失分大盘点──色彩斑斓的光

失分大盘点──色彩斑斓的光

河北黄骅羊二庄中学 刘耀忠

　　光赋予我们这个世界的美丽比比皆是：光彩照人的姑娘;红光满面的老人;璀璨夺目的宝石;群星闪烁的夜空;五光十色的海底……近年来随着命题改革的深入，各地光学试题的命制也发生了的较大的变化，命题形式从知识立意，内容规范经典向开放创新转化。对此同学们在解答试题时出现了不该有的失误。下文通过对易失分点的分析，希望使同学们做到“防患于未然”：

　　一、易失分点归纳

　　·光的直线传播、光速

　　光在均匀介质中沿直线传播。介质是指光可以在其中通过的传播的透明物质，均匀介质是指两点：一是同一种介质。二是这种介质的密度均匀，不含有杂质。光在真空中传播速度是3.0×m/s。光在空气中传播比在真空中传播稍慢一点，在水中每秒传播的距离约是真空中的3/4。总之，光在不同的介质中传播速度不一定相同。通常情况，光在空气中的传播速度也以3.0×m/s。

　　·光的反射定律

　　光的反射定律可包括两点：

　　1.是射光线跟入射光线、法线在同一平面内;反射光线、入射光线分居在法线两侧。可记作：“三线共面，法线居中。”

　　2.反射角等于入射角。可见对于一条确定的入射光线、反射光线是唯一的。

　　注意：

　　⑴反射角、入射角都是指各自的光线与法线的夹角，切不可当作它们与镜面的夹角，当成入射角和反射角。

　　⑵入射光线靠拢法线，入射角减小，根据光的反射定律反射角也减小，反射光线也靠近法线。当入射光线垂直射即平面镜上，法线与入射光线重合，这时入射角为0°，反射光线沿原路返回。

　　⑶因果关系：先有入射，后有反射。反射光线是随着入射光线的改变而改变的，所以叙述反射定律内容时必须先说反射，后说入射，即不能把“反射角等于入射角”说成“入射角等于反射角”。

　　⑷在光的反射中，光路是可逆的。这就是说，若沿原来的反射光线的方向入射到镜面上，反射光线将沿原来入射光线的方向射出。

　　·平面镜成像的特点：

　　1.像与物大小相等;2.像与物对应点的连线跟镜面垂直;3.像与物到镜面的距离相等;4.像是虚像。

　　注意：虚像并不是由实际光线相交而成的，而是由实际光线的反向延长线相交而成，因此没有光从虚像射出来，人眼看见虚像时，射入人眼的光线并不是从虚像上射出的，而是镜前物体射向平面镜的光线，经过平面镜反射后进入人眼，感觉光线好像是从镜面后的虚像射出的，其实用光屏无法承接到虚像。

　　·折射规律

　　1.折射光线跟入射光线和法线在同一平面上，折射光线的入射光线分居法线两侧。

　　2.光从空气斜射入水或别的透明物质里时，折射角小于入射角;光从水或别的透明物质斜射入空气里时，折射角大于入射角。

　　注意：

　　(1)入射角是入射光线与法线的夹角，不是和界面的夹角。同样，折射角是折射光线与法线的夹角，也不是和界面的夹角。

　　(2)光线射向两种透明物质分界面时，将同时发生光的反射和折射。反射光线遵循光的反射定律，折射光线遵循光的折射规律。

　　(3)光垂直射向两种透明物质界面时，通过分界面后光的传播方向不变，这时光线的入射角、反射角、折射角均为零度。

　　(4)光从空气射入透明物质时，如果增大或缩小入射角，折射角就随着增大或减小。光从透明物质射入空气时，如果增大或减小入射角，折射角也随着增大或减小;但如果增大到某一角度时，入射光线会发生全部反射现象，这时没有折射光线。

　　(5)折射现象的光路是可逆的。

　　透镜成像特点及应用

　　·正确区分凸透镜所成实像和虚像

　　(1)成像原理不同：物体发出的光线经光学器件会聚而成像为实像，经光学器件后光线发散，反向延长相交形成的像叫虚像。

　　(2)成像性质上的区别：实像倒立的，虚像是正立的。

　　(3)接收方法上的区别：实像既能被眼睛看到，又能被光屏接收到，虚像只能被眼睛看到，不能被光屏收到。

　　二、典题分析

　　例1　在一块方形纸板的中心挖正方形小孔，把这块有方孔的纸板对准阳光，当纸板和地面相距一定距离时，在地面上能观察到一方形黑影，你还会发现方形黑影的中心有一个圆亮斑，请你回答以下几个问题：

　　(1)地面上出现的方形阴影是____________的影子，是____________造成的现象。

　　(2)阴影中心的圆亮斑是什么?

