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專題四 光現象
本專題主要考查光現象的辨析，光的反射定律以及平面鏡成像特點的探究、作圖、漫反射與鏡面反射的區分、光的折射、光的色散、紅外線與紫外線及其應用，內容較為簡單，主要以選擇題、填空題、實驗題和作圖題的形式進行考查。
備考中，應以分辨各類光現象，認識其規律為主要方向，加強對其規律的理解；同時，這些光現象大都是通過實驗探究過程得到的，所以對各類光現象中的實驗探究應掌握其實驗方法、實驗設計、實驗過程和實驗結論。
核心素養目標
一、物理觀念
光源、光速、光的反射、漫反射、鏡面反射、光的折射、光的色散、紅外線、紫外線
光沿直線傳播的規律、光的反射規律、平面鏡成像規律、光的折射規律
光的反射作圖、平面鏡成像作圖、光的折射作圖
二、科學思維
1.通過實驗探究建立起光線的物理模型
2.利用轉換法、圖像法、歸納法，認識光的直線傳播規律、光的反射定律和折射規律
3.利用等效替代法探究平面鏡成像的特點
九個概念：
四個規律：
三種作圖：
三、科學探究
1.探究光的傳播特點
2.探究光的反射定律
3.探究平面鏡成像的特點
4.探究光的折射規律
四、科學態度與責任
1.能用物理知識解釋生活中的光現象，激發樂于探索自然現象和物理規律的興趣
2.會用光線模型分析光學問題，具有質疑創新的意識
3.通過實驗探究增強合作交流的團隊意識，有科學嚴謹認真、實事求是的科學態度
一、光的直線傳播
1.光源
定義：自身能夠發光的物體叫作光源。
分類：自然光源：太陽、發光的螢火蟲、發光的水母等
人造光源：發光的LED燈、篝火、燃燒的蠟燭等
2.光線
定義：為了表示光的傳播情況，我們通常用一條帶箭頭的直線表示光傳播的徑跡
和方向，這樣的直線叫光線，光線的引入利用了理想化模型法。
傳播規律：光在同種均勻介質中沿直線傳播，光可以在真空中傳播。
3.光的直線傳播現象
①影子：光在傳播過程中，遇到不透明的物體，在其后面形成的光不能到達的暗區。如人影、手影等。如圖1所示。
②小孔成像：成倒立的實像，像的形狀與小孔的形狀無關；像可能是放大的，也可能是縮小的或等大的。如針孔照相機、樹下圓斑等。如圖2所示。
③日食：當月球轉到太陽和地球中間時，由于光的直線傳播，月球擋住了射向地球的太陽光，在地球的陰影Ⅰ區內太陽光完全照不到，就發生了日全食，Ⅱ區內只有部分太陽光照射到，發生了日偏食，Ⅲ區內只有太陽邊緣的光照到，發生了日環食，如圖所示。
④月食：當地球轉到月球和太陽之間時，由于光的直線傳播，地球擋住了射向月球的太陽光，在陰影部分的月球則不能反射太陽光，月球在Ⅰ區內時我們能看到月全食，月球的一部分在Ⅰ區時，我們能看到月偏食，如圖所示。
4.光的直線傳播應用
5.光的傳播速度
通常光在真空中的速度可以近似取為 c = 3×108 m/s 。光在空氣中的速度接近 c，在水中的速度約為 ，在玻璃中的速度約為 。
1.光的反射
光的反射現象：光從一種介質射向另一種介質的表面時，會有一部分光被介質表面反射回原介質中，這種現象叫作光的反射。
基本概念：一點、三線、兩角（如圖所示）。
二、光的反射
一點 入射點 光入射到反射面上的點，如圖中O點
三線 入射光線 射到反射面的光線，如圖中的光線AO
反射光線 被反射面反射的光線，如圖中的光線OB
法線 過入射點垂直于反射面的直線，如圖中的ON
兩角 入射角 入射光線與法線的夾角，如圖中的∠i
反射角 反射光線與法線的夾角，如圖中的∠r
2.光的反射定律
