第4节 光的反射和折射（第3课时）（培优教学课件）科学浙教版2024八年级上册

第4节 光的反射和折射 （第3课时） 第1章 对环境的察觉 浙教版八年级科学上册(2024浙教版) 学习目录 光的折射 1 光的色散 2 看不见的光 3 学习目标 科学观念 科学思维 探索实践 态度责任 了解光的折射现象，知道折射光线和折射角的概念，通过光的色散知道太阳光是由多种单色光组成的，理解白光是复色光，了解紫外线和红外线，建立完整的光科学观念。 能用光的折射规律解释生活中简单的折射现象，强化科学解释与实际应用的科学思维。 通过对比实验验证光路的可逆性，总结光的折射规律的操作要点。 通过实验验证光的折射规律，尊重客观数据，避免主观臆断，养成严谨的科学态度。 在探究过程中体会科学探究的艰辛与乐趣，形成尊重知识、实事求是的科学意识，并能将科学原理应用于生活问题的解决。 教学重难点 教学重点 教学难点 掌握平面镜成像的等大、等距、对称及虚像特性。 通过实验探究验证成像规律，并能解释生活现象。 光的色散现象及白光为复色光的概念 理解虚像的形成原理及与实像的区别。 实验操作中误差控制与规律的灵活应用。 三棱镜分解太阳光的实验操作及原理分析 课堂导入 将一根筷子斜放在装有水的杯子里，从上面往下看，筷子发生了什么变化?这是为什么? 水中“折”笔 PART01 光的折射 新知讲解 1.让一束光从空气斜射到水中，观察这束光的路径。光进入水中后，其传播方向会发生变化吗?向哪个方向偏折? 一、光的折射 传播方向会发生变化，并且向法线偏折。 图1.4-12 光射入水中时的折射现象 图1.4-13 光从空气斜射入水 中，光的方向发生偏折 2.让光以不同角度从空气斜射到水中，观察光的路径，能得出什么结论? 折射角随入射角的增大而增大，随入射角的减小而减小 让光垂直射向水面，进入水中的光的路径又是怎样的? 折射角随入射角的增大而增大，随入射角的减小而减小 3.如图1.4-14所示，把水换成玻璃砖，重复上面的步骤，观察现象。 玻璃 图1.4-14 1.光的折射现象 光从空气斜射入水中时，其传播方向会发生偏折，这种现象叫作光的折射。 一、光的折射 2.与光的折射有关的基本概念：一点、三线、两角 一点 入射点0     三线 法线NN':经过入射点0并垂直于 介质分界面的直线；入射光线A0; 折射光线OC 两角 入射角α:入射光线与法线的夹角； 折射角γ:折射光线与法线的夹角 光的折射规律： (1)三线共面：光在发生折射时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内。 (2)法线居中：折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。 (3)空中角大：光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角。当入射角增大时，折射角也增大。光从水(或玻璃)中斜射入空气，折射光线远离法线，折射角大于入射角，当入射角增大时，折射角也增大。 一、光的折射 光的折射规律： (4)垂直不变：光从空气垂直射入水或其他介质中时，传播方向不变。 (5)光路可逆：在光的折射现象中，光路是可逆的 一、光的折射 如果有一束光从水中斜射入空气，那么折射光将怎样偏离?请比较折射角与入射角的大小。 一、光的折射 光从水中斜射入空气中，折射光线远离法线，此时，折射角大于入射角。 如图1.4-15所示，从上方看水、玻璃等透明介质中的物体，我们感到物体的位置要比实际的位置高一些，这是光的折射引起的。 一、光的折射 图1.4-15人在水面上看水中的物体 人在水面上看水中的物体 【特别提醒】人在水面上看水中的物体，看到的其实是物体的虚像。 