2010高考物理总复习名师学案--光学
本章内容分为三个单元复习：（Ⅰ）光的反射；（Ⅱ）光的折射；（Ⅲ）光的本性.
第Ⅰ单元 光的反射
●知识聚焦
一、光的直线传播
1.光的传播：光在同种均匀介质中沿直线传播.小孔成像、影子、日食、月食等光现象都是光沿直线传播的结果.光在真空中的速度c=3×108 m/s，在其他介质中的速度都小于c.
2.本影和半影：点光源在物体背后形成的影区是完全黑暗的，属于本影区.如果不是点光源，则在物体背后形成的影区将有所不同.如图14—1—1所示，A区域中日光灯发出的光完全射不到，属于本影区.B、C、D区域只能受到部分光线的照射，属于半影区.
日食和月食的成因就可利用上图加以简单的说明：若日光灯相当于太阳，遮光板相当于月亮，则当地球上的人位于A区域时看到的就是日全食；位于B、D区域时看到的就是日偏食；位于C区域时看到的则是日环食.
图14—1—1
二、光的反射
1.光线从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象称为反射现象.光的反射现象遵守反射定律：反射光线总是在入射光线和法线决定的平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角.在反射现象中，光路是可逆的.
2.平面镜就是利用光的反射定律来控制光路和成像的光学器件.物体在平面镜内可成与物等大的正立虚像，物、像关于镜面对称.在进行平面镜成像作图时，通常先根据物、像对称的特点确定像的位置，再补画必要的入射光线和反射光线.
●疑难辨析
1.平行光束照射到光滑平面上时会发生镜面反射，照射到粗糙面上时会发生漫反射.但在漫反射现象中，对每条光线而言，仍遵守反射定律.
2.物点经平面镜所成的像为物点投射到平面镜上的所有光线经平面镜反射后光线反向延长线的会聚点.因而在用遮光板将由物点射向平面镜的光线不全部挡住的情况下，物体经平面镜仍能成像.通过平面镜看虚像的情况就像通过与平面镜等大的“窗口”看窗外物体一样.具体观察范围为由点和平面镜的边缘连线所限定.
●典例剖析
［例1］为了在竖直悬挂的穿衣镜前看到自己的全身，试分析：平面镜至少得多高?这时镜的最高点或者最低点应在什么位置?
图14—1—2
【解析】 根据人与像对称于镜面，其光路如图14—1—2所示.设身高AB=H，眼睛(E)到头顶的竖直距离EA=h，根据三角形两边中线的长度等于底边长度的一半，所以镜的最小高度为Hmin＝D距地面的最大允许高度为hmax=高度为H′＝H－
1H.镜的下边211EB= (H-h)，镜的上边C位于AE的中垂线上，即镜的悬挂点距地面221h2
【思考】 (1)在题设的条件下，上述结论与人到平面镜的距离是否有关?如果人和地面不垂直呢? (2)如果不考虑人的两眼之间的距离，为了从镜中看到自己的整个身宽，平面镜的宽度至少多大?若考虑人两眼间距，其光路图又该如何作?
(3)当人以v的速率相对于平面镜靠近或者远离时，像的速率如何?人相对于像的速率又如何?在此过程中，像的大小是否变?
(4)如果甲能从平面镜中看到乙的眼睛的像，那么乙是否能看到甲的眼睛的像?
【思考提示】 （1）上述结论与人到平面镜的距离无关.如果人和地面不垂直（人不平行于平面镜），上述结论不正确.
(2)如果不考虑人两眼间的距离，为了从镜中看到自己的整个身宽，平面镜的宽度至少为身宽的一半，若考虑人两眼间距，光路图如图所示，设身宽为L，两眼间距离为l，则要看到整身宽，平面镜的最小宽度为x=
L?l. 2
(3)人相对于平面镜以v的速率靠近或远离平面镜，则像也以v的速率靠近或远离平面镜，人相对于像的速率为2v，在此过程中像的大小不变.
（4）如果甲能从平面镜中看到乙的眼睛，根据光路可逆，乙必能从平面镜中看到甲的眼睛. 【设计意图】 通过本例说明平面镜成像的规律及应用该规律分析问题的方法. ［例2］（1995年全国高考）图14—1—3所示，AB表示一平面镜，P1P2是水平放置的米尺(有刻度的一面朝着平面镜)，M、N是屏，三者互相平行.屏MN上的ab表示一条竖直的缝(即ab之间是透光的).某人眼睛紧贴米尺的小孔S(其位置见图)，可通过平面镜看到米尺的一部分刻度.试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部位，并在P1P2上把这部分涂以标志
图14—1—3 图14—1—4
【解析】 若S为点光源，它发出的光经平面镜反射后能够照到米尺上的范围，由光路可逆性知，即为人眼通过平面镜和狭缝ab看到的范围，光路如图14—1—4所示.
