第二章 光现象
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【考点梳理】
1. 光的直线传播：光在同一种均匀介质中沿直线传播，光真空中传播速度最大c=3×105km/s.
2. 光的反射：光的反射定律，镜面反射和漫反射，凹面镜对光的会聚作用，凸面镜对光的会聚作用.
3. 光的折射：光的折射规律，凸透镜对光的会聚作用，凹透镜对光的发散作用，凸透镜成像规律.
4. 光的色散与物体的颜色：白光由七种单色光组成，复色光经三棱镜可以分成单色光，即光的色散；透明体的颜色是由它透过的色光决定的，不透明体的颜色是由它反射的色光决定的，混合颜料的颜色是由组成它的颜料共同反射的色光决定的；红、绿、蓝三种色光为光的三原色.
5. 红外线、紫外线.
【考题精讲】
例1 小明站立在一个暗室里，暗室中有两个光源S1、S2，S1是蓝色光源，S2是红色光源.暗室的墙壁在阳光下呈白色.如图2-1所示，（1） 若只打开S1，则墙壁上将会有什么颜色的影子？（2） 若同时打开S1、S2，则墙壁上将会出现几个影子？影子分别是什么颜色？请在图上画出小明的影子，并标明影子的颜色.
［分析］ 物体在墙壁上的影子，是由于光的直线传播规律，使得不透明物体挡住部分光线，在光线达不到的地方形成与光线射亮的地方明暗程度不同，我们称之为影子.被光线照射的物体，反射的色光决定物体的颜色，白色的墙壁上有什么色光照射就呈现什么颜色.在只有S1照射时，光线能照射到的地方应当都是蓝色的；在S1、S2同时照射时，两种光线都能照射到的地方应当都是蓝色与红色的复合色，只有一种光照射到的地方，则是这种光的颜色.
［解答］ （1） 小明挡住了蓝色光的地方没有光的照射，所以墙壁上的影子是黑的.墙壁是蓝色的.（2） 根据光的直线传播规律，画出小明挡住的两光源范围，可以在墙壁上得到两个影子AB和CD，如图2-2所示，AB挡住的是红色光，但能够被蓝色光照射，所以是蓝色的影子，CD挡住的是蓝色光，但能够被红色光照射，所以是红色的影子，墙壁是紫色的.
例2 把一个凸透镜固定在薄壁玻璃筒中间，在凸透镜的焦点F处放一个点光源S，然后向薄壁玻璃筒内注入水，水面处于光源S与凸透镜之间，如图2-３所示，为使经凸透镜折射后的光线是一束平行光，则光源的位置（ ）.
A. 应适当升高 B. 应适当降低
C. 应不动 D. 无论怎样移动均无法实现
［分析］ 光线由原来位置即焦点F处射向凸透镜的过程中，在水面处将会改变方向，因此对于凸透镜来说已经不是焦点处射来的光，不改变光源位置是不会从凸透镜射出平行光的.可根据光路可逆性，先画出经凸透镜出来的平行光，再考虑经凸透镜折射后要会聚于焦点，光在射向焦点的过程，经水面发生折射，由于折射角大于入射角，结果光线将会聚在焦点F的下面，如图2-4所示.
［解答］ 选择答案B.
例3 凸透镜前一个物体，在镜后的光屏上成一缩小倒立的实像，如果将物体与凸透镜的距离缩小一半，则物体不可能成（ ）.
A. 倒立、缩小的实像B. 倒立、放大的实像
C. 倒立、等大的实像D. 正立、放大的虚像
［分析］ 由于物体在凸透镜后成的是缩小、倒立的实像，所以物体离凸透镜的距离在2倍焦距以外，若把物距减小一半，物距与焦距的关系可能出现以下情况：（1） f＜u＜2f （2） 可能原来物距很大，减半后仍有u＞2f （3） 可能原来物距在4f处，减半后u=2f，但不可能出现u＜f的情况.
［解答］ 本题应选D.
例4 图2-5中，光源S的光线经过两平面镜反射后，有一条光线经过P点，试画出这条光线.
