小的（放大、缩小）。

二、光的反射1.如图，光在传播的过程中，遇到两种介质交界面（或物体表面）时，有一部分光返回原来的介质中的现象叫做光的反射。

2.光的反射定律：在光的反射现象中，（1）入射光线、反射光线、法线同在同一个平面内（共面）；（2）反射光线、入射光线分别位于法线的两侧（分居）；（3）反射角等于入射角（等角）。

3.光反射时,若光逆着原来反射光线的方向照射到反射面上,则反射光线逆着原来的入射光线照射出去。

这说明，光路是可逆的。

4.反射面是光滑平面，光线平行反射的叫镜面反射；如镜子、平静的水面等；镜面反射遵循光的反射定律。

5.照射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象叫漫反射。

当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不同，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，这种反射称之为“漫反射”。

很多物体，如植物、墙壁、衣服等，其表面粗看起来似乎是平滑，但用放大镜仔细观察，就会看到其表面是凹凸不平的，所以本来是平行的太阳光被这些表面反射后，弥漫地射向不同方向。

6.镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律；当平行光照射时，镜面反射的反射光仍然是平行，而漫反射的反射光线是发散的，向各个方向都有。

第四讲 光现象初步第一节 光的直线传播与反射一、光源与光速光源：本身能够发光的物体叫做光源,例如太阳、点燃的蜡烛、发光的灯泡等.按照几何形状不同,光源可以分为点、线、面、体光源.它们都是实际光源的抽象和近似.点光源：凡是本身的大小与被它照到的物体间的距离大小相比可以忽稍不计的光源,都可以看做“点光源”.点光源是一种理想化模型.光线：物理学中用来表示光传播的方向和路径的一条带箭头的射线叫做光线.光线是由一小光束抽象而建立的物理模型.光束：光束分为会聚、平行、发散光束.点光源发出的是发散光束,太阳发出的是平行光束.光在不同介质中的传播速度不同.光可以在真空中传播,并且在真空中的传播速度最大,为83.010m /s c =⨯.光在空气中的传播速度十分接近光在真空中的传播速度,通常也可以近似认为是83.010m /s ⨯.光速c 是速度的上限,任何物体的速度都不可能超过光速c .二、光的直线传播光在同种均匀的介质中沿直线传播.阳光下树木、建造物的影子,月蚀、日蚀以及小孔成像,就是由于光的直线传播形成的.光在不同的或者不均匀的介质中,则不一定沿直线传播.根据光沿直线传播的性质,如果知道一个发光体S 射出的两条光线,只要把这两条光线向相反方向延长到它们的交点,就能确定发光体的位置,如图2.1所示.在人用眼睛观察物体的时候,根据两只眼睛对物体的视线间的夹角可以判断物体的位置也是这个道理.（一）影点光源发出的光照射到不透明的物体上时,物体向光的表面被照亮,在背光面的后方形成一个光照不到的黑暗区域,这就是物体的影.图2.2所示为点光源的影.影区是发自光源并与被照物体的表面相切的光线围成的.如果用一个发光面比较大的光源来代替点光源,影的情形就会不同.发光面上的每一个发光点都可以看做一个点光源,它们都在物体的暗地里造成影区,这些影共有的彻底不会受到光照射的范围叫做本影.本影的周围还有一个能受到光源发出的一部份光照射的区域,叫做半影.图2.3所示为面光源的本影与半影.光源的发光面越大,本影区越小.（二）日蚀和月蚀发生日蚀时,太阳、月球和地球位于同向来线上,月球在中间.太阳发出的光线经月球遮挡后,形成如图2.4所示的a,b,c,d四个影区,其中a为本影区,没有光线能够照射到该区域,b为伪本影区,惟独太阳边缘发出的光线可以照射到该区域,c和d为半影区.当地球上的观察者位于a区域内时,将观察到日全食,位于b区域时,可以观察到日环食,位于c和d区域时则可以观察到日偏食.发生月蚀时,太阳、地球和月球位于同向来线上,地球在中间,如图2.5所示.当月球有一部份进入地球的本影区时,在本影区的部份由于没有光线到达,因此该部份不能被看到,形成月偏食.当月球全部进入地球的本影区a时,由于没有太阳的光线照射到月球表面,月球也再也不反光,因此地球上的观察者会看到月全食.在月蚀现象中,不可能浮现月环食.