【暑假衔接】人教版初中八年级物理暑假自学课 第16讲 光的直线传播（教师版+学生版）讲义

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1.能识别光源，知道光源的分类；
2.了解光的直线传播，能列举出光的直线传播在生活中的现象及应用；
3.知道光在真空中的传播速度；
4.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。
【基础知识】
知识点一、光源
1.光源
人们之所以能看到各种事物，是因为有光进入人的眼睛。这些光都是能带给我们光明的“光源”发出的或通过其他途径传播过来的。但是，所以的光都是有“光源”的。
光源的分类
光源不仅可按其形成分为人造光源和自然光源，还可以按发光时是否发热分为热光源（如太阳、火把、白炽灯等）和冷光源（如萤火虫、LED灯、水母等）；也可以按发光体是否有生命分为生物光源和（如萤火虫、灯笼鱼等）非生物光源（如日光灯等）。
2.光源的判断
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、电影的屏幕等。
知识点二、光的直线传播
1.光是怎样传播的
（1）实验观察：光在空气、水、玻璃中的传播路径。
【实验器材】激光笔、烧杯、水箱、水、玻璃砖等。
【进行实验】
【探究归纳】光在空气、水、玻璃等透明物质中均是沿直线传播的。
（2）探究光沿直线传播的条件
特别提醒：
1.为了清晰地观察光在不同介质中传播路径，实验应在较暗的环境中进行；
2.应注意若要光沿直线传播，“同种”和“均匀”这两个条件缺一不可。必须同时满足。
（3）光可以在真空中传播
太阳光能通过太空和大气层传播到地球表面，说明光可以在真空中传播。
2.光线
（1）定义：为了表示光的传播情况，我们通常用一条带有箭头的直线表示光的传播径迹和方向（如图甲所示），这样的直线叫光线；
（2）画法：光线是带箭头的直线，箭头表示光的传播方向。画光路图时，光线要用实线表示，且标上箭。图乙和图丙分别表示平行光和点光源发出的光。
光线是物理模型
1.在物理学中，为了研究问题方便，人们抓住主要的因素，对实际问题进行理想化处理，通过建构模型来揭示事物本质的方法称之为模型法。光线是一种模型，用来表示光的传播路径和方向。
2.光线是模型，不是实体，没有尺度。即使是再细的光束，也不能说是光线。
3.与光的直线传播有关的现象
（1）影子
光在传播过程中，遇到不透明的物体，会使物体后面光不能到达的区域形成一个阴暗区域，即物体的影子；如图。

（2）日食和月食
①日食：当月球运行到太阳和地球之间时，由于光沿直线传播，月球就挡住了太阳射向地球的光。
当月球距离地球较近时，在本影区域，月球挡住全部太阳光，该区域发生日全食；在半影区域，月球挡住了部分太阳光，该区域发生日偏食；当月球距离地球较远时，月球挡住了来自太阳中央区域的光，正对区域发生日环食。如图甲所示。
②月食：当地球处于月球和太阳之间时，地球挡住了射向月球的光，由于光沿直线传播，当月球在本影区域时，能看到月全食；当月球在半影区域时，我们能看到月偏食。如图乙所示。
（3）小孔成像
如图所示甲，用给一个带有小孔的板遮挡在光屏与蜡烛之间，光屏上就会形成烛焰倒立的像，我们把这样的现象叫小孔成像。左右移动中间的板，光屏上的像的大小也会随之发生变化。
由于光沿直线传播，来自烛焰上方的光通过小孔后就射到了光屏的下部，来自烛焰下方的光通过小孔后就射向了上部。这样，光屏上就出现了烛焰倒立的像。
像的大小与物（蜡烛）的大小以及光屏所在位置有关。其大小关系为：。
1.小孔成像的条件：小孔必须足够小，但并不是越小越好，孔太小会影响像的亮度；
2.小孔成像时，像的形状取决于物体的形状，与小孔形状无关；
3.小孔逐渐变大，光屏上的像会逐渐变模糊；当小孔增大到一定程度时，在光屏上只能看到与小孔形状相同的光斑。
【现象辨析】影子和小孔成像的异同
4.光的直线传播的应用
由于光的直线传播，在开凿隧道时，工人们可以用激光束引导掘进机，使掘进机沿直线前进，保证隧道方向不会出现偏差；士兵瞄准射击；站队时队列排直等。
像“井底之蛙”、“一叶障目不见泰山”也都是可以用光的直线传播进行解释的。
知识点三、光的传播速度
1.光在真空中的传播速度