［分析］ 画出光源经过平面镜反射后经过P点的光线，最好的方法是将光源在平面镜中的成像画出，连接像与P点的直线，直线在镜面以上部分就是经过P点的反射光线.此题中，先画出两平面镜成的像共三个，其中S1和S2是光源S直接在平面镜成的像，S3是经两平面镜反射后成的像，因此应当先画出S3和P的连线，再连接镜面入射点和S1，画出光线在第一次平面镜反射光线，得入射点，连接S与入射点，画出光在第一次平面镜的入射光线.
［解答］ 如图2-6所示.
例5 在一底面是平面镜、四周是透明玻璃的空鱼缸内注入一定量的水，然后在鱼缸底部均匀地撒上一层砂糖，当砂糖完全溶解后，让激光发生器L发出一束激光从鱼缸的一个侧壁靠近底部O处射入，可以观察到激光束在鱼缸底部糖液中的传播路径类似乒乓球向前不断与水平桌面发生碰撞所出现的运动轨迹如图2-7所示.请解释上述现象产生的原因.
［分析］ 光在不均匀的介质里传播时，它的路线不再是直线，会发生弯曲.由于糖水密度是不均匀的，从下而上密度越来越小，当光线从下向上斜射时，随着折射角的逐渐增大，直至发生全反射，然后光线从密度小的区域向密度大的区域射入，折射角逐渐减小，光线则会呈现圆弧状.
［解答］ 由于水中糖在溶化中密度不均匀，从下而上密度越来越小，光线在水中随着密度的变化折射角发生变化形成圆弧状，光线射到底部时，由于底部是平面镜，光线在底部反射，反射角等于入射角，因此光线再次射入糖水中时入射角基本相同，而相同深度糖水密度基本相同，所以OA、AB、BC的图形相似.
例6 如图2-8所示，在竖直平面xOy内，人眼位于P（0，4）位置处，平面镜MN竖直放置，其两端M、N的坐标分别为（3，1）和（3，0），某发光点S在该竖直平面y轴的右半部分某一区域内自由移动时，此人恰好都能通过平面镜看见S的像，则该区域的最大面积为（ ）.
A. 0.5m2
B. 3.5m2
C. 4m2
D. 4.5m2
［分析］ 根据题意，人眼在平面镜中可以看到S的像，画出人眼看到的平面镜里的范围，即PM、PN射线所夹角对应的区域，而光源S只可能在y轴与平面镜之间的某一平面自由移动，所以平面镜中像的位置在水平方向距离最大等于ON即3m，取AB为3m，则人眼在平面镜中可以看到S的区域为NMBC围成的梯形，S自由移动的区域NMB′C′与梯形NMBC以平面镜为对称，大小与之相等.求出梯形NMBC面积就是S移动区域NMB′C′面积.如图2-9所示.
例7 如图2-10所示，在凸透镜的左侧有一光源A，在凸透镜的右侧光屏上已有A的像，试在图上画出透镜，标出焦点.
［分析］ 由于像A′是一实像，所以是光源A的光线经凸透镜折射后会聚而成，可以根据三条特殊的光线确定光心、焦点的位置：穿过光心的光线方向不改变，平行于主轴的光线经过凸透镜后会聚到焦点，穿过焦点的光线经过凸透镜后成平行光.
［解答］ 如图2-11所示连接A′A，这是穿过光心的光线，连线与主轴的交点为凸透镜的光心位置，画出凸透镜.过A点做平行与主轴的光线，光线在凸透镜处射向像A′，光线与主轴的交点为焦点.同理，过点A′做平行与主轴的光线，为从凸透镜射出的光线，此光线在凸透镜前应来自光源A，光线与主轴的交点为另一焦点.
【夺标训练】
1. 晴朗的夏日中午，往树或花的叶子上浇水，常会把叶子烧焦，其原因是（ ）.
A. 水滴蒸发，带走叶子的热量B. 水滴在阳光下温度升高，把叶烫焦
C. 水滴容易透过阳光 D. 水滴会使阳光会聚，把叶子烧焦
2. 皮鞋上擦过油后，还要用鞋刷或软布反复擦几下，越擦越亮，这是由于（ ）.