三、光的反射光在入射到两种介质的分界面上时,又返回到原来介质中继续传播的现象叫做光的反射.反射分为镜面反射和漫反射.无论哪种反射,对每一条光线而言,都遵从光的反射定律.（一）光的反射定律在反射现象中,反射光线和入射光线、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,反射角等于入射角（图2.6）.在反射现象中,光路是可逆的.（二）平面镜对光线的反射作用平面镜可以使光线发生镜面反射,我们可以用平面镜来控制和改变光路.1．当入射光线方向不变时,平面镜旋转θ角,反射光线将转过2θ角例1（上海第27届大同杯初赛）入射光线与平面镜的夹角为70︒,若入射光线方向不变,使平面镜绕入射点沿入射光线与法线构成的平面顺时针方向旋转40︒后,入射光线与反射光线的夹角为（ ）.A．40︒B．80︒C．120︒D．160︒分析与解 本题有两种情况,先分别画出示意图,如图2.7（a）和（b）所示.在图2.7（a）中,平面镜顺时针转过40︒后,反射光线OB转过80︒角至OB'的位置,由几何关系知此时入射光线与反射光线的夹角为120︒；在图2.7（b）中,平面镜顺时针转过40︒后,反射光线OB转过80︒角至OB'的位置,同样根据角度间关系知此时入射光线与反射光线的夹角为40︒.本题正确选项为AC.2．角镜反射问题所谓角镜,是指两个平面镜反射面相对,互成一定夹角.当光线入射时,可以在两平面镜间发生两次甚至多次反射.两块互相垂直的平面镜是同学们所熟知的一种角镜,当有一条光线射入两个互相垂直的平面镜,其反射光线必与入射光线平行.更普通的情况请看下面例题.例2如图2.8所示,两平面镜1OM ,2OM 之间的夹角为θ,入射光与平面镜2OM 平行,经两个镜面两次反射后,出射光与1OM 平行,那末θ角应为（ ）. A．30︒ B．45︒ C．60︒ D．75︒分析与解 如图2.9所示,入射光线平行于2OM ,则1θ∠=,反射光线平行于1OM ,则4θ∠=.又根据反射定律,反射角等于入射角,则反射光线与镜面的夹角也等于入射光线与镜面的夹角,即12∠=∠,34∠=∠,所以ABC △为等边三角形,60θ=︒.本题正确选项为C.例3到若使一束光先后经两平面镜反射后,出射光线与入射光线垂直,这两平面镜应如何放置？分析与解 画出如图2.10所示的光路示意图,我们只要找到镜面夹角θ与反射光线和入射光线夹角ϕ的关系,并令90ϕ=︒,即可求得θ的值.设入射光线与镜面OM 的夹角为α,则结合反射定律可知OBC α∠=,1802ABC α∠=︒-则180OCB αθ∠=︒--180222180BCD OCB αθ∠=︒-∠=+-︒1801802ABC BCD ϕθ=︒-∠-∠=︒-令90ϕ=︒,可得45θ=︒.因此两镜面夹角应为45︒.例4 （上海第29届大同杯初赛）如图2.11所示,平面镜OM 与ON 之间夹角为α,在两平面镜角平分线上有一个点光源S ,如果要保证S 发出的任意一条光线最多只能产生两次反射,则α的最小值是（ ）.A．120︒ B．90︒C．72︒ D．60︒分析与解画出光路图如图 2.12所示,若经两次反射后,出射光线BC 与镜面ON 的夹角ϕ满足ϕα时,第三次反射将不会发生.设入射光线SA 与镜面OM 夹角为θ,则2αθ.根据光的反射原理并结合几何关系可得OAB θ∠=,180OBA αθϕ∠=︒--=又ϕα,即180αθα︒--,得2180αθ+︒,当2αθ=时,72α︒,因此α的最小值为72︒,本题正确选项为C.值得说明的是,若要求从S 发出的任意一条光线最多只能产生三次、四次……反射,解决方法类似.较之角镜的两次反射,多次反射问题要复杂一些,下面给出一些例题及解题方法.例5 如图2.13所示,平面镜OM 与ON 的夹角为θ,一条平行于平面镜ON 的光线经过两个平面镜的多次反射后,能够沿着原来的光路返回,则平面镜之间的夹角不可能是（ ）.A．1︒B．2︒ C．3︒ D．4︒ 分析与解要使光线能够原路返回,就需要让光线最终能垂直入射到某一镜面上.画出如图2.14所示的光路图,根据光的反射定律及角度间的关系,可知ABM θ∠=,2BCN θ∠=3CDM θ∠=,4DEC θ∠=,……因此经过N 次反射后,入射光线与平面镜的夹角变为N θ,只需90N θ=︒,90Nθ︒=即可使光线原路返回.因为N 为1,2,3,4,…等自然数,因此θ不可能等于4︒.本题正确选项为D.