光不仅可以在空气、水等物质中传播，而且可以在真空中传播。光在真空中的传播速度很大，在物理学中用c表示，c=2.99792×108m/s。通常情况下，真空中的光速可以近似为：c=3×108m/s。
2.光在其他介质中的传播速度
光在空气中的传播速度近似等于光在真空中的传播速度c，也可以近似为c=3×108m/s。光在水中的传播速度约为c；光在玻璃中的传播速度近约为c。
【现象辨析】光与声音传播传播特点比较
【考点剖析】
考点一：光源
例一：能自行发光的物体叫做光源，下列物体属于光源的是（ ）。
A．太阳 B．地球 C．月亮 D．房屋
【答案】A。
【解析】在选项中，只有太阳自身可以发光，其他物体都是反射光线。故选A。
例二：月亮不是光源，那它发出的光是从哪里来的呢？以下是“月亮发光”光路图分析，正确的是（ ）。
A. B. C. D.
【答案】A。
【解析】月亮不是光源，太阳光照射在月亮上，经其反射到地球上，故“月亮发光”时是太阳的光线射向它，它将光线反射向地球。故选A。
考点二：光的直线传播及应用
角度1：小孔成像
例一：早在战国时期，我国古代著名教育家墨子就在研究小孔成像的现象。如图所示，他用蜡烛作为光源，在木板上钻一个小孔，发现烛焰透过小孔在墙壁上形成一个______（选填“倒立”或“正立”）的______（选填“实”或“虚”）像。
【答案】倒立；实。
【解析】[1][2]小孔成像实验中，所成的像是由光的直线传播形成的，并且所成的像为倒立的实像。
例二：如图所示，用易拉罐制作的简易针孔照相机，做小孔成像实验。
(1)利用它观察蜡烛的成像时，孔对着______，膜对着______，（以上两格选填“蜡烛”或“眼睛”）可观察所成的像；
(2)该现象可以用______来解释；
(3)将蜡烛靠近针孔照相机少许，蜡烛的像将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）；
(4)若只将小圆孔改成三角形小孔，可以在照相机上看到光斑的形状是______（选填“三角形”、“圆形”或“烛焰”）。
【答案】蜡烛；眼睛；光的直线传播原理；变大；烛焰。
【解析】(1)小孔成像是由于光沿直线传播，光线通过小孔后在膜上成倒立的实像，则孔应对着蜡烛，膜对着眼睛。
(2)小孔成像是由于光在同种均匀介质中沿直线传播形成的。
(3)当蜡烛靠近小孔时，由于膜与小孔的距离不变，改变物体与小孔之间的距离，光经过小孔后发散程度更大，则所成像变大。
(4)若只将小圆孔改为三角形小孔，小孔成像与物体形状有关，与小孔无关，则像的形状不变，故可在照相机上看到倒立烛焰的像。
角度2：光的直线传播引起的光现象
例一：日食现象可以用我们学过的光________的道理解释。发生日食、月食时，太阳、地球、月球三者近似在同一直线上，日食时上述二者在中间的是________（填太阳、地球或月球），月食时位于中间的是________。（填太阳、地球或月球）
【答案】直线传播；月球；地球。
【解析】当月球转到太阳和地球中间并且三者在一条直线上时，月球挡住了太阳照射在地球上的光线，地球处在月球的影子里，这就形成了日食；
当地球转到太阳和月球中间并且三者在一条直线上时，地球挡住了太阳照射在月球上的光线，月球处在地球的影子里，这就形成了月食．所以日食、月食是光沿直线传播而形成的现象。
【点睛】日食、月食形成的原因是光的直线传播原理，所以，解释时要用光的直线传播理论。
例二：阳光灿烂的日子，行走在绿树成荫的街道上，常常见到地上有一些圆形的光斑，这些光斑是（ ）。
A． 树叶的影子 B． 树叶的实像 C． 太阳的虚像 D． 太阳的实像
【答案】D。
【解析】树荫下的地面上出现的圆形光斑，是太阳光通过浓密的树叶中的小孔所成的太阳的像，是实像，是由光的直线传播形成的。
角度3：光的直线传播的应用
例一：如图所示，小林同学晚上从远处走近一盏路灯又远离路灯的过程中，他的影子长度的变化情况是（ ）。
A.先变长后变短 B.先变短后变长 C.一直在变长 D.一直在变短
【答案】B。
【解析】小林同学晚上从远处走近一盏路灯，从路灯经过头顶的光线与水平地面的夹角越来越大，影子越来越短，远离路灯的过程中，从路灯经过头顶的光线与水平地面的夹角越来越小，影子越来越长，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