A. 反复擦可增加漫反射效果
B. 反复擦可使鞋油填空皮革表面凹坑，增加表面光滑程度，增加镜面反射效果
C. 鞋油反光性能比皮鞋好，反复擦可使鞋油均匀分布，增加镜面反射效果
D. 鞋油的颜色比皮革好，可增加镜面反射效果
3. 要使一束平行光通过某光学器件后仍为平行光束，则可选用的单个光学器件是（ ）.
A. 平面镜 B. 凸透镜 C. 凹透镜 D. 两面平行的玻璃体
4. 当物体距凸透镜8cm时，在凸透镜的另一侧光屏上成一个清晰放大的像，若只将凸透镜向光屏方向移动2cm，则在光屏上又成一个清晰的像，那么该像的焦距f为（ ）.
A. 2cm＜f＜4cm B. 4cm＜f＜5cm C. 5cm＜f＜8cmD. 无法确定
5. 如图2-12所示，方框内为一个透镜，NN′为主光轴，O点为光心.当一束光线沿如图方向射向透镜后，经透镜折射后交主光轴P点.则透镜为_______透镜，其焦距_______OP.（大于、小于、等于）
6. 如何放置平面镜使图2-13中图案与在镜中的像形成一朵四瓣花.
7. 在图2-14中，平板M平行于板下的水面，在板上A点发出一束光线经水面反射后，在M板上形成一亮斑B，当水面的高度发生变化后，反射光斑由B点移到B′点.请作出变化后的水面，标出变化的高度H.
8. 小明设计了如图2-15所示游戏，在一张黑纸上画了小熊的图案，小熊的耳朵是蓝色的；眼睛是绿色的；鼻子是黑的；嘴巴是白色的；脸是红色的.当小明透过蓝色玻璃纸、绿色玻璃纸看黑纸上小熊时，看到的是甲、乙两种图案，请判断：（1） 透过蓝色玻璃纸看到的是_______图.
（2） 如果用红色透明纸见到的是什么样的图案？请在丙图上涂出透过红色玻璃纸看到的图.
9. 如2-16所示把一个反射面向上的凹镜放在容器内，在凹镜的焦点F处放一个点光源S，然后在容器内注入水，使水面处于焦点F和凹镜之间，要使光源S射到凹镜的光线仍平行射到空气中，光源S的位置应（ ）.
A. 保持不变 B. 适当提高
C. 适当降低 D. 无法确定
10. 如图2-17所示为潜望镜工作原理图.若现有一军舰位于S点处，则潜水艇中的人通过潜望镜看到军舰的像在图中的_______点处.
11. 如图2-18所示，水平光具座上的S为一个点光源，P是中心带圆孔的不透光纸板，圆孔内可以嵌入一个凸透镜L，Q是一个光屏，S、P、Q的中心轴线在同一水平线上.已知Q与P的距离为a.当P中不嵌入凸透镜时，在光屏Q上出现一个圆形光斑，这个光斑的直径恰是中心圆孔直径的3倍.当把凸透镜L嵌入圆孔中，光屏Q上的光斑直径与P中心圆孔直径恰好相等.
试求：（1） 凸透镜L的焦距有两个可能的值，通过作图法确定这两个可能的焦距的值.
（2） 若将P和Q固定不动，将光源S向左移动，试说明如何根据光斑的变化情况确定凸透境的焦距是哪一个？
参考答案：1. D 2. B 3. D 4. B 5. 凸 小于 6. 见图 7. 由于入射角不变，所以反射角也不会变化，过B′点做原来水面反射光线的平行线，平行线与入射光的交点就是水面变化后的位置，过交点画出新的水面，则可以标出变化高度. 8. （1） 乙 （2） 见图 9. 根据光路可逆性质，画出图.选择答案C. 10. S2
11. （1） 在未嵌入凸透镜时，由于光斑直径为P板圆孔直径的3倍，根据相似三角形的关系，得光源S到P板的距离为a/2.
当嵌入凸透镜时，光斑直径等于P板圆孔直径，可作出点光源S经凸透镜折射后两种可能的光路图如答图所示.
根据凸透镜成像的规律及三角形相似的关系，可得透镜的两个可能的焦距分别为f1=a/2，f2=a/4.
（2） 将光源稍向左移动时，若光斑变小，则透镜的焦距为f1；若光斑变大，则透镜的焦距为f2.
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