夏天，海面附近空气温度较低，密度较大，来自地平线以下远处物体的光，传播时由于不同高度空气的疏密不同而向地面多次弯曲后进入我们的眼中，形成“蜃景”现象 一、光的折射 海市蜃楼 生活中光的折射现象——海市蜃楼 来自筷子S点的光，由水中斜射向杯外时发生折射，折射光的反向延长线会交 于S'点，这样看起来就好像筷子错位了 一样 一、光的折射 “ 错位 ”的奥秘 生活中光的折射现象——“ 错位 ”的奥秘 人们看到的是水中的鱼的虚像，它比鱼 的真实位置浅，所以要瞄准“鱼”的下方才能叉到鱼 一、光的折射 叉鱼的诀窍 生活中光的折射现象——叉鱼的诀窍 光从空气进入水中时发生折射，水中的 人看到的是岸上树的虚像，它比树的真 实位置高 一、光的折射 “ 变高 ”的奥秘 生活中光的折射现象——“ 变高 ”的奥秘 一、光的折射 光的反射与光的折射 光的反射 光的折射 不同点     发生条件 可以在任何物体的表面 发生 在不同介质的分界面或 同种不均匀介质中发生 角度大小 关系   反射角始终等于入射角   折射角与入射角不相等 光垂直入射 时的方向 反射光线与入射光线方 向相反 折射光线与入射光线方 向相同 相同点 三线共面，法线居中，光路可逆，反射角和折射角都随入射角的增 大(减小)而增大(减小),所成的像都是虚像。 目标 会利用水流模拟演示光在光纤中的传播。 器材 矿泉水瓶，吸管，激光笔等。 利用水流模拟演示光纤原理 过程 1.在矿泉水瓶侧壁打一小孔，插入一小段吸管，接口处用热熔胶或橡皮泥密封；然后，在瓶内装满水，盖上瓶盖，放置于浅水槽内，如图1.4-16甲所示。 1.4-16甲 2.如图1.4-16乙所示，在较暗的环境中，让激光笔照射到吸管对侧位置，使光恰能穿过吸管，在吸管一侧的光屏处形成光斑。 如图1.4-16乙 3.如图1.4-16丙所示，在较暗的环境中，打开矿泉水瓶的瓶盖，让水从吸管流出，水弯曲地流到地面，观察激光笔发出光的传播路径，以及红色光斑的位置变化。 1.4-16丙 问题讨论 1.哪些方法可以使实验现象更明显? 2.当光通过弯曲的水流时，光为什么也会随之弯曲? 答：（1）①采用高亮度、单色性好的激光笔作为光源;②在水中加入少量牛奶、荧光剂或其他散光物质。 （2）光在水流中发生了多次全反射。 海市蜃楼 海市蜃楼是由光在不均匀物质中传播时发生弯折而产生的现象，多发生在夏季的海面上。在炎热的夏季，空气较热，海水较凉，海面附近的空气温度比它上面的空气温度低，海面附近的空气比它上面的空气密集。来自地平线下远处物体的光，由于不同高度处的空气的疏密不同而发生弯曲，从而进入观察者的眼睛。观察者逆着光的方向看去，就看见了空中远处的物体的像。我国北宋科学家沈括所著的《梦溪笔谈》中就有关于海市蜃楼的记载。 酷热的夏天，当人乘坐的车辆行驶在被晒得很热的公路上时，突然看到远处的路面上有一片“水洼”,可是当我们靠近那里时，却发现“水洼”无影无踪了!这也是海市蜃楼现象，你能解释这个现象吗? PART02 光的色散 新知讲解 17世纪以前，人们认为太阳发出的白光是最单纯的颜色，直到1666年，英国物理学家牛顿用玻璃三棱镜分解了太阳光，揭开了太阳光的颜色之谜。 二、光的色散 1.探究光的色散 让一束太阳光照射到三棱镜上，这束光通过三棱镜后会产生什么现象? 图1.4-19 太阳光通过三棱镜 让太阳光射到三棱镜上，从棱镜另一侧的白纸屏上 可以看到一条彩色的光带。在白纸屏上形成的彩色光带的颜色是按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列的 牛顿的三棱镜实验：让太阳光穿过一条狭缝，射到三棱镜上，从棱镜另一侧的白纸屏上可以看到一条彩色的光带，彩色光带中的颜色是按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列的，从而发现了光的色散现象。 太阳光是白光。太阳光通过三棱镜后被分解成各种颜色的光。这种现象叫作光的色散。白光是由多种色光混合而成的。 二、光的色散 单色光和复色光 我们把不能再分解的光叫做单色光，比如太阳光(白光);由单色光混合而成的光叫做复色光，比如红光和紫光。 二、光的色散 2.太阳光的可见光谱： 三棱镜把太阳光分解成不同颜色的光，它们按照一定的顺序排列，形成太阳光的可见光谱，如图所示。 二、光的色散 在盛有水的脸盆里斜着放一面镜子，然后，试着用镜子把太阳光反射到纸上。不断地调整镜子的角度，在某一个角度上可以观察到彩色的光。这是因为光在水中的折射能把太阳光分解成七种颜色的光，再通过镜子反射出去的缘故。 3.色光的三原色 人们发现，红、绿、蓝三种色光混合能够产生各种色彩，因此把红、绿、蓝三种色光叫作光的三原色。 