例二：如图所示，甲、乙两人分别站立于一面墙的两边，若要在墙上开一个窗使两人彼此都能看到对方的全身，则所需的最小窗的位置应为（ ）。
A. B. C. D.
【答案】D。
【解析】根据光沿直线传播，过乙头顶和脚底分别作两条直线到甲的眼睛，过甲头顶和脚底分别作两条直线到乙的眼睛（这两条直线就可以确定出所需最小窗的位置），由这四条直线与墙的交点即可确定出所需最小窗的位置如图所示：
由图可知，所需的最小窗的位置应为bd。故选D。
考点三：光速及计算
例一：远处一道闪电划过漆黑的夜空，过一会才会听到隆隆的雷声。听到的雷声是通过______传播的；先看到闪电后听到雷声，原因是该过程中光的传播速度______（选填“大于”或“小于”）声音的传播速度；请你再写出一条声和光的不同点：______。
【答案】空气；大于；声音的传播需要介质，而光的传播不需要介质。
【解析】[1]我们听到的声音大多数是通过空气传播的，“隆隆”的雷声是通过空气传入人耳的。
[2]打雷时，闪电和雷声是同时发生的，但光的传播速度大于声音的传播速度，所以先看到闪电后听到雷声。
[3]声和光的不同点：声音的传播需要介质，而光的传播不需要介质。
例二：1607年，伽利略进行了最早的测量光速的实验。他让两个人分别站在相距 3km 的两座山上，每个人拿一个灯，第一个人先举起灯，当第二个人看到第一个人的灯时立即举起自己的灯，从第一个人举起灯到他看到第二个人的灯的时间间隔就是光传播的时间，（光在空气中传播的速度约为300000000m/s）；
（1）请你计算光传播的时间（保留一位小数）；
（2）伽利略能否准确地测出光速，为什么？
【答案】（1）；（2）见解析。
【解析】（1）从第一个人举起灯到他看到第二个人的灯的时间内，光传播了6km，传播的时间
（2）伽利略无法准确测量出光速，因为光速太快，在3km的路程上运动的时间太短，当时条件无法准确测量出这段时间。
答：（1）光传播34km用的时间约为；（2）伽利略不能准确的测出光速，原因是光速太快，运动的时间太短。
考点四：光的直线传播作图
例一：如下左所示，作出井底之蛙在枯井中所看到的“天”的范围。（a点表示蛙的眼睛）
【解析】过井沿的边缘和青蛙的眼球画出进入青蛙眼睛最边缘的两条光线，如图所示：
【真题演练】
1. （2022·浙江宁波） 如图所示是一个放置于宁波某地水平地面上的简易计时模型，圭杆垂直底盘。下列描述错误的是（ ）。
A. 杆影的形成是由于光在均匀介质中沿直线传播；
B. 一天内，杆影移动是由地球公转造成的；
C. 一天内，正午的杆影最短；
D. 该模型依据杆影的方位计时
【答案】B。
【解析】A．光在同一种均匀介质中沿直线传播，杆影的形成是由于光在均匀介质中沿直线传播形成的，故A正确，不符合题意；
B．一天内，杆影移动是由地球自转造成的，故B错误，符合题意；
C．一天内，正午太阳高度角最大，因此正午的杆影最短，故C正确，不符合题意；
D．影子的方向在改变。在北回归线以北的地方，早晨的影子在西方，中午的影子在北方，傍晚的影子在东方。从原理上来说，根据影子的长度或方向都可以计时，但根据影子的方向来计时更方便一些。故通常都是以影子的方位计时。故D正确，不符合题意。故选B。
2.（2022·贵州黔东南州）某校九年级的一名学生下晚自习后在骑自行车回家途中，迎面遇到一辆灯光非常刺眼的车辆。为了安全，他应该（ ）。
A. 迎着灯光继续行驶B. 闭眼缓慢行驶