　　(3)如果在日偏食或日环食时观察该现象，地面上应出现的图案是什么样的?

　　(4)夏天在林中散步时，我们会看到地面上呈现很多的圆亮斑，请问树叶间的缝隙一定是圆的吗?

　　错解：由于对小孔成像不了解而无法解答。

　　正确：(1)纸板;光沿直线传播。

　　(2)阴影中心的圆斑是太阳光通过方形小孔所成的太阳的实像。

　　(3)日偏食应出现的是方形阴影的中心有一块带圆形缺口的圆亮斑;在日环食时出现的现象应当是方形阴影的中心有一个圆环形的亮斑。

　　(4)树叶的缝隙大多是不规则的。

　　分析：地面上的方形阴影是纸板挡住太阳光形成的，而阴影中心的圆亮斑是方孔所透过的太阳光的光线所造成的太阳的实像。这里的方孔实际上起到的作用就是小孔成像中的小孔，而地面就好像是承接像的光屏。方形阴影和圆亮斑实际都是光沿直线传播造成的。

　　在日偏食和日环食时观察，方形纸板后仍然会出现方形的阴影，但由于太阳有一部分被月亮挡住不能向地球发光，所以此时所出现的光斑不应是圆亮斑而应当是有一部分缺少的圆亮斑(日偏食)或圆环形的圆亮斑(日环食)。

　　在小孔成像时，只要孔相对而言足够小，就可以成像。小孔成像时，像和物体总是一样的，跟小孔的形状没有任何关系，所以此时小孔的缝隙没有任何要求。

　　考查利用光的直线传播知识来解释生活中和自然中的一些重要现象，是近年考试的热点问题。对于考查知识，并不一定在书本上出现，只要涉及到教材所讲知识点都有可能出现在试题中。

　　例2　如图1所示，两块平面镜相交，一束光线沿AO斜射到平面镜MP上，并且与平面镜MP的夹角为30度，光线经两平面镜反射两次后与AO重合，但方向相反，则两块平面镜的夹角α是( )

　　A.30° B.45° C.60° D.70°

　　错解：A、B、D

　　正解：C

　　分析：此题是关于光的反射定律和几何知识的综合运用，要求的层次高，是体现知识间渗透好题。该题还可以以作图题的形式出现。根据题中要求，如图2所示，光线经两平面镜按原路返回，入射到PN镜上的光线要原路返回，必须使∠COB=60°。∵，∠POB=30°，在△POB中，∠OBP=90°，∴∠α=60°,选C.有部分同学不清楚反射光路可逆，或几何知识差，判断不出各个角之间的关系，求不出各角的度数，而无法解答。所以遇到此类问题就要搞清反射时各角的度数大小关系和数学中的直角三角形中各角、对顶角、同位角等的关系。

　　例3　某校新建成一个喷水池，在池底的中央安装一只射灯。池内无水时，射灯发出的一束光照在池壁上，在S点形成一个亮斑，如图3所示。现往池内注水，水面升至a位置时，站在池旁的人看到亮斑的位置在P点;如果水面升至b位置时，人看到亮斑的位置在Q点，则( )

　　A.P点在S点的上方，Q点在S点的上方

　　B.P点在S点的上方，Q点在S点的下方

　　C.P点在S点的下方，Q点在S点的上方

　　D.P点在S点的下方，Q点在S点的下方

　　错解：D

　　正解：C

　　分析：此题深入考查了同学们对光的折射的理解以及人眼看物体习惯的常识。题中往池内注水，水面升至a位置时(如图4)，从水中射灯发出来的光线到达水面时会发生折射，从而使折射光线远离法线，站在池旁的人看到亮斑的位置P点在S点的下面;水面升至b位置时(如图5)，从射灯发出的光线将直接射到S点，然后在池壁上发生反射至水面，最后也在水面发生折射，从而使折射光线远离法线，站在池旁的人看到亮斑的位置Q点在S点的上面。 有些同学做题时，凭借自己的想象会做出不正确的判断，但是利用物理图像可以画出光线清晰的传播路径。

　　例4　如图所示，透明玻璃瓶内有一细棉线，细线下端系有—个泡沫塑料小球，请你设计—个实验，在不打开瓶盖和不损坏玻璃瓶的情况下，使瓶内的细棉线断掉。(器材可根据需要自选)