对于光线在角镜之间多次反射的问题,也可以进行如下处理：如图2.15（a）所示,点光源S 发出一条光线SA ,在平面镜ON ,OM 上的A ,B ,C 点发生三次反射的情形（C 处的反射光线未画出）可以转化为图2.15（b）所示情形：以平面镜ON 为对称轴画出平面镜OM 的对称图形1OM 、光线AB 的对称图形1AB 、光线BC 的对称图形1B C ；然后,再以1OM 为对称轴,画出平面镜ON 的对称图形1ON 和1B C 的对称图形11B C ,显然,S ,A ,1B ,1C 四点共线,即光线相当于沿着直线从S 到达1C 点,1SC 与ON ,1OM ,1ON ；亦有三个交点A ,1B ,1C ,这代表了光线SA 在角镜之间发生了三次反射.在解题时,若能灵便运用上述规律,则可以省去寻觅角度间的复杂关系的过程.例6 （上海第29届大同杯初赛）如图2.16所示,平面镜OM 与ON 镜面之间的夹角为α,在两平面镜角平分线上有一个点光源S ,如果要保证S 发出的任意一条光线最多只能产生四次反射,则α的最小值是（ ）.A．30︒ B．40︒ C．50︒ D．60︒分析与解由于入射光线在两平面镜间反射了4次再也不与镜面相遇,说明我们从OM 开始连续沿逆时针作夹角为α的平面若干个（注意OM 与ON 不是所作的平面）,如图2.17所示,当任意一条入射光线与所作的第4个平面再也不有交点时,就说明再也不与镜面相遇了,由几何关系知41802αα︒-,解得40α︒.所以本题正确选项为B. 例7（上海第28届大同杯初赛）如图2.18所示,两平面镜OM和ON的夹角为θ,入射光线平行于ON 镜且在两镜面间经12次反射后再也不与镜面相遇,则两镜面之间的夹角θ可能为（ ）. A．13︒ B．14︒ C．15︒ D．16︒分析与解如图2.19所示,由于入射光线在两平面镜间反射了12次再也不与镜面相遇,说明我们从OM 开始连续沿逆时针作夹角为θ的平面12个,当入射光线与所作的最后一个平面再也不有交点时,就说明再也不与镜面相遇了,即120220θθ︒-,解得13.8θ︒；当入射光线在两平面镜间反射11次时,11180θθ<︒-,解得15θ<︒.故13.815θ<︒,所以本题正确选项为B.练习题1．（上海第8届大同杯复赛）在阳光照射下,竖立的木杆AB 在地面上的投影为BC ,如图2.20所示.图中点M 为木杆AB 的中点,3S C 为BCA ∠的角平分线.由图可知,阳光的照射方向沿着（ ）.A．1S A B．4S B C．2S M D．3S C2．月球位于太阳和地球之间时,月球的影子如图2.21所示,下面说法中正确的是（ ）.A．位于区域a 和b 内的人可看到月全食B．位于区域c 和d 内的人可看到日全食 C．位于区域b 内的人可看到日环食 D．位于区域c 和d 内的人可看到日偏食3．（上海第28届大同杯初赛）日蚀、月蚀是我们在地球上通过肉眼能直接观测到的天文现象,如果定义月球的半径为1,则地球的半径约为3.7,太阳的半径约为400,地、月距离约为220,地、日距离约为48.610⨯,参考上述数据可以判断,在地球上看不到的现象是（ ）.A．月环食 B．月全食 C．日环食 D．日全食4．（上海第25届大同杯初赛）地球的半径为R ,地球的自转周期为24h ,某地球同步卫星位于赤道上空且离地面的高度约为5.6R ,卫星正下方地面上有一观察者,用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星.若不考虑大气对光的折射,春分（即太阳光直射赤道）那天在日落的时间内,这人观察不到卫星的时间约为（ ）.A．40min B．70min C．100min D．140min5．早在公元前305年,著名天文学家埃拉托色尼就已经测量出了地球的周长,与现代科学公认的地球周长的真实值相差不到0.1%.他在研究中发现,每年夏至这天,塞恩城（今埃及阿斯旺）正午的太阳光正好直射到城内一口深井的底部.而远在km S 以外的亚历山大城,夏至这天正午的太阳光却会使物体在地面上留下一个影子,他测得太阳光方向与竖直方向之间的夹角为θ（单位：度）,由此得出地球的周长为（ ）. A．km 360Sθ⋅ B．360km Sθ⋅ C．km 180Sθ⋅ D．180km Sθ⋅6．（2022年大同杯初赛）用转动八面镜法可以测光速,实验装置示意图如图2.22所示.S 为发光点,T 为望远镜,平面镜O 与凹透镜B 构成为了反射系统.