C. 停下车靠边避让D. 用手遮挡灯光行驶
【答案】C。
【解析】A．因为灯光比较刺眼，迎着灯光继续行驶，会看不清前方道路，所以骑行时并不安全，故A不符合题意；
B．闭眼缓慢行驶，会看不到前方道路，所以骑行时并不安全，故B不符合题意；
C．停下车靠边避让，等车过去再骑车回家，比较安全，故C符合题意；
D．用手遮挡灯光行驶，会看不清前方道路，所以骑行时并不安全，故D不符合题意。故选C。
3.（2022·湖北随州）在一个烈日炎炎的午后陈老师走在随州街头，看到地面上树荫里有许多圆形光斑，抬头看看树叶间刺眼的阳光，想到这树荫下藏着物理学的秘密，便拍下两张照片（如图）。经估测树荫下一个清晰光斑的直径约为7cm，这束阳光从约7m高处的树叶间照射下来。我们常说太阳光经过约8分钟来到地球（太阳和地球之间的距离按1.5×1011m计算），粗略计算太阳的直径最接近（ ）。
A. 1.5×109mB. 1.5×1019m
C. 5×106mD. 5×1012m
【答案】A。
【解析】因为光斑的直径和小孔的位置所构成的三角形，与太阳的直径和小孔的位置所构成的三角形，是相似三角形，相似三角形的对应边成正比例，设太阳直径为n米，光斑的直径为，
则有，解得；故选A。
4.（2021·湖州）如图是月偏食的示意图，月食轮廓是弯曲的圆弧。下列事实与圆弧的形成无关的是（ ）。
A. 太阳光的直线传播；B. 地球是球形的；C. 月球是球形的；D. 地球是不透明的
【答案】C。
【解析】图中的月食的轮廓，是由于太阳、地球、月亮位于同一直线上，地球位于太阳与月球之间时，不透明的圆形地球挡住了沿直线传播的太阳光，在地球上看不到完整月球时，便形成的月偏食。
所以圆弧的形成与A太阳光的直线传播；B地球是球形的；D地球是不透明的；三者有关，而与C月球是球形的，无关。故C正确，ABD错误。故选：C。
5．（2020•淄博）“金边日食”是壮观的天文现象，小明用自制小孔观看日食，下列说法正确的是（ ）。
A．日食现象可用光的直线传播解释
B．用小孔成像原理观看日食利用了光的折射
C．日食通过小孔成正立、缩小的实像
D．日食通过小孔所成的像与小孔的形状有关
【答案】A。
【解析】A、日食现象是由于光的直线传播形成的，故可用光的直线传播解释，故A正确；
B、小孔成像是光的直线传播形成的，故B错误；
C、日食通过小孔成倒立、缩小的实像，故C错误；
D、日食通过小孔所成的像与小孔的形状无关，故D错误。故选：A。
6.（2022·四川成都）“圭表”是我国古代先进的天文观测仪器，根据“表”在“圭”面上形长的变化就能知道时节的更替。元代天文学家郭守敬改进和创新了“圭表”（如图甲），国乙是其示意图。他在“表”上方加一根架空的横梁，在“圭”面上放置一个可移动的景符（有小孔的铜片）。他利用改进后的“圭表”，精确推算出了二十四节气和一回归年天数。请根据以上资料在图乙中画出横梁通过景符的小孔在“圭”面上所成的影像，并标明两条光线的传播方向。
【解析】光线照射到横梁上，由于光线沿直线传播，光线通过景符上的小孔，照射到“圭”面上，这是小孔成像，在“圭”上形成横梁的像。如图所示：
7．（2021·成都）日晷（guǐ）是古代的一种“时钟”，利用太阳光下指针的影子指示不同的时刻（如图）。请根据指针的影子AB，画出此时太阳光的传播方向（太阳光视为平行光）。
【解析】由于在光在同一种均匀介质中是沿直线传播的，所以太阳光传播的方向如下图所示：
