“光的直線傳播”是學習光的反射定理和光的折射定律的前提和基礎。 因此,我們必須了解“光的直線傳播”概念的內涵和外延。
1.光沿直線傳播的條件
首先,我們應該清楚地知道,光沿直線傳播是有條件的。 生活中的很多現象都告訴我們,光是沿著直線傳播的。 圖 1 和圖 2 是熟悉的情況。 從數學的角度,他們只能解釋一個問題:光在空氣中是沿直線傳播的。
光如何在水底和玻璃中傳播? 這可以通過以下實驗進行探索。
實驗 1 研究光在空氣中的傳播路徑。 裝備:大雪碧瓶、檀香木、火柴、玩具激光筆。 方法:用檀香木將煙熏滿瓶,打開激光筆,射入瓶內。 現象:空中會出現一條筆直的白色光柱。 推導:光在空氣等介質中沿直線傳播。
實驗二探索光在水底的傳播路徑。 設備:一個表面光滑的透明玻璃杯、水、牛奶和一個玩具激光筆。 方法:在杯子里裝滿水,滴幾滴果汁(水還是清澈透明的),打開激光筆在水底射擊。 現象:水底會出現一條筆直的白色光柱。 推論:光在介質如水中沿直線傳播。
實驗 3 探索了光在玻璃中的傳播路徑。 設備:一塊半方形玻璃磚,一個玩具激光筆,一張白紙。 方法:將玻璃磚放在白紙上,打開激光筆,貼上白紙對準玻璃磚射擊。 現象:玻璃中出現一道直的白色光束。 推論:光在玻璃等介質中沿直線傳播。
實驗 4 研究了光穿過矩形玻璃塊的傳播路徑。 其設備、運行方式和現象如圖3所示。這些年的傳播路徑不再是一條直線。 這說明光在介質中的傳播并不總是沿直線,即光在兩種介質中的傳播路徑不一定是一條直線。
玻璃和空氣中的光路
綜合分析這四個實驗,可以認為存在光沿直線傳播的條件:光在同一均勻介質中沿直線傳播。
2.對“光”概念的理解
由于光在同一均勻介質中沿直線傳播,為了方便描述這些傳播路徑和方向光的直線傳播應用,我們用帶箭頭的直線來表示光的傳播路徑和方向。 這條直線稱為射線。 必須說明:“光”是虛的。 它的引入是為了更直觀直觀地描述光的傳播路徑和方向。 它簡化了光的傳播問題,是一種理想化的數學模型。 這些處理問題的方法在后續的學習中會經常用到。 這是一項重要的數學技能。
朋友們可能會問,既然光是虛的。 所以我們在現實生活和實驗中應該很難觀察到光。 而在之前的四次實驗中,我們看到了空氣、水、玻璃等介質中的光束。 為什么不亮? 這是因為空氣中有霧氣,水底有果汁,霧氣、蜂蜜等物質對光有害。 光有散射作用,所以我們可以看到光的傳播路徑。 所以朋友們一定要確定:光是不真實存在的。
三、實例分析
例1 為了檢測一塊板子是否平直。 你可以閉上一只耳朵。 用另一只耳朵沿著木板邊緣的長度方向看。 如圖4所示。這里應用了哪些原則7
這里的答案依賴于光沿直線傳播的原理。 因為光在同一種均勻介質中是直線傳播的,如果板子彎曲,凸起的部分會擋住后端的光線,看不到板子的后端。
例2 下列說法不正確的是( )。
光并不總是沿直線傳播
B 風吹草,看牲畜低,這是由于光的直線傳播
陰天,在濃密的樹蔭下,常能看到長方形的小亮點。這是因為樹根之間的縫隙是長方形的
D單葉盲是由于光的直線傳播
分析選項A,光在同一均勻介質中沿直線傳播; 選項B,無風時,牲畜躲在灌木叢中,因為光線直線傳播,牲畜頭上反射的光被草擋住了。 有風時,草低,人眼能看到牲畜頭上的光,所以我們能看到牲畜; 選項C,根據小孔成像的原理光的直線傳播應用,如果光源距離較遠,地面光斑的形狀和小孔的形狀沒有關系,方形的小亮點就是圖像太陽的; 選項D,樹根是不透明的物體,光是直線傳播的,所以人眼看不到遠處的物體。 所以選擇C。
例3 2009年7月22日下午,黃河沿岸多地觀測到日食。 觀察日食不能用肉眼直接面對太陽。 如果沒有專用的太陽濾鏡,可以使用圖5所示的簡單方法:右手攤開,豎直疊放,面向太陽。 太陽的圖像也可以在白紙上觀察到,它依賴于光的傳播原理。
解析 雙手垂直,可以與遠處的太陽形成一個小洞像。 這時,你可以在白紙上看到太陽的影像,這樣你就可以觀察到月食了。 它依賴于光的直線傳播原理。