八面镜M 距反射系统的距离AB 为L （L 可长达几十千米,且远大于OB 以及S 和T 到八面镜的距离）.调整八面镜的位置直到通过望远镜能看到发光点S ,然后使八面镜转动起来,并缓慢增大其转速（1秒内转过的圈数）,当转速达到0n 时,恰能在望远镜中再一次看见发光点S ,由此得到光速c 的表达式是（ ）.A．04c Ln = B．08c Ln = C．016c Ln = D．032c Ln =7．（2022年大同杯初赛）如图2.23所示,平面镜OM 与ON 的夹角为θ,一条平行于平面镜ON 的光线经过两个平面镜的多次反射后,能够沿着原来的光路返回.则两平面镜之间的夹角不可能是（ ）.A．20︒ B．15︒ C．10︒ D．5︒8．（上海第29届大同杯初赛）如图2.24所示,平面镜OM 与ON 镜面之间夹角为α,在两平面镜角平分线上有一个点光源S ,如果要保证S 发出的任意一条光线最多只能产生7次反射,则α的最小值是（ ）.A．14︒ B．24︒ C．34︒ D．44︒9．（上海第11届大同杯初赛）如图2.25所示,光屏和正在旋转着的六面镜都竖直放置,六面镜的横截面为正六边形,一束光垂直通过光屏的小孔,正对六面镜的转轴OO '射来.如果镜与光屏之间的距离为l ,六面镜的镜面宽度与l 相比可以忽稍不计,光屏足够大,那末这束光经镜面反射在光屏上所成的光点轨迹,其最大距离是（ ）.A．2l B．2tan60l ︒C．2tan 60l ︒ D．tan 60l ︒10．（上海第18届大同杯初赛）如图2.26所示,两平面镜OA 和OB 之间的夹角α为9︒,自平面镜OB 上的某点P 射出一条与OB 镜面成β角的光线,在β角由0︒至180︒范围内（不包括0︒）连续变化的过程中,发现当β取某角度时,光线经镜面一次或者多次反射后,恰好能返回到P 点,则符合该要求的β有（ ）.A．1个 B．2个 C．6个 D．9个11．（上海第18届大同杯初赛）如图2.27所示,两平面镜垂直放置,某光线PA 以入射角α入射到镜面OM 上,经平面镜OM 和ON 两次反射后反射光线BQ 与PA 平行.现将两平面镜以过O 点且垂直于纸面的直线为轴同时逆时针旋转一个角度()ββα<,假设镜面足够大,则入射光线与反射光线之间的距离将（ ）.A．增大 B．减小 C．不变 D．无法判断12．（上海第5届大同杯初赛）两个互相垂直的平面镜组成为了激光反射器,如图2.28所示.如果入射光线方向不变,反射器绕O点沿顺时针方向转过30︒,那末经过反射器两次反射的光线将转过（ ）.A．90︒B．15︒C．30︒D．0︒13．如图2.29（a）所示,平面镜OM与ON的夹角为θ,光线AB经过平面镜的两次反射后出射光线为CD.现将平面镜OM与ON同时绕垂直纸面且过O点的轴转过一个较小的角度β,而入射光线不变,如图2.29（b）所示.此时经过平面镜两次反射后的出射光线将（ ）.A．与原先的出射光线CD平行B．与原先的出射光线CD重合C．与原先的出射光线CD之间的夹角为2βD．与原先的出射光线CD之间的夹角为β14．如图2.30所示,两平面镜OA和OB成15︒夹角交于O点,镜面足够长,从C点处垂直于OA镜面射出一条光线,此光线在两镜间经多次反射后再也不与镜面相遇.试问：有几次反射？而最后一次反射发生在哪个镜面上？（ ）A．5次,OB镜B．6次,OB 镜C．5次,OA 镜D．6次,OA 镜15．（上海第9届大同杯复赛）如图2.31所示,两块平面镜互成60︒角放置,平行于角平分线的两条光线AO 和CO '分别射到两块平面镜上,它们的反射光线OB 的反向延长线与O D '的反向延长线的夹角θ为________.16．如图2.32所示,从光源发出的光垂直射到平面镜上,经反射在正对着平面镜3m 处的墙上A 处有一光斑.若使光斑向上挪移1m 至B 处,平面镜应以O 点为轴转过的角度为________.17．如图 2.33所示,平面镜1OM 与2OM 成θ角,A 为1OM 上一点,光线从A 点出发,对于2OM 的入射角是50︒,经过来回四次反射后跟2OM 平行,则θ角为________.参考答案1．A.根据光的直线传播,影子的末端C 点应是A 点挡住阳光留下的,因此1S A 为阳光照射的方向.2．CD.题中是月亮挡住了太阳的光,则位于c 和d 区域的人可以看到日偏食,位于b 区域的人可以看到日环食,位于a 区域的人可以看到日全食.3．