【过关检测】
1.生活中许多物体可以发光，下列物体不属于光源的是（ ）。
A．水母 B．萤火虫 C．月亮 D．霓虹灯
【答案】CD。
【解析】水母和萤火虫自身能够发光是光源，不符合题意；发光的霓虹灯是人造光源，霓虹灯不发光的时候，不是光源，符合题意，月亮是反射的太阳光，在晚上才比较亮，不是光源；符合题意。故选CD。
2.北宋的沈括在《梦溪笔谈》中记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察鸢(老鹰)在空中飞动,地面上的影子也跟着移动,移动的方向与鸢飞行的方向一致。然后在纸窗上开一小孔,使窗外飞鸢的影子呈现在室内的纸屏上,结果观察到“鸢东则影西,鸢西则影东”。阅读了上述材料后,你认为下列哪种说法是错误的( )。
A.“鸢东则影西,鸢西则影东”所描述的现象是小孔成像；
B.沈括观察到“鸢在空中飞动,地面上的影子也跟着移动”是小孔成像；
C.小孔成像可用光的直线传播解释；
D.小孔成像时像移动的方向与物移动的方向相反
【答案】B。
【解析】中间的“窗隙”就是“小孔”,因为小孔成像是倒立的,故出现“鸢东则影西,鸢西则影东”的现象。因此“鸢东则影西,鸢西则影东”所描述的现象是小孔成像,小孔成像是光的直线传播原理,小孔成像时像移动的方向与物移动的方向相反,综上分析,选项A、C、D正确;沈括观察到“鸢在空中飞动,地面上的影子也跟着移动”是影子的成因,是光的直线传播形成的,因为光被挡住了,没有光的区域才变暗,所以选项B错误。故选B。
3.下列语句不涉及光的直线传播的是( )。
A.一叶障目，不见泰山；B.如影随形，形影相伴；
C.余音绕梁，三日不绝；D.井底之蛙，所见甚小
【答案】C。
【解析】ABD都和光的直线传播有关；余音绕梁，三日不绝属于声现象内容，故此题答案是C。
4.小明在学习“光的传播”时,看到老师的一个演示实验,过程如下:①用激光笔射向水中，观察到光线是一条直线；②在光线上某点处用漏斗向水中慢慢注入海波溶液,观察到光线发生了弯曲；③经搅拌后观察到光线又变直。小明根据上述现象得出的结论正确的是( )
A.光的传播需要介质； B.光只有在水中才沿直线传播；
C.光在海波溶液里不能沿直线传播；D.光在同一种均匀介质中才沿直线传播
【答案】D。
【解析】根据上面描述的现象说明光在均匀介质中是沿直线传播的。故答案是D。
5.紫金山天文台2009年6月13日通报：2009年7月22日，我国将出现500年一遇的日全食奇观。能够解释日食现象的是光的___________传播理论。如图所示，位于地球上A区域的人看到的是日_____食，位于B区域的人看到的是日______食。
【答案】直线；全；偏。
【解析】日食形成的原因是光的直线传播原理，所以，解释日食现象要用光的直线传播理论。
如图，在地球上A区域，太阳射向地球的光全部被月球挡住，人们看到的是日全食。
在地球上B区域，太阳射向地球的光被月球挡住了一部分，所以，人们看到的是日偏食。
故答案为：直线；全；偏。
6.激光是一种特殊光，它与我们平常所见各种普通光相比,有许多显著特点。激光的应用和发展很快,如激光唱机、激光全息防伪商标、激光测距仪等。若用激光测距仪来测地球到月球的距离,先测得激光从地球到月球传播的时间为1.27s,则地月之间距离为 m,激光在水中的传播速度 (选填“大于”或“小于”)在宇宙中的传播速度。
【答案】3.81×108、小于。
