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(共58张PPT)
第四章 光现象
第1节 光的直线传播
学习目标——物理学科素养
01
物理观念
理解光在同种均匀介质中沿直线传播的规律，能识别生活中光沿直线传播的现象
02
科学思维
通过对光沿直线传播规律的探究，学会运用建立模型等科学方法分析和解决问题，培养逻辑推理和批判性思维能力
03
科学探究
经历设计实验探究光的传播路径的过程，掌握实验设计和操作技能，学会收集、分析和处理实验数据，能与他人合作交流并评估实验结果
04
科学态度与责任
养成尊重事实、勇于探索、严谨认真的科学态度，认识到科学技术对社会发展和人类生活的重要影响，增强将科学知识应用于生活和社会的意识与责任感
教学重难点
教学难点
教学重点
1.深入探究并牢固掌握光在同种均匀介质中沿直线传播的规律。
2.全面了解光的传播速度，尤其是在真空中的传播速度。
3.熟练运用光的直线传播知识，清晰解释生活和自然界中的常见光现象。
1.透彻理解光沿直线传播的条件，特别是“同种均匀介质”这一要点。
2.灵活运用光的直线传播规律，深入分析并解决复杂的实际问题。
课堂引入
在漆黑的房间里，我们什么都看不见!点亮灯，就能看到房间里的物体。 我们之所以能看到物体，是因为物体自身发出的光或物体反射的光进入了我们的眼睛。
漆黑的房间
有光的房间
漂亮的景色
美丽的彩虹
我们每天都会通过声和光接收大量信息。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？
课堂引入
知识点1 光源
知识点1：光源
探究新知
在研究光现象时，首先要看哪些物体能够发光，是谁给我们带来了光明。
在晴朗的日子里，白天，灿烂的阳光普照大地
夜晚，闪烁的星光点缀漆黑的夜空
1. 现象探究
太阳以及我们看到的绝大多数星星都是恒星，宇宙中的恒星都能发光。
在大海深处，水母、灯笼鱼、斧头鱼等发出的光，使幽深的海洋世界显得更加神秘。
知识点1：光源
探究新知
夏天的夜晚，萤火虫尾部发出淡淡的绿光
大海深处的水母发光，展现自然奇妙之美。
有的动物也可以发光
知识点1：光源
探究新知
（1）概念：能够发光的物体都叫做光源。
（2）分类：
2. 光源
按形成原因分
按发光原理分
天然光源
人造光源
如：太阳、萤火虫、闪电等。
发光的电灯、点燃的蜡烛等。
热光源
冷光源
如点燃的火把、发光的电灯等。
萤火虫、水母等。
知识点1：光源
探究新知
3. 对光源的理解
(1)有些物体本身不发光，但由于它们能反射或折射太阳光或其他光源发出的光，好像它们也在发光一样，这些物体不是光源，如月球、宝石、所有行星、放电影时的银幕和反光的镜子等。
(2)我们能看到光源，是由于光源发出的光直接进入了我们的眼睛。人的眼睛是接收光的感觉器官。
知识点1：光源
探究新知
【例1】正在 的物体称为光源。如图所示，属于光源的是 （填序号）。
发光
(1)(2)(3)
知识点2 光的直线传播
知识点2：光的直线传播
探究新知
1. 光的传播
（1）光在空气中传播
电影放映机镜头发出的光直直地射向银幕
晚上汽车前灯射出的灯光笔直向前形成一个光柱
阳光透过树丛缝隙斜射下来，形成一道道笔直的光束
探究归纳
光在空气中沿直线传播
将一束激光射向充满含烟雾的透明的空容器中，观察光的传播路径。
知识点2：光的直线传播
探究新知
视频：光在空气中的传播
知识点2：光的直线传播
探究新知
（2）光在密度均匀的液体中的传播
向盛水的玻璃水槽内滴几滴牛奶，搅拌均匀后，用激光笔将一束光射到水中，观察光在水中的传播径迹。
视频：光在密度均匀的水中传播
探究归纳
光在密度均匀的水中沿直线传播
提示：加牛奶的目的便于显示光路
知识点2：光的直线传播
探究新知
用激光笔将一束光射到玻璃砖中，观察光在玻璃中的传播径迹
（3）光在密度均匀的玻璃中的传播
视频：光在玻璃砖中传播
探究归纳
光在密度均匀的玻璃砖中沿直线传播
在玻璃缸中盛入清水，沿缸壁轻轻注入浓糖水，从侧壁水平照射激光，看到缸内光的路径如图所示.