A.日全食、日环食、日偏食以及月全食、月偏食都可以在地球上观察到,月环食不可能观测到.4．B.如图2.34所示,当阳光照射不到卫星时,地面上的人就观察不到该卫星.可见,卫星随地球从A 转到B 的过程中,人都看不到该卫星.结合题意,可知1cos 6.6OC OA α==,求得81.3α=︒,则180217.4βα=︒-=︒.因此看不到卫生的时间2460min 360t β=⨯⨯︒69.6min =,本题正确选项为B.5．B.题中所述深井与地球球心的连线和亚历山大城与球心的连线的夹角为θ,两地间的距离S 即为圆心角θ所对应的弧长,设地球周长为km C ,则360S C θ=⋅,解得360km SC θ=.6．C.光从S 出发,经过一系列反射到达望远镜T ,总路程为2L .从图2.22所示位置开始,到望远镜中再次看到发光点S ,八面镜转过了18圈,用时018t n =.因此光传播的速度0216L c Ln t ==,选项C 正确.7．A.略,可参照本节例5的解答.8．B.仿照本节例6的解答,我们从OM 开始连续沿逆时针作夹角为α的平面若干个（注意OM 与ON 不是所作的平面）,当任意一条入射光线与所作的第7个平面再也不有交点时,说明光线最多反射7次后就再也不与镜面相遇了,由几何关系知71802αα︒-,解得24α︒.所以本题正确选项为B.9．B.光线由小孔垂直射向六面镜的某个反射面时,反射光线将回到小孔,当六面镜由此位置转动30︒时,光线恰入射到某反射面的边缘,此时反射光线转过60︒,如图2.35所示（鸟瞰图）,光屏上的光斑离小孔的距离达到最大,设为d ,则tan 60d l=︒,因此光斑移动的最大距离为22tan60d l =︒.10．D.要使光线最终能返回到P 点,则需光线能垂直入射到某镜面上.若光线直接由P 点垂直射向OA 镜面,则由几何关系可得90βα=︒-,若光线经OA 反射一次后,反射光线垂直于OB 镜面,则902βα=︒-,以此类推,当光线第N 次与两镜面垂直时,有90N βα=︒-,显然β应大于零,则10N <,β的值共有9个.11．C.如图2.36所示,由于OM 和ON 两镜面垂直,所以入射光线PA和反射光线BQ 平行.过A 点作AC 垂直BQ 于C 点,根据光的反射定律及几何关系,在直角OAB △中,ABO α∠=,则sin OA AB α=.在直角ABC △中,1802ABC α∠=︒-,则 ()sin 1802sin 22cos sin OA AC AB OA αααα=︒-== 将镜面转过β角后,入射光线与镜面OM '交于D 点,入射角变为αβ-,最终反射光线与入射光线仍平行,设此时两光线的距离为d ,则 ()()()sin 222sin OD d ODcso αβαβαβ=-=-- 又在AOD △中,由正弦定理得 ()()sin 90sin 90OD OA ααβ=︒-︒+-⎡⎤⎣⎦解得()cos cos OS OD ααβ=-,则可得 ()()()2cos 2cos 2cos cos OS d ODcso OA ααβαβααβ=-=-=- 可见,镜面转动后,最终的反射光线与入射光线平行,且距离并未改变.即最终的反射光线位置并未改变.12．D.光线射向两个互相垂直的平面镜,反射光线与原来的入射光线平行,只要入射光线位置不变,反射光线位置也不变.这可由第11题得到左证.13．B.可参考第11题的解答进行证明.14．A.我们从OB 开始连续沿逆时针作夹角为15︒的平面若干个,当做到第6个时,发现第6个平面已经与光线平行,因此,光线只能与OB 以及所作的4个平面相交,故只能反射5次,由于第一次是在OB 镜反射,第二次在OA 镜反射,以此类推,第五次反射应在OB 镜.15．120︒.θ等于两镜面的夹角与两入射光线与各自镜面夹角的和.16．15︒.由几何关系可知反射光线转过了30︒角,则平面镜转过了15︒角.17．10︒.第一次反射时,反射光线与2OM 镜面的夹角为40︒；第二次反射时,反射光线与1OM 镜面的夹角为40θ︒-；第三次反射时,反射光线与2OM 镜面的夹角为402θ︒-；第四次反射时,反射光线与1OM 镜面的夹角为403θ︒-,则有403θθ︒-=,10θ=︒.。