【解析】本题考查光速及其应用。根据s=vt=3×108m/s×1.27 s=3.81×108m。光在水中的传播速度约为真空中传播速度的3/4,故激光在水中的传播速度小于在宇宙中的传播速度。
答案：3.81×108、小于。
7.如图是小孔成像示意图。右侧是实物——蜡烛,中间是可以左右移动、开有小孔的挡板,左侧是接收屏。由小孔成像规律可知,蜡烛像的性质是 、 像(正立/倒立,虚/实);如果挡板往左移动,像会逐渐 (减小/增大)。

【答案】倒立；实；减小。
【解析】小孔成像的原理是光沿直线传播；物体上部发出或反射的光经小孔后射到光屏的下部；物体下部发出或反射的光经小孔后射到光屏的上部，所以小孔成像成的是倒立的像；小孔所成的像是由实际光线会聚而成的,是实像；像的高度随像到小孔距离的增大而增大，挡板往左移动，像会逐渐减小。
8.如图所示，S是一个发光的小电灯，P、Q为不透光的挡板，试作出在挡板右侧能被照亮的范围。
【答案】如图所示。
【解析】连接S点与窗口的上端P和下端Q，作两条射线，这两条射线之间的范围就是在挡板右侧能被照亮的范围，如图所示：
9.“坐井观天，所见甚小”，请在图中用光路图作出井底之蛙“观天”的最大范围（用斜线标出）。
井底之蛙

【解析】图中圆点是青蛙的位置，将圆点与井口左边的端点相连成一直线，将圆点与井口右边的端点相连成一直线，然后在直线上标出箭头，即得到两条射向青蛙眼睛的光线，这两条光线就决定了青蛙的观察范围。如图所示。
光源的概念
自身能够发光的物体叫光源
分类
自然（天然）光源
太阳、萤火虫、水母等
人造光源
蜡烛、手电筒、霓虹灯、荧光棒、LED灯等
实验目的
实验过程
现象
分析总结
探究光在空气中的传播路径
在夜晚，用能发出带有颜色的激光笔射向天空，激光笔发出的光的传播路径
光在空气中沿直线传播
探究光在水中的传播路径
在盛水的水箱中，让激光笔沿不同方向垂直水箱侧面射出光，观察光在水中的传播路径
光在水中沿直线传播
探究光在玻璃中的传播路径
让激光笔发出的光从玻璃砖的侧面垂直射入玻璃砖，观察光在玻璃砖中的传播路径
光在玻璃中沿直线传播
提出问题
光一定沿直线传播吗？光沿直线传播的条件是什么？
设计与进行实验
①在桌上放一个大的透明水槽，配有四杯等量但浓度不同的糖水，每杯糖水中都添加少量牛奶（为了清晰地显示光路），将它们按浓度从大到小的顺序排列，依次倒入水槽，水槽内的液体就变成了从上到下浓度逐渐增大的非均匀水溶液；
②如图甲所示，将一束光从透明水槽侧面垂直射入非均匀浓度的糖水溶液中，观察到激光的传播路径在浓度不均匀的糖水溶液中会向下弯曲；
③如图乙所示，用玻璃棒搅拌糖水溶液时，使其浓度变得均匀，再将激光射向糖水溶液中，观察到激光在均匀浓度的糖水溶液中的传播路径是直的
分析论证
光垂直射入浓度不均匀的糖水溶液中时，光的传播路径发生了弯曲；在均匀浓度的糖水溶液中，光的传播路径是直的
得出结论
光在同种均匀介质中沿直线传播
现象
相同点
不同点
影子
形成原因都是光沿直线传播
影子是光照射不到的区域，影子的形成不一定和物体的形状相同，而且影子是黑暗的
小孔成像
通过小孔成的像是光实际照射到的区域，像的形状和物体的形状相同，而且像是亮的
现象
相同点
不同点
光的传播
传播速度都与介质种类有关
能在透明物质中传播，能在真空中传播，光在真空中传播速度最大
声的传播
能在固体、液体和气体中传播，真空不能传声，一般情况下固体中声速最大