光的反射定律：在反射現象中，反射光線、入射光線和法線在同一平面內；反射光線和入射光線分別位于法線兩側；反射角等于入射角。
光路的可逆性：在反射現象中，光路是可逆的。
3.鏡面反射和漫反射
鏡面反射：一束平行光照射到鏡面上后，會被平行地反射，這種反射叫作鏡面反射。
漫反射：凹凸不平的表面會把一束平行光向著四面八方反射，這種反射叫作漫反射。
反射類型 鏡面反射 漫反射
條件 反射面光滑 反射面凹凸不平
圖示
反射特點 平行光照射時，反射光仍平行 平行光照射時，反射光朝四面八方射出
視覺感受 只能在某個方向看到反射光，并且會感到刺眼，看不清物體 能在各個方向看到反射光（物體）
實例 黑板用久了會出現反光、水面反光 不同方向的觀眾能看清銀幕上的畫面
相同點 都遵循光的反射定律 1.平面鏡成虛像的原理
原理圖：
平面鏡成像的原理是光的反射，反射光線的反向延長線的交點是虛像。虛像不能被光屏承接，但能被人們看到或用照相機拍攝到。
2.平面鏡的應用
成像：如利用平面鏡進行梳妝，醫生用口腔鏡檢查牙齒等。
改變光路：如潛望鏡中的平面鏡、塔式太陽能電站中的平面鏡陣列等。
擴大視野：如墻上裝平面鏡，感覺空間更大；在狹小的房間進行視力檢查時，我們可以看視力表在平面鏡中的像。
三、平面鏡成像
3.凸面鏡和凹面鏡
平面鏡 凸面鏡 凹面鏡
定義 反射面是平面的叫作平面鏡 反射面是凸面的叫作凸面鏡 反射面是凹面的叫作凹面鏡
對光線的作用 平面鏡對光線既不會聚也不發散 凸面鏡對光線有會聚作用 凹面鏡對光線有發散作用

應用 梳妝鏡、潛望鏡等 汽車的后視鏡、街頭拐彎處的反光鏡等 太陽灶、探照燈等
1.光的折射
光的折射：當光從一種介質斜射入另一種介質時，光路發生偏折，這種現象叫光的折射。
有關光的折射的幾個基本概念：一點、一面、三線和兩角（如圖所示）
四、光的折射
一點 入射點 入射光線與分界面的交點O
一面 分界面 兩種介質的分界面，如圖所示EF
三線 入射光線 照射到兩種介質分界面的光線AO
折射光線 進入另一種介質的光線OC
法線 過入射點且垂直于兩介質分界線的直線
兩角 入射角 入射光線與法線的夾角i
折射角 折射光線與法線的夾角r
2.光的折射規律
三線同面 折射光線與入射光線、法線在同一平面內
兩線分居 折射光線和入射光線分居法線兩側
兩角關系 光從空氣斜射入玻璃或其他介質中時，折射光線靠近法線折射，折射角小于入射角，當入射角增大時，折射角增大；當光線垂直射入水中或其他介質中時，傳播方向不變；光從玻璃或其他介質斜射入空氣中時，折射光線遠離法線折射，折射角大于入射角，
光路的可逆性 在光的折射現象中，光路是可逆的
3.生活中的折射現象
折射現象 原理
玻璃磚后的鋼筆發生錯位 光通過玻璃磚會發生兩次折射，折射后的光進入人眼，人眼逆著折射光看到的是鋼筆的虛像，它偏離鋼筆一段距離，所以鋼筆錯位了
池水變“淺”了 池底某點反射的光從水中斜射入空氣時會發生偏折，人眼逆著折射光看到的是該點的虛像，感覺這點的位置升高了，即池水變“淺”了
海市蜃樓 海市蜃樓是由于光在穿過密度不均勻的大氣時，傳播路徑發生彎曲形成的
1.色散
定義：太陽光是白光，它通過棱鏡后被分解成各種顏色的光，這種現象叫光的色散。
光的色散實質是光的折射，不同色光的偏折程度不同，從而造成色散。
光的色散現象說明：太陽光（白光）不是單色光，而是由各種色光混合而成的復合光；不同的單色光通過棱鏡時偏折程度不同，紅光偏折程度最小，紫光偏折程度最大。
五、光的色散
2.色光的混合
大量實驗發現，把紅、綠、藍三種色光按照不同比例混合，可以產生各種顏色的光，而紅、綠、藍三種色光不能由其他色光混合而成，因此，人們把紅、綠、藍叫作色光的三原色。