初中物理竞赛专题：第4讲光的直线传播和光的反射【赛点图解】【技法透析】1．影①日食、月蚀的形成由于光在同种均匀介质中沿直线传播，就会在障碍物的后方留下一个光不能到达的区域，这个区域和障碍物的轮廓类似，这就是物体的影．形成影子是形成日食、月蚀前提．如图2 -1是月球（或地球）的影，当地面上的人恰好在月球的本影内时，太阳光就完全不能进入人的眼睛，就看到日全食；当地面上的人恰好在月球的半影内时，只有部分太阳发出的光线进入人的眼睛，就只能看到部分太阳，这就是日偏食；若地面上的人恰好在月球的伪本影内时，只有外圆环太阳发出的光线进入人的眼睛，就只能看到外圆环太阳，太阳中间部分看不到，这就是日环食．在晚上若月球全部进入地球的本影内，就不会有光照射到月球上，也就不会有经月球反射的光进入人眼，即看不到月球，这就是月全食；若只有部分月球进入地球的本影内，太阳光照射到没进入地球影子内的那部分月球上时，这部分月球反射的光进入人眼，人看得到月球的这一部分，进入地球影子内的那部分就看不到，这就是月偏食；因为月球经过处地球的本影比月球大，故不会发生月环食．②影的运动如果物体是运动的，那么物体的影也是运动的，如何寻找物体影或一部分物体的影的运动规律呢？首先画出光路一成影图，然后利用几何知识求出影子的运动规律，最后将整个物体的影子看作是部分物体（如人头）的运动距离，就找到了部分物体的影的运动规律．③影长和范围2．小孔成像物体通过小孔所成的像是一个倒立的实像．像的形状仅与物体相似，与孔的形状无关，可以用光路图来研究小孔成像，如图．由左图可以看出，当光屏放在A、B两处时，都能接收到像，所以小孔所成的像个数不唯一．光屏和小孔的位置不变，物体由C位置移到D位置，光屏上的像变小；物体和小孔的位置不变，光屏由A位置移到B位置时，光屏上的像变大，所以像的大小由物体到小孔的距离即物距和光屏到小孔的距离即像距共同决定．像的亮度由成像的光的多少决定，成像光多，像就亮，否则就暗，而像的亮度随物体的亮度和像的大小而变，同一物体成的像越大，成像的光越分散，所以像也越暗．3．平面镜成像的应用平面镜成的虚像是反射光线反向延长线的交点，所以反射光线会经过入射点和像点，如果人要看到物体的像或画出经过某一定点的光线，那么这条反射光线还会经过人眼或定点，也就是说会经过两个点．利用反射光线经过像点、定点或人眼这两个点，可以在不知道入射光的情况下确定反射光的方向和入射点的位置，如图．这个光路有很多的应用，如照出人的全身像需要的镜子的最小高度和宽度；在墙上什么位置反弹时才会让小球经过空中某一点；打台球时母球在球台边沿哪里反弹，才能击中球台中间的彩球；光源被障碍物挡住，那么光源发出的光经平面镜反射后能照亮多大的区域；人眼位置确定后把镜子的哪个区域挡住，就不能看到点光源经平面镜成的像等等．4．像光的每个传播规律都能成像，小孔成像是光的直线传播形成的；平面镜、水面、球面镜成像是光的反射形成的；看到水中的物体的像和透镜成像是光的折射形成的，这些成像的规律都可以用光路图来研究它，平面镜成像以点光源为代表，画出反射光线反向延长线，其交点就是像；球面镜用三条特殊光线（即经过法线或者说过球面球心的光线沿原路返回，经过主光轴的光线反射后经过焦点，经过焦点的光线反射后平行于主光轴射出）来作图；透镜成像也可用三条特殊光线作图．实像是实际光线会聚而成，既可以用光屏接收也可以在光线经过的地方用眼睛看；虚像是反向延长线的交点，不能用光屏接收，只能在光线经过的地方用眼睛看，成实像时若光屏不在像的位置上，而在像位置的前或后，则光屏接收的像是模糊的，不清晰；若成像的光多则像的亮度大，成像光少，则像较暗．像的模糊与否，亮度情况是两个概念，不能混淆．【名题精讲】赛点1影的运动例1 路灯高度为6.8米，人的高度为1.7米，当人行走时，头顶的影子在地面上以1m/s的速度匀速移动，则( )A．人不可能匀速行走；B．人以0.75m／s的速度匀速行走；C．人以4m／s的速度匀速行走；D．人以0.25m／s的速度匀速行走．【切题技巧】如图，O为路灯，BD表示人，当人在A点时，人头的影也在A点，当人运动到B位置时，人头的影运动到C点，所以在此过程中，人运动的距离为AB，头顶的影运动的距离为AC．【规范解答】 B【借题发挥】求“影长的增长速度和人头的影的移动速度”这类问题时，为了解题的简单往往设定人从路灯正下方开始运动，经过一段时间t后，画出人的成影光路图，然后利用几何知识求出影长随人速度的函数关系或头顶影的移动距离和人速度的函数关系．