　　错解：由于题目条件的限制而无法做答。

　　正解：根据凸透镜对光具有会聚作用，太阳光对准凸透镜照射，让光线聚在棉线上，烧断棉线。

　　分析：近年来，仪器、答案不确定，鼓励学生自由选择、想象、发挥的开放性的试题一直成为物理试卷的一道亮丽的风景线。开放性试题的出现，激发学生创新意识，让学生在开放的空间探求知识，体验成功的乐趣。此例为策略开放型设计，解答这类问题要熟练掌握基础知识，然后展开想象去考虑问题。

　　例5　在探究凸透镜成像规律的实验中：

　　刘诺和孙楠楠同学依次把点燃的蜡烛、透镜、光屏放在光具座上。但是，在实验中无论怎样移动光屏都找不到清晰的像，请你帮他俩找出一个可能的原因：_________________。

　　他俩分两组组分别进行了若干次操作，并把实验数据准确记录在下面表格中。

　　请分析以上数据，你能得到什么结论?(写出两条即可)

　　错解：不能正确表达找不到像的原因;根据数据无法得到较多的结论。

　　正解：(1)在实验中无论怎样移动光屏都找不到清晰的像的可能原因有：①蜡烛的烛焰、透镜、光屏三者的中心不在同一直线上;②蜡烛放在了焦点上;③蜡烛放在了焦点以内;④蜡烛放在1倍焦距和2倍焦距之间，但离焦点过近，成像较远，光具座不够长，光屏承接不到像。⑵根据数据可看出：①在凸透镜焦距一定且成实像情况下，物体到凸透镜越远(近)，像离凸透镜越近(远);②在成实像情况下，物距相同时，透镜焦距越大，像离透镜越远;③物体到凸透镜距离大于1倍焦距时，均成倒立的像。

　　分析：爱因斯坦说过：“提出问题比解决问题更重要”。让学生通过分析、判断、推理、评论提出更深层次的问题，再去解决它，才能真正让学生自主学到知识。此例在探究凸透镜成像规律实验的基础上，设置了新问题，让学生去分析、解决、讨论问题。要解答此题就应该熟练掌握实验的条件、器材、过程、注意事项等。分析数据题是近年考试的热点问题，关于透镜成像特点表达有几种不同的形式：以上列举的表格类;该题中的数据类;还有下面列举的作图类，虽然形式不同，但是表示问题相同，掌握透镜成像的规律是解答这类题的关键。

　　附：凸透镜成像规律：(焦距f;物距u;像距v)

　　物体靠近透镜，像就远离透镜，并且像变大;反之亦然。物体在一倍焦距以外成实像，在一倍焦距以内成虚像;物体在二倍焦距以外成缩小的像，在二倍焦距以内成放大的像(虚像和实像)。即：

　　规律：“物近、像远、像大;物远、像近、像大”“一倍焦距见虚实;二倍焦距见大小”。

　　例6　如图(a)所示，直线AB是光滑木板与棉布的分界线(木板与棉布处在同一水平面上)，然后使一个小线轴(如缝纫机上的线轴)沿着与直线AB成一角度的方向PO匀速滚动，可以看到，线轴在棉布上滚动的方向发生了改变。如图(b)所示，一束光从空气斜射入玻璃中时传播方向也发生了改变。

　　(1)由图(a)可知当线轴的甲轮刚接触到棉布时，其速度的大小将 (变小/不变/变大)，此时乙轮速度的大小将 。(变小/不变/变大)

　　(2)从图(a)、(b)两种类似现象可知，光由空气斜射入玻璃时而发生折射现象的原因可能是 。

　　(3)在你学习物理知识的过程中是否运用过本题的研究方法?请列举一例说明。

　　答： 。

　　错解：由于无法把握题意而不能做答。

　　正解：⑴的问题并结合题干中已知条件可知：线轴轮在光滑木板上是匀速运动，而当它刚接触到棉布时，其速度将变小，此时乙轮速度的大小不变，所以线轴在棉布上滚动的方向发生了改变;用类比法可知⑵光由空气斜射入玻璃时而发生折射现象的原因可能是由于光的传播速度发生了变化;⑶在学习电学时，用水流类比电流。

　　分析：这是一道采用了“用图说话”的信息题，是一类难度较大的题目。做这类题时要仔细审题，从所给图画中提取有用信息，结合所学知识解答。