看不見的光
三棱鏡把太陽光分解為不同顏色的光，它們按照一定的順序排列，形成太陽的可見光譜。
紅外線 紫外線
特性 熱作用強 化學效應強
應用 紅外線烘烤、紅外線夜視儀、紅外線遙控器 殺菌、鑒別鈔票的真偽等
模型法引入光線
光線的引入應用了模型法。光線實際上是不存在的，是為了方便研究光的傳播情況而引入的一種表示光的傳播徑跡和方向的物理模型。
項目 小孔成像 影子
不同點 “小孔成像”是由光的直線傳播形成的，相對于物體成倒立的像 “影子”是光不能到達的地方形成的較暗區域
“像”的形狀和物體是相似的，與孔的形狀無關 “影子”和物體形狀不一定相似
相同點 都是光沿直線傳播形成的 小孔成像和影子的區別與聯系
實驗：探究光反射的規律
1.實驗目的：找出光反射時的規律。
2.實驗器材：平面鏡，紙板，激光筆，直尺，量角器，筆。
3.實驗步驟：
①如圖所示，把一個平面鏡放在水平桌面上，再把白色硬紙板豎直地立在平面鏡上，紙板上的直線ON垂直于鏡面，右側紙板NOF可繞直線ON旋轉。
②先使紙板EON和紙板NOF處在同一平面內，然后使入射光線貼著紙板沿某一角度射向O點，觀察反射光線的方向。在硬紙板上用筆描出入射光線和反射光線的徑跡。
③改變光束入射的角度，多做幾次實驗，換用不同顏色的筆記錄每次光的徑跡。
④取下紙板，用量角器分別測量ON兩側的入射角、反射角的大小，并將數據記錄在表格中。
⑤如圖所示，將紙板NOF向前或向后折，
在紙板上觀察反射光的徑跡。
4.結論：在反射現象中，反射光線、入射光線和法線都在同一平面；反射光線、入射光線分別位于法線兩側；反射角等于入射角。
對法線的理解
法線是為了研究問題的方便而引入的虛線，實際并不存在。
（1）在確定入射角、反射角時發現是關鍵，因為反射角和入射角都是光線與法線的夾角。
（2）法線與反射面相互垂直，且法線過入射點。
（3）法線是反射光線和入射光線夾角的平分線。
實驗：探究平面鏡成像的特點
1.實驗裝置：
2.實驗步驟：
（1）在水平桌面上鋪一張白紙，紙上豎立一塊薄的玻璃板作為平面鏡，在紙上沿著玻璃板畫一
條直線，這條直線代表平面鏡的位置。
（2）把一支點燃的蠟燭放在玻璃板的前面，透過玻璃板進行觀察，可以看到它在玻璃板后面的像。
（3）將一張白紙放在像的位置上，觀察在白紙上能否呈現出像。
（4）拿另外一支完全相同的蠟燭，放到像的位置，觀察蠟燭的大小和它的，像的大小是否相同。
（5）用刻度尺分別測量蠟燭和像到玻璃板的距離，將測得的數據記錄在表格中。
（6）用直線把蠟燭和它的像在紙上的位置連起來，用量角器測量蠟燭與像的連線和玻璃板的夾角。
（7）移動蠟燭到玻璃板的距離，重復以上實驗。
3.實驗結論：平面鏡所成的像是正立的虛像，像與物體的大小相等，像和物體到平面鏡的距離相等，像和物體的連線與鏡面垂直，即平面鏡所成的像為正立的虛像，像與物體關于鏡面對稱。
物體的顏色
（1）透明物體的顏色：透明物體的顏色由透過它的色光決定，如紅色玻璃片呈紅色，是因為此玻璃片只能透過紅色光，吸收其他色光。
（2）不透明物體的顏色：不透明物體的顏色由它反射的色光決定，如紅紙呈現紅色，是因為它只能反射紅色光，吸收其他色光：黑色物體吸收各種色光，完全不反射光；白色物體能反射所有色光。
1.[2024年安徽中考真題]下列現象中由于光的反射形成的是( )
A.水面倒影 B.樹下光斑 C.墻上留影 D.杯中“折”筆
A
答案：A
解析：A、水中倒影，屬于平面鏡成像現象，是由于光的反射形成的，故A正確；