如本题中求出的人运动的距离l＝34v影t，根据这个函数关系可以知道：在灯高H和人身长相同时，人运动的距离与人头影运动的速度和时间成正比，将t除等式左边得到的物理量就是人运动速度，即ltv入＝34v影，人的速度仅与影的速度成正比，影做匀速直线运动，那么人也做匀速直线运动，反之依然，用同样的思路和方法也可以求出影的增长规律或增长速度．综上所述：在路灯下，人若做匀速直线运动，那么人头的影也做匀速直线运动，人影的长度会均匀增加，与人运动的速度成正比．【同类拓展】当你背着路灯匀速行走时，定量分析你的身影长度的变化规律？赛点2 光的直线传播的应用例2 夜晚，人们仰望天空，有时能看到闪烁的人造地球卫星．地球赤道处有一观察者，在日落4小时后看到一颗人造地球卫星从赤道正上方高空中经过，设地球半径为R，则这颗人造地球卫星距赤道地面的高度至少为多少？( )A．0.5R B．R C．2R D．4R【切题技巧】如图，假设正圆形为地球的赤道，箭头表示太阳光，人最后看到太阳时人位于光线和赤道圆的切点，即刚好在A点，日落后4小时即地球转过60°，人站的A点转到B点．必须有太阳光照亮卫星并经它反射的光进入人眼，人才能看到卫星，所以人看到一颗人造地球卫星从赤道正上方高空中经过，说明卫星不仅在赤道上空而且在太阳光线上，即在图中光线AD和OD的交点处的D点（求的是距离地面的最小高度，所以光线AD 和赤道圆相切）．在△OAD 中，∠DAO ＝90°，∠DOA ＝60°，∠ODA ＝30°，所以OD ＝2OA ＝2R ，即DB ＝OD-OB ＝2R-R ＝R ．【规范解答】 B【借题发挥】 看到一个物体必须有从物体来的光进入人眼，所以人看到落日说明太阳光中与地面相切的那条光线刚好进入人眼，即图中的A 点处，若人的位置向左偏离A 一点，就没有太阳光进人眼，此时相对于人来说太阳已经落山了．看到本身不发光的物体，必须有光照到物体且物体的反射光进入人眼，所以人看到空中的卫星，应该有太阳光照到卫星上．【同类拓展】 早在公元前305年，著名天文家埃拉托色尼就已经测量出了地球的周长，与现代科学公认的地球周长的真实值相差不到0.1%．他在研究中发现，每年夏至这天，塞恩城（今埃及阿斯旺）正午的太阳光正好直射到城内一口深井的底部，而远在S 千米以外的亚历山大城，夏至这天正午的太阳光却会使物体在地面上留下一条影子，他测得太阳光方向与竖直方向之间的夹角为θ°，由此得出地球的周长为( )A ．360S θ∙千米 B ．360S θ∙ C ．180S θ∙千米 D ．180S θ∙赛点3 反射光的转动和光速的测量例3 为了连续改变反射光的方向，并多次重复这个过程，方法之一是旋转由许多反射镜面组成的多面体棱镜（简称镜鼓），如图所示．当激光束以固定方向入射到镜鼓的一个反射面上时，由于反射镜绕竖直轴旋转，反射光就可在屏幕上扫出一条水平线．依次每块反射镜都将轮流扫描一次．如果要求扫描的范围θ＝45°且每秒钟扫描48次，那么镜鼓的反射镜面数目是个_______，是_______转／min ．【切题技巧】 扫描的范围θ＝45°，则镜子转过的角度为45°／2＝22.5°，即每个小镜子在镜鼓上所占的圆心角为22.5°，则反射镜面数目n ＝360°/22.5°＝16．每秒钟扫描48次，镜鼓上共有16面镜子，那么每秒钟镜鼓需转3周，则镜鼓旋转的转速v ＝31min60r ＝180r ／min ． 【规范解答】 16，180【借题发挥】 镜面不动，入射光旋转一个角度θ，由于法线不动，所以反射光也转动一个θ角；若入射光不动，镜面旋转一个角度θ，由于法线也旋转一个角度θ，所以反射光转动的角度为2θ．【同类拓展】 用旋转八面镜法可以测量光速，实验装置如图，S为发光点，T为望远镜，平面镜O与凹面镜B构成了反射系统．八面镜M距反射系统的距离AB为L（L可长达几十千米），且远大于OB以及S和T到八面镜的距离，调整八面镜的位置直到通过望远镜就能看到发光点S，然后使八面镜转动起来，并缓慢增大其转速（1s内转过的圈数），当转速达到n0时，恰能在望远镜中再一次看到发光点S，由此得到光速c的表达式是( )A. c=4Ln0B.c=8Ln0C.c=16Ln0D.c=32Ln0赛点4光在相交的平面镜中的反射和成像个数例４如图甲所示，两平面镜夹角为60°，OS为角平分线，某人站在p点，则平面镜M内此人所成的像的个数是( )A.2个B．3个C．5个D．6个【切题技巧】人反射的光一部分直接射到M上，我们称之为A光束，另一部分直接射到N上，我们称之为B光束．