【说明】 在遇到找“人眼观察范围”的题目时，采取“设人眼为光源，求照亮范围”的方法，更简单易行，在今后做题时要大胆使用.人眼从平面镜中看到的实际是屏和刻度尺的像，采取先作出屏和刻度尺的像，再确定范围的方法亦可得出正确的结论，但比利用光路可逆性作图要复杂得多.请同学们试一下后一种作图方法.
【设计意图】 通过本例说明利用平面镜成像的对称性作图的方法及利用作图法确定观察范围的方法. ［例3］在地质考察中发现一个溶洞，洞内有一块立于水中的礁石如图14—1—5（A），为了能在洞外对礁石进行观察，必须用灯光对它照明，若利用水面反射来照明，则灯应放在什么位置才有可能照亮全部礁石？
【解析】 根据光路可逆原理，只要在洞外能观察到AB完整像的范围内打灯光，就能照亮全部礁石.而能观察到完整像的范围应当是像A′B′和溶洞及其倒影组成的相关光锥内，即图14—1—5（B）中的阴影部分.值得指出的是这里不是以“镜”为界，而是以“屏障”为界构成光锥.
图14—1—5（A）
图14—1—5（B）
【说明】 （1）由反射定律知道，物点到平面镜的入射光束经镜面反射后的出射光束是发散光束，形成虚像，物与像关于镜面对称，物体通过平面镜成等大的、正立的虚像.利用平面镜成像特点，可以先用对称性找到虚像，然后再补画必要的入射光线和反射光线.
(2)平面镜成的像有一定的观察范围，点光源S发出的光线经平面镜反射形成虚像S′,S′对人眼来说是一个新的点光源.但这个“点光源”与真正的点光源是有区别的；真正的点光源发出的光在空间任何范围都能
接收到而S′“发出”的光仅在反射光范围可接收到，好像是房间中的“光源”，S′发出的光只能通过平面镜这个“窗口”射出，人眼只能通过平面镜这个“窗口”看到房间中的“点光源”S′.在确定观察范围时，应先确定反射光线的边界线.
【设计意图】 通过本例说明根据光路可逆原理和平面镜成像规律确定观察完整像的范围的方法. ●反馈练习 ★夯实基础
1.下列有关光反射的说法正确的是
A.平行光束射向物体表面，反射后一定还是一束平行光
B.在镜面反射中，光的反射遵守反射定律；在漫反射中，光的反射不遵守反射定律 C.电影银幕用粗糙材料，这是为了增加漫反射效果
D.两种介质的界面是一个平面，当光线垂直于界面从一种介质进入另一种介质时一定没有反射光线 【解析】 平行光束照射到光滑平面上时，会发生镜面反射，照射到粗糙平面上时会发生漫反射，但在漫反射现象中，对每条光线而言，仍遵守反射定律，故A和B错.当光线垂直界面入射时，入射角为零度，反射角也为零度，所以反射光线沿原路返回.D错.
【答案】 C
2.在教室课桌的正上方天花板下，挂有一个点亮的日光灯，晚上将一支钢笔平行日光灯放于课桌正上方，当钢笔距课桌较近时，可在课桌上看到比较清晰的钢笔影子，将钢笔逐渐向日光灯靠近，钢笔的影子逐渐模糊不清，这主要是由于
A.发生了明显的衍射现象 B.桌面后来未处于钢笔的影区 C.桌面后来未处于钢笔的半影区 D.桌面后来未处于钢笔的本影区
【解析】 钢笔距日光灯越近，钢笔的本影区越小，桌面则处在钢笔的半影区内，所以投影模糊. 【答案】 D
3.如图14—1—6所示，a、b、c三条光线会聚于S点.若在S点前任一位置放一平面镜，则 A.三条反射光线可能交于一点，也可能不交于一点 B.三条反射光线一定不会交于一点 C.三条反射光线一定交于镜前一点
D.三条反射光线的延长线交于镜后一点
【解析】 根据反射光路的可逆性，S可看作是a、b、c三条光线在镜前会聚点S′，经平面镜所成的虚像.
【答案】 C、
图14—1—6
4.为了测河宽，在河的甲岸上，让两束激光同时射向乙岸上的A点，然后在甲岸边放一平面镜，如图14—1—7所示，两激光束经平面镜反射后相交于B点，B点至平面镜的距离为L.则所测河宽为_______.