B.樹蔭下圓形光斑是由于光沿直線傳播形成的，故B錯誤；
C.手影是由于光沿直線傳播形成的，故C錯誤；
D.鉛筆在水面處彎曲，是由于光的折射形成的，故D錯誤。
故選：A。
2．[2024年湖南長沙中考真題]戲劇是我國的傳統藝術瑰寶。戲劇演員對著平面鏡畫臉譜時，下列說法正確的是( )
A.平面鏡成像是由于光的反射
B.平面鏡成像是由于光的折射
C.演員面鏡時像變大
D.平面鏡所成的像是實像
A
答案：A
解析：AB.平面鏡成像是光在平面鏡上發生反射，其反射光線的反向延長線會聚于一點形成一個像，所以平面鏡成像的原理是光的反射，故A正確，B錯誤；
C.平面鏡所成的像與物大小相等，所以演員面鏡時像的大小不變，故C錯誤；
D.平面鏡所成的像是實際光線的反向延長線會聚形成的，不能用光屏承接，所以是虛像，故D錯誤。
故選A。
3．[2024年湖北武漢中考真題]如圖所示，為了探究光反射時的規律，把一個平面鏡放在水平桌面上，再把一張紙板ENF豎直地立在平面鏡上，紙板ENF是用兩塊紙板連接起來的，紙板NOF可以向前或向后折。下列說法正確的是( )
A.紙板NOF向前或向后折，是為了探究反射光線、入射光線和法線是否在同一平面內
B.入射光線靠近ON時，反射光線遠離ON
C.使一束光貼著紙板沿NO方向射到O點，這時沒有反射光射出
D.使用此實驗裝置不能探究光在反射時光路是否可逆
A
答案：A
解析：A.紙板NOF向前或向后折，是為了探究反射光線、入射光線和法線是否在同一平面內，故A正確；
B.入射光線靠近ON時，由光的反射定律可知，反射光線會靠近ON，故B錯誤；
C.使一束光貼著紙板沿NO方向射到O點，這時反射光線與入射光線重合，故C錯誤；
D.使用此實驗裝置能探究光在反射時光路是否可逆，只要將一束光沿著反射光線方向射向O點，故D錯誤。
故選A。
4．[2024年陜西中考真題]中國古詩詞不僅文字優美、意境高遠，還蘊含著豐富的科學知識。下列四幅圖與詩句“掬水月在手，弄花香滿衣”涉及的光現象相同的是( )
A.日晷計時 B.樓臺倒影
C.筷子彎折 D.林間光斑
B
答案：B
解析：“掬水月在手，弄花香滿衣”中月在手是平面鏡成像，是由光的反射形成的。
A.日晷計時，是利用光的直線傳播形成的，故A不符合題意；
B.樓臺倒影，屬于平面鏡成像，是由光的反射形成的，故B符合題意；
C.筷子彎折，是光從水中斜射入空氣中時，發生折射形成的，故C不符合題意；
D.林間光斑，是光沿直線傳播形成的，故D不符合題意。
故選B。
5．[2024年山西中考真題]小明照鏡子時，看到鏡中自己的像，這個像有什么特點呢？為此他進行了實驗探究。
實驗思路：
（1）探究平面鏡成像的特點，關鍵是要確定像的位置和大小；
（2）可選用____________作為平面鏡觀察像，先將點燃的蠟燭置于鏡前，再用一支外形相同未點燃的蠟燭在鏡后移動，通過是否與像重合來確定像的位置和大小，進而得到平面鏡成像的特點；
玻璃板
實驗過程：
（3）按照實驗思路進行操作，觀察蠟燭與像完全重合后，在紙上分別標記平面鏡、蠟燭和像的位置，并測量蠟燭和像到平面鏡的___________，記錄在表格中。試著用光屏承接平面鏡后面的像，觀察光屏上能否呈現點燃蠟燭的像；
（4）換用兩個相同的跳棋子、兩塊相同的橡皮重復上述操作。多次實驗的目的是_________________；
實驗結論：
（5）平面鏡所成的像為___________（選填“實”或“虛”）像，像與物體關于鏡面對稱。
距離
使結論具有普遍性
虛
答案：（2）玻璃板；（3）距離；（4）使結論具有普遍性；（5）虛