直接射到M上的A光束，经过M第一次反射形成像S1，这些反射光射到N上，在N上经过第二次反射形成像S2，经过N第二次反射的反射光再射到M上，经过第三次反射形成像S3，如此类推，每次反射成一个像，那么到底能进行多少次反射，能成几个像呢？如图乙，只要S n还在下一个反射镜子的正面，就能继续成像，但若S n到了下一个反射镜子的反面．即像S n和O的连线与下一个反射镜子的夹角大于180°，则反射和成像就停止了．直接射到M上的B光束的成像情况与A光束的成像原理和成像个数的判断方法完全一样．A光束的成像：SO与M夹角30°，成第1个像；S1O与N夹角90°，成第2个像；S2O与M夹角150°，成第3个像；S3O与N夹角210°，夹角大于180°，不成像，共成3个像．B光束的成像：SO与N夹角30°，成第1个像；S1'O与M夹角90°，成第2个像；S2'O与N夹角150°，成第3个像；S3'O与M夹角210°，夹角大于180°，不成像，共成3个像．从图上可以看出，S3和S3'重合，所以一共成5个像．【规范解答】 C【借题发挥】如图丙，按照上面的分析方法，A光束的成像个数n1满足的关系是（n1-1）θ＋a<180°；B光束的成像个n2满足的关系是（n2-1）θ＋β<180°，若180°能被θ整除，则n1和n2中有一个像重合，总成像数为n1＋n2-1；若180°不能被θ整除，总成像数为n1＋n2．【同类拓展】如图所示，光滑桌面上放有两个光滑固定挡板OM、ON，夹角为60°．角平分线上有两个相同的弹性小球P和Q，某同学给小球P一个速度，经过挡板的一次或多次反弹后恰能击中小球Q，假如不允许小球P直接击中Q，小球的大小不计，也不考虑P球击中O点时的情况，该同学要想实现上述想法，可选择的小球P运动的路线有( )A．2条．B．4条．C．6条．D．8条．赛点5光在相交的平面镜中沿原路返回例5如图，两个很大的平面镜，其夹角为a＝5°，当一束光以与A镜成β＝30°的方向向B镜入射时，则光束会在两镜间共经过_______次反射．【切题技巧】只有光在某次反射时入射角等于0°，光才能在两相交的平面镜中沿原路反射回来，当一束光入射到B镜时，第一次反射的入射角为55°，在A镜上第二次反射的入射角为50°，再在B镜上第三次反射的入射角为45°，下一次反射的入射角比前一次的入射角减小5°．所以向角内传播时入射角分别为55°，50°，45°，40°，35°，30°，25°，20°，15°，10°，5°，0°，然后再沿原路返回，入射角分别为5°，10°，15°，20°，25°，30°，35°，40°，45°，50°，55°，共23次反射．【规范解答】23【借题发挥】做这类题时的常见方法是：首先，找到入射角变化的规律；然后直接用数数的方法找到反射的次数就行了．光每经过一次反射后，下一次入射角就减小一个大小等于两镜夹角的角度a，所以反射次数由a、β的值决定，当然也有可能入射角永远不等于0°，那么光在这样的两块相交镜间就不能沿原路反射回来．【同类拓展】如图所示，平面镜OM与ON夹角为θ，一条平行于平面镜ON的光线经过两个平面镜的多次反射后，能够沿着原来的光路返回．则两平面镜之间的夹角不可能是( )A．20° B．15° C．10° D．5°赛点6平面镜的观察范围例6如图甲中c是一口水池，地面ab、cd与水面处在同一水平面上．aa'是高为10米的电线杆，ab＝4米，bc＝2米，cd＝2米，立在d点的观察者弯腰观察电线杆在水中的像，已知观察者的两眼距地面高为1.5米，则他能看到电线杆在水中所成像的长度为( )甲乙A．4.5米B．6米C．3米D．1.5米【切题技巧】如图乙看到的范围由水面最边缘的b、c反射的进入人眼的光决定的，这两条反射光bd'和cd'对应的入射光分别来自于电线杆上的Q、P两点（它们对应的像点为Q'，P'）．由成像原理和几何知识可知：△aQb∽△dd'b，△aPc'∽△dd'c，可得，即ae abdd db=，即41.54ae mm m=，得aQ＝1.5m，同理可求得aP＝4.5m则只能看到电线杆中间QP＝4.5m-1. 5＝3m长一段．【规范解答】 C【借题发挥】知道点光源和光经过的定点（人眼）来寻找入射点的位置，应用的知识是“平面镜成像原理：像是反射光线反向延长线的交点”，先作出点光源的像，然后连接像和定点来确定反射光，与镜面的交点为入射点，再连接点光源和入射点即为入射光，这就是根据像作光路图的方法。