二、光的色散 色光混合效果实验 彩色电视机就是用红色、绿色、蓝色来产生各种各样的颜色。图1.4-23显示的是放大后的彩色电视机屏幕图像。随着每种色光亮度的变化，电视机便产生各种颜色的光。 二、光的色散 植物叶的颜色 植物的叶看上去大多是绿色的，这是因为植物叶中含有的叶绿素对绿光反射能力强，所以我们看到的植物叶大多呈绿色。但有些植物到了秋天，叶的颜色会发生变化，由绿色变成黄色或红色。原来，植物叶里除了含有叶绿素以外，还含有橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素。到了秋天，叶绿素受气温下降等因素的影响而分解，而胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，终于在秋天“重见天日”了。 1666年，牛顿将太阳光射到三棱镜上，从棱镜另一侧的白纸屏上可以看到一条由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫组成的彩色光带，下列说法不正确的是（　　） A．①太阳光是复色光，②和③是单色光 B．②→③顺序依次是从红光到紫光 C．单色平行光照射同一个凸透镜红光焦距比紫光短 D．这个现象产生的原理是光的色散 课堂例题 解：ABD、太阳光经过三棱镜后会发生光的色散现象，光屏上而下出现了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的色带，这表明太阳光是复色光，故①太阳光是复色光，②和③是单色光，②→③顺序依次是从红光到紫光，故ABD正确； C、由于红光被偏折的程度小，紫光被偏折的程度大，当红光和紫光分别平行射向相同的凸透镜时，红光的会聚点，也就是红光的焦点距离透镜远，而紫光的焦点离透镜较近，故C错误。 故选：C。 PART 03 看不见的光 新知讲解 我们可以用遥控器来调节电视机播放的节目。当按下遥控器的按键时，遥控器发出一种人们看不见的光——红外线(infra-redrays)。 三、看不见的光 1.红外线 （1）定义：在可见光谱的红端以外存在着一种人眼看不见的光，叫 作红外线。 （2）来源：太阳的热主要是通过红外线的形式辐射到地球上的。自然界的所有物体都在不停地向外辐射红外线。物体的温度越 高，辐射的红外线就越强。 三、看不见的光 1.红外线 (3)特点及应用 ①热效应强：加热物体，如取暖、烘烤；红外线探测器、红外线照相 机、红外线夜视仪等。 ②穿透云雾的能力强：遥感勘测，如寻找水源、监测森林火灾、军事用途。 ③某些动物(如响尾蛇)是靠红外线来捕食的响尾蛇在眼和鼻之间有热的灵敏感受器，可用来测定周围动物的准确位置而捕获猎物 三、看不见的光 红外线烤箱利用红外线加热 食物或烘干物品，加热快，效 率高 人们模仿响尾蛇制成了一种红外制导导弹 把人民币放在验钞机上，我们会看到人民币上有在日光下看不见的文字。这是因为人民币上有用荧光物质印的字，验钞机会发出一种人眼看不见的光——紫外线，紫外线能使荧光物质发光，从而使我们看到它。 三、看不见的光 2.紫外线 ( 1 ) 定 义：在可见光谱的紫端以外存在着一种人眼看不见的光，叫作紫外线。 ( 2 ) 来 源：自然界中的紫外线主要来源于太阳。 三、看不见的光 2.紫外线 在距地面20～25 km 的大气中，集中了地球上大多数的臭氧，形成臭氧层。臭氧层吸 收了来自太阳的大部分紫外 线，使地球上的生物免受大量 紫外线的照射。 (3)特点及应用 ①荧光效用：使荧光物质发光，从而使我们看到它，如用紫外线验钞 。 ②生理作用：医用紫外线灯灭菌、帮助人体合成维生素 D。 ③化学作用：紫外线摄影。 三、看不见的光 2.紫外线 照射适量的紫外线，有助于人体健康，但照射过量的紫外线，会使人皮肤变黑或灼伤，诱发皮肤癌 PART 04 课堂总结 课堂总结 光的折射 光的折射现象 光的折射规律 生活中的折射应用 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象 实例 筷子在水中“弯折” 池水“变浅” 空气→水/玻璃 水/玻璃→空气 折射光线向法线偏折 折射角<入射角 折射光线远离法线 折射角>入射角 视觉现象一水中物体的虚像位置比实际高 科技应用一光纤通信 自然现象 一海市蜃楼(光在不均匀空气中折射形成) 课堂总结 PART 05 练习与应用 下表是光在几种介质中传播时的速度，图（a）是光在几种介质中发生折射时的光路图，下列说法错误的是（　　） 练习与应用 介质 真空 空气 水 玻璃 光速/m.S-1 3×108 2.99×108 2.25×108 2×108 A．