解析：（2）實驗過程中，用透明的玻璃板代替平面鏡，在物體一側，既能看到蠟燭A的像，也能看到代替蠟燭A的蠟燭B，當蠟燭A的像和蠟燭B重合時，便于確定像的位置。
（3）為了探究平面鏡成像時，像與物到鏡面的距離的關系，因此當蠟燭與像完全重合后，在紙上分別標記平面鏡、蠟燭和像的位置，并測量蠟燭和像到平面鏡的距離。
（4）實驗中換用兩個相同的跳棋子、兩塊相同的橡皮重復上述操作，其目的是避免單次試驗結果造成的偶然性，使用多次實驗讓結論具有普遍性。
（5）由上述實驗過程可知，將光屏放到像的位置，如果透過玻璃板觀察，有可能會把蠟燭的像誤認為在光屏上成像，因而需要不透過玻璃板來觀察光屏上有無像，從而確定平面鏡成的是虛像。
1.白天，在潔凈的房間里，看不清由手電筒射出來的光，而在塵土飛揚的房間里，卻看得很清楚。這是由于( )
A.光不能在潔凈的空氣里傳播
B.在潔凈的房間里光發生鏡面反射
C.光在灰塵微粒表面發生漫反射
D.說不清理由
C
1.答案：C
解析：手電筒發出的光在塵土飛揚的房間里看得很清楚，這是由于光在灰塵微粒表面發生了漫反射。
2.如圖所示，平面鏡放置在水平桌面上，光源發出一束激光射到鏡面上，經反射后在標尺上形成光斑，為了讓光斑向右移動，下列方法可行的是( )
A.讓光源順時針轉動一個角度
B.將平面鏡豎直向上移動一段距離
C.讓光源逆時針轉動一個角度
D.將平面鏡水平向右移動一段距離
C
2.答案：C
解析：讓光源順時針（或逆時針）轉動一個角度，入射點左移（或右移），入射角減小（或增大），反射角減小（或增大），光斑左移（或右移），故A不可行，C可行；將平面鏡豎直向上移動一段距離，入射點左移，入射角不變，光斑左移，故B不可行；將平面鏡水平向右移動一段距離，入射點不變，入射角不變，光斑不動，故D不可行。
3.請在圖中作出入射光線AO經平面鏡反射后的反射光線OB，并標出反射角的度數。
解析：根據光的反射定律，入射光線、法線與反射光線在同一平面，入射光線與反射光線分居法線兩側，且反射角等于入射角。入射光線與法線的夾角為入射角，由圖可知為60°。
4.如圖，上、下是兩個相同的玻璃三棱鏡，中間是一塊玻璃磚，請畫出三條光線的折射光線。
解析：上、下兩個玻璃三棱鏡，光先從空氣斜射入玻璃，折射角小于入射角，折射光線會靠近法線；當光從玻璃中斜射向空氣時，折射角大于入射角，折射光線會遠離法線；中間的玻璃磚，光垂直射入時傳播方向不變。
5.如圖所示，一束光在空氣和玻璃兩種介質的界面發生了反射和折射，請判斷；入射光線為______，折射光線為______，空氣在____________（選填“AB面的左方”“AB面的右方”“CD面的上方”或“CD面的下方”）。
EO
OG
AB面的后方
5.答案：EO；OG；AB面的右方
解析：由圖可知， ， ，所以 ，根據反射角等于入射角知，CD為法線，根據折射光線與入射光線在法線兩側，折射光線為OG，入射光線為EO，反射光線為OF；入射角為 ，折射角為 ，因為 以及當光從玻璃中斜射入空氣中時，折射角大于入射角，所以AB面的左方為玻璃，右方為空氣。
6.驗鈔機是利用______能使熒光物質發光的原理工作；電視遙控器不對準電視機的接收窗口，對著墻壁______（選填“可能”或“不可能”）實現對電視的遙控。
紫外線
答案：紫外線；可能
解析：驗鈔機是利用紫外線能使熒光物質發光的原理工作的。電視遙控器是用紅外線來遙控電視機的；紅外線遇到障礙物會發生反射，所以遙控器不對著電視機，而是指向其他方向，也有可能實現對電視的遙控。
可能