（4）光在不同种均匀介质中的传播
知识点2：光的直线传播
探究新知
分析：在玻璃缸中盛入清水，沿缸壁轻轻注入浓糖水后，玻璃缸里的水不均匀，光的传播路径不是直线。
视频：光在不均匀的糖水中传播
知识点2：光的直线传播
探究新知
结论：
（1）空气、水和玻璃等透明物质可以作为光传播的介质，
（2）光在同种均匀介质中沿直线传播。
归纳总结
光在密度均匀的空气中、水中和玻璃中均沿直线传播
知识点2：光的直线传播
探究新知
【例2】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如图所示：
②在A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果，正确的是（ ）
A．光在海波溶液里不能沿直线传播
B．光只有在水中才沿直线传播
C．光在同一种均匀介质中才沿直线传播
D．光的传播需要介质
C
知识点2：光的直线传播
探究新知
2. 光线
（1）概念：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一束光传播的______和__________。
径迹
方向
特别题型：模型法
在物理学中，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叫作模型法。
光线实际上是不存在的，是为了方便研究光的传播情况而引入的模型，即使再细的实际光束，也不是光线。
知识点2：光的直线传播
探究新知
（2）画法：光线要用实线画出，箭头表示光的传播方向，且一般画在直线的中间位置。
平行光发出的光
点光源发出的光
光线
【详解】图中O点是青蛙的位置，将O点与井口左右两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
【例3】“坐井观天”出自韩愈《原道》：“坐井而观天，曰天小者，非天小也。”如图甲所示一只青蛙在枯井底向外张望，请你在图乙中画出青蛙眼睛（O点）通过井口能看到最大范围的两条光线。
知识点2：光的直线传播
探究新知
知识点2：光的直线传播
探究新知
3. 光的直线传播现象
（1） 影子的形成
行走的士兵
拿花的女孩
灯光下的行人
有趣的手影
光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体后面光不能到达的区域便形成一个阴暗面，即物体的影子。
知识点2：光的直线传播
探究新知
（2）日食
当月球转到地球与太阳之间，并且在__________上时，挡住了射向______的太阳光，由于光沿直线传播出现日食。
同一直线
地球
视频讲解：日食的形成
知识点2：光的直线传播
探究新知
（3） 月食
当地球转到太阳与月球之间，并且在__________上时，挡住了射向______的太阳光，由于光沿直线传播出现月食。月食是地球的影子投映到月球上。
同一直线
月球
视频讲解：月食的形成
(4)小孔成像
战国时期墨家著作《墨经》是迄今为止发现的世界上最早记载小孔成像实验的文献资料。如图所示是小孔成像现象及其示意图。
视频讲解：小孔成像
知识点2：光的直线传播
探究新知
(1)成像性质：倒立的大小不确定的实像。上下颠倒、左右相反。
(2)影响成像大小的因素：与物体到小孔的距离以及光屏到小孔的距离有关。
(3)像的形状：与物体的形状相同，与小孔的形状无关。
小孔成像的特点
知识点2：光的直线传播
探究新知
身边的小孔成像
例如，树下的圆形光斑，实质是太阳经小孔所成的像。发生日食，在地面上的光斑，是日食时日面形状的投影，所以光斑会变成月牙形。
树下的圆形光斑
发生日食时，地面上的光斑
知识点2：光的直线传播
探究新知
知识点2：光的直线传播
探究新知
【例4】如图所示，自制针孔照相机，请在如图半透明塑料膜上画出蜡烛AB的像A′B′。
【详解】分别连接A、B与小孔，延长两连线与半透明塑料膜的交点分别为像点A'、B'，连接点A'、B'，并在A'画上箭头，可得像A'B'，如图所示：
激光准直
知识点2：光的直线传播
探究新知
4. 光沿直线传播的应用
工程师们常常用激光束引导掘进机，使掘进机沿直线前进，保证隧道方向不出偏差
排纵队时，如果只能看到自己前面同学的脑袋，基本上看不见前面其他同学的脑袋，就是跟前面同学在一条直线上。
排队列操
木工瞄直
知识点2：光的直线传播
探究新知
4. 光沿直线传播的应用
用木材的两个端点确定一条直线，顺线望去，检查两点间的凹凸情况，就能判断木材的边是否平直
让第一棵树挡住第二棵树，如果后面的树也被挡住，那么所有的树就都在一条直线上
直线种树
知识点2：光的直线传播
探究新知
【例5】图所示，通过三个小孔去观察烛焰，若要看到烛焰，应满足的条件是三个小孔需要在同一 ，人看到烛焰是 （选填“正立”或“倒立”）的，此时从小孔中看见的 （选填“是”或“不是”）蜡烛通过小孔成的像；
【详解】[1]根据光的直线传播可知，我们要看到孔后面的蜡烛，三个孔必须在同一直线上。
[2][3]烛焰通过小孔所成的像需要通过光屏才能方便的被眼睛观察到，我们眼睛在小孔的后面观察，是通过小孔看到蜡烛本身，并不是小孔成像，故看到的是烛焰是正立的。
直线上
正立
不是
知识点3 光的传播速度
想一想：
他们的测量原理对吗？能不能测出光速？