7.一個演員在舞臺上演出。當舞臺上方的紅色追光燈照射到她時，觀眾看到她一身艷麗的紅色服裝；當燈光操作員改用綠色追光燈照射她時，觀眾看到她的上裝為綠色而裙子為黑色。那么，這位演員服裝的實際顏色是上裝為_____，裙子為_____。
白色
答案：白色；紅色
解析：當舞臺上方的紅色追光燈照射到她時，觀眾看到她一身艷麗的紅色服裝；當燈光操作員改用綠色追光燈照射她時，觀眾看到她上裝為綠色而裙子為黑色，說明她的上裝既能反射紅光，又能反射綠光，是白色的：她的裙子能反射紅光而不能反射綠光，是紅色的。
紅色
8.《墨經》中最早記載了小孔成像現象，該現象由光的________形成。如圖為書中繪制的示意圖，要讓室內墻壁上的像看得更清楚，房間的亮度應較________。當室外的人靠近小孔時，他在墻壁上所成像的大小將變________。
直線傳播
暗
大
答案：直線傳播；暗（或小、弱）；大
解析：小孔成像是由光的直線傳播形成的；要讓室內墻壁上的像看得更清楚，房間的亮度應較暗；室外的人靠近小孔，光線發散程度更大，像距不變，所以像將變大。
9.下面是小華進行探究“平面鏡成像特點”的活動過程。
（1）本實驗要用____________（選填“平面鏡”或“透明玻璃板”）做實驗，以便于確定像的位置；
（2）選取兩段完全相同的蠟燭是為了比較像和物的________關系；
（3）如圖所示，若將玻璃板水平向左移動5cm，點燃的a蠟燭的像________（選填“向右移動5cm”、“在原位置”或“向左移動5cm”）。
透明玻璃板
大小
在原位置
9.答案：（1）透明玻璃板；（2）大小；（3）在原位置
解析：（1）玻璃既能透光又能反射光使物體成像，能看到前面物體在玻璃板后面成的像，也能看到玻璃板后面的物體，實驗中為了便于確定像的位置，選用透明的玻璃板來進行實驗。
（2）運用等效替代法，選用兩根完全相同的蠟燭，用一根蠟燭與另一根蠟燭的像進行比較，來判斷物像大小關系。
（3）根據平面鏡成像可知，物與像關于平面鏡對稱，因此玻璃板雖水平向左移動，但所處平面未改變，且a蠟燭的位置不變，故點燃的a蠟燭的像仍然在原來位置。
10.在“探究光從玻璃斜射入空氣的折射規律”的實驗中，小東借助激光筆、半圓形玻璃塊和帶刻度的光具盤完成了實驗，觀察到如圖所示的1、2、3三條光束，并在光具盤上用筆描出了對應的光路。
（1）圖中的折射角大小為_______。
（2）根據實驗現象初步發現，光從玻璃斜射入空氣時，折射角_______（選填“>”“=”或“<”）入射角。
（3）現在要探究光的折射現象中光路是否可逆，具體的操作是_____________________，如果看到_______________________現象，就可證明光路是可逆的。
80°
>
讓入射光沿光路2射入
折射光沿光路1射出
10.答案：（1）80°
（2）>
（3）讓入射光沿光路2射入；折射光沿光路1射出
解析：（1）由圖可知，光束1和3關于90°刻度線對稱，所以法線處于90°刻度線，界面處于0°刻度線，而折射光線和入射光線分別位于法線兩側且不處于同種介質中，則光束2是折射光線，由圖可知，折射角即光束2與法線的夾角，為80°；
（2）由實驗現象可知，光從玻璃斜射入空氣時，光束1與法線的夾角為40°，即入射角為40°，根據（1）可知折射角為80°，折射角大于入射角；
（3）為了探究折射現象中光路是否可逆，可讓入射光沿光束2所在直線射入，如果看到折射光沿光束1所在直線射出的現象，就可證明光路是可逆的。

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