1. 光速的测量
17世纪30年代，伽利略进行了世界上第一次测量光速的尝试。方法是：他和助手分别站在相距1.6千米的两座山上，每人手拿一盏灯。伽利略先打开灯，当助手看到他的灯光时，立刻打开自己的灯，从伽利略打开灯至他看见助手那盏灯的灯光，这个间隔就是光传播了3千米的时间。根据v=s/t即可计算出光的传播速度。
知识点3：光的传播速度
探究新知
遗憾的是，他们进行了多次实验，均以失败告终，都不能测出光的速度，为什么？
原来光的传播速度太大，在相距约1.6km的两山顶间来回一次，所用的时间大约只有十万分之一秒，用这种简单粗糙的方法根本不能测出这样短的时间来。
知识点3：光的传播速度
探究新知
当代计算出的最精确的光速都是通过波长和频率求得的。
1958年弗鲁姆求出光速的精确值：299792.5±0.1km/s。
1972年，美国科学家埃文森测得了目前真空中光速的最佳数值：
299792457.4±0.1m/s
光速的测定在光学的研究历程中有着重要的意义。从人们设法测量光速到人们测量出较为精确的光速共经历了三百多年的时间。
知识点3：光的传播速度
探究新知
真空中的光速是宇宙中最快的速度，用c表示。c=2.99792×108m/s。计算中，可以近似取 c=3×108m/s= 3×105km/s
如果一个人以光速绕地球飞行，他在1秒的时间内能绕地球转7.5圈。
介质 光 速
真空
空气
水
玻璃
c=3×108m/s
约为3c/4
约为2c/3
c=3×108m/s
一般情况下，
v真空＞v空气＞v水＞v玻璃
2. 真空中的光速
3. 光在不同介质中的传播速度
知识点3：光的传播速度
探究新知
声音 光
真空不传声
15℃空气中声速340m/s
声音在空气中传播最慢
声音传播需要介质
光在真空中传播最快
空气中光速近似3×108m/s
光在空气中比在其他
透明介质中传播的快
光的传播不需要介质
4. 比较光的传播与声的传播
知识点3：光的传播速度
探究新知
知识点3：光的传播速度
探究新知
【例6】声呐是利用 （选填“超”或“次”）声波工作的，可以用于航海探测；已知光的传播速度是3×108m/s，如果光从某处发射到对岸的时间为2 s，则光通过的距离是 km。
【详解】[1]声音可以传递信息，声呐是利用超声波工作的，可以用于航海探测。
超
6×105
科学世界：我们看到了古老的光
古老的神话
同学们听过“牛郎织女”的神话故事吧。王母娘娘拆散了牛郎和织女的幸福家庭，他们化作天上的两颗星，只能在每年农历七月初七渡过银河相会一次。这个故事表达了我们祖先反抗封建礼教，追求幸福生活的美好愿望。但是，神话终归是神话。你知道天上的牛郎星和织女星相距多远吗？
牛郎星
织女星
科学世界·我们看到了古老的光
探究新知
这两颗星都是银河系中的恒星，它们之间的距离如果用千米表示，那可真是个“天文数字”，大得不得了。即便牛郎和织女以宇宙中最快的速度—光速飞行，从牛郎星飞到织女星也要16年！要想每年相会一次，那是不可能的。
光年
宇宙中恒星间的距离都非常大。为了表达起来方便一些，天文学家使用一个非常大的距离单位——光年，它等于
光在真空中1年内传播的距离。
科学世界·我们看到了古老的光
探究新知
（1）比邻星
离太阳系最近的恒星是半人马座的“比邻星”（只能在南半球看到），它距离我们4.3光年。也就是说，我们现在观测到的比邻星的光，是4.3年前发出的，经过了4年多才到达我们的眼睛。想一想，那时候你正在上几年级？很有趣吧！
（2）银河系
银河系是超过1 000亿颗恒星组成的星系。在银河系外，离我们最近的星系是大、小麦哲伦云（很遗憾，也只能在南半球看到），距离我们16万～19万光年。想想我们今天看到的麦哲伦云的光，是它们什么时候发出的？那时候人类在进化过程中正处于哪个阶段？
科学世界·我们看到了古老的光
探究新知
（3）仙女座大星云
秋天的夜晚可以在东北方向的天空找到一个亮斑，看起来像个纺锤，那就是仙女座大星云。它是北半球唯一可用肉眼看到的银河外星系，与我们的距离是225万光年。
光——宇宙的使者，它不仅告诉我们宇宙的现在，而且还在告诉我们遥远的过去。
仙女座大星云
科学世界·我们看到了古老的光
探究新知
请回答以下问题：
1. “光年”是什么物理量的单位？1光年等于多少千米？
【解析】光年是长度单位，1光年表示光在一年内传播的距离。
1光年 s=vt= 3×108m/s × 365×24×3600s
=9.4608×1012km
科学世界·我们看到了古老的光
探究新知
2. 牛郎星和织女星的距离是多少千米？
【解析】牛郎星和织女星的距离是16光年
16光年= 16×9.4608×1012 km=1.51488 ×1014 km
科学世界·我们看到了古老的光
探究新知
3. 为什么在形容一个数字很大、很大的时候，常说这是个“天文数字”？
【解析】这是因为目前人类知道的最快的数度是光速，每秒钟是三十万公里，光走一年的距离，称为光年，而星际之间的距离，少的距离有几光年，而多的距离有几十光年甚至几百光年。可想而知，星级之间的距离是多大啊，正因为如此，人们就叫光年为天文数字。是表示数字很大的意思。所以在形容一个数字很大、很大的时候，常说这是个“天文数字。
科学世界·我们看到了古老的光
探究新知
课堂小结
探究新知
①光源：能够发光的物体叫光源，分自然光源、人造光源.
②传播：光在同种均匀介质中沿直线传播.
③光线：通常用一条带箭头的直线表示光的传播路径和方向.
④现象：影子、日食、月食、小孔成像等.
⑤应用：激光准直、三点一线“瞄准”、站队等.
①光速：光在真空中的速度是 3×108m/s=3×105km/s
在不同介质中的速度不同 v真空＞v空气＞v水＞v玻璃
②光年：光在一年内传播的距离，是长度单位.
光的直
线传播
光速
光的直线传播
课堂练习
探究新知
1．下列有关声与光的说法中正确的是（ ）
A．“声”和“光”总是沿直线传播
B．百米赛道的终点计时员以听到发令枪声开始计时会提高运动员的成绩
C．光年是天文学上使用的时间单位
D．“蟋蟀鸣叫”说明蟋蟀是声源；“金光闪闪”说明金子是光源
B
课堂练习
探究新知
2．下列关于声和光的说法正确的是（　　）
A．声和光都可以传递能量和信息
B．只有光在传播过程中会发生反射现象
C．声和光的传播都需要介质
D．在相同介质中声和光的传播速度相等
A
课堂练习
探究新知
3．仙女座大星云是离地球最近的一个旋涡星系，它的直径约为16万光年，距离地球约为200万光年。有关仙女座的下列说法中正确的是（　　）
A．我们现在看到的仙女座就是现在的仙女座
B．仙女座发出的光需6万年才能到达地球
C．仙女座发出的光需200万年才能到达地球
D．目前人类已有能力登上仙女座进行科学考察
C
课堂练习
探究新知
4．为了便于描述光传播的路径，在物理学中用一条带箭头的直线表示光线，这是采用了 （选“转换法”或“建立模型”）的方法，这里表示的光线 （选“是”或“不是”）真实存在的。如果声音和光都从空气传入水中，则声速 ，光速 （选“变大”或“变小”或“不变”）。
建立模型
不是
变大
变小
课堂练习
探究新知
5．最美人间四月天，不负踏青好时光。小刚一家到青龙潮湿地公园游玩，小刚坐在开着天窗的轿车里，通过天窗能看到天空的景色，如图甲所示，请在图乙的简化图中画出小刚看到天窗外天空范围的光路图，A点表示小刚的眼睛。
课堂练习
探究新知
6．如图所示，小明用台灯照射做手影游戏，改变手型可在墙上形成不同的“动物”，其原理是 ，“动物”的形成是光在传播过程中遇到 （选填“透明”或“不透明”）的物体时，在物体后形成的阴暗区域。
【详解】[1][2]光在传播过程中遇到不透明物体时，在不透明物体背后，光无法到达的地方便形成了影子，可见影子是由光的直线传播形成的，所以手影游戏的原理是光的直线传播。
光的直线传播
不透明
课堂练习
探究新知
7．如图是小孔成像的示意图。左侧是蜡烛，右侧是尾端蒙着半透明塑料薄膜的空罐。由小孔成像规律可知，烛焰在光屏上成 （选填“正立”或“倒立”）的像，它的成像原理是 。
【详解】[1][2]在一个空罐的底部中央打一小孔，用半透明的塑料薄膜蒙在空罐口上，将小孔对着烛焰，调整小孔到烛焰的距离，可以看到薄膜上呈现烛焰倒立的像，这个现象叫小孔成像，这是由光的直线传播形成的。
倒立
光沿直线传播
课堂练习
探究新知
8．如图所示，路灯下站着小明和小强两人，地上留下了他们的影子，通过作光路图确定路灯灯泡S的位置。
S
课后作业
探究新知
作业
内容
同步作业
完成课后作业：“练习与应用”
自主安排
配套同步分层作业
谢谢聆听

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