分析表中的数据可以得出结论：光在不同介质中的传播速度一般不同 B．分析表中的数据和光路图，可以得出结论：光从传播速度大的介质斜射入传播速度小的介质中时，折射角小于入射角 C．由分析的结论可知，光从水中斜射入玻璃中，折射角小于入射角 D．现代医学中常用超声波来击碎人体内的结石，超声波从空气中斜射入人体后也发生类似光一样的折射现象．如图（b）所示，则超声波进入人体击碎结石时，入射点在O点的右侧 练习与应用 解：A、分析表中数据可得出：光在不同介质中的传播速度不同，故A说法正确； B、综合分析表中数据和图a中的光路图可得出：光从传播速度大的介质斜射入传播速度小的介质中时，折射角小于入射角，故B说法正确； C、由表中数据知，光在水中的传播速度大于光在玻璃中的传播速度，光从水中斜射入玻璃中，折射角小于入射角，故C说法正确； D、超声波进入人体后，传播速度变大，折射角大于入射角，折射声波偏离法线，要使超声波进入人体击碎结石，入射点应在O点的左侧，故D说法错误。 故选：D。 一光线射向一个装满水的烧杯如图所示，若垫高烧杯的左侧，则有关入射角和折射角的叙述正确的是（　　） A．入射角变大和折射角变小 B．入射角不变和折射角不变 C．入射角变小和折射角变小 D．入射角变大和折射角变大 练习与应用 解：若垫高烧杯的左侧，高烧杯中的水面仍然处于水平位置，原光线依然照射在水面上，即入射光线没有改变，则入射角和折射角都不变，故ACD错误，B正确。 故选：B。 如图，下列为光线在空气与玻璃的界面处发生反射和折射的光路图，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 练习与应用 解：A、光线斜射在空气与玻璃的界面处发生反射，反射光线、入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，当光由空气斜射入中玻璃时，折射角小于入射角，故A正确； B、光从玻璃斜射入空气时，折射角应该大于入射角，而图中折射角小于入射角了。故B错误； C、光线从空气斜射入玻璃时，同时发生反射和折射，发生反射时，反射光线、入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，而图中反射角不等于入射角，且反射光线箭头标错了，故C错误； D、光从玻璃斜射入空气时，发生反射和折射，反射角等于入射角，反射光线、入射光线分居法线两侧，而图中反射角不等于入射角，且反射光线箭头标错了，故D错误。 故选：A。 仔细观察光的色散实验，图中的光路示意图正确的是（　　） 练习与应用 解：白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。由于紫光的折射率最大，所以偏折最大；红光的折射率最小，则偏折程度最小。故屏上端为红光，屏下端是紫光。 故选：A。 A B C D 以下是某科技兴趣小组同学设计的寻找“有色影子”的活动方案。用一种色光照射站在背景板前的人，会在背景板上形成影子，在影子上叠加另一种色光，能形成“有色影子”，符合要求的方案是（　　） 练习与应用 方案 照射光源的颜色 背景板的颜色 叠加光源的颜色 ① 白 红 蓝 ② 红 蓝 黄 ③ 蓝 白 红 ④ 绿 黄 蓝 A．方案① B．方案② C．方案③ D．方案④ 练习与应用 解：无论照射光源是何种颜色，背景板上都会留下一个黑色的人影，这是由于光被人挡住，在后面留下的阴影；如果背景板是白色，白色反射所有的色光，此时无论叠加光源是何种颜色，都会在影子上叠加该叠加光源的颜色，能形成“有色影子”，由表可知，方案③正确； 若背景板不是白色，当叠加光源的颜色与背景板的颜色相同时，也能形成“有色影子”，由表可知，方案①②④错误。 故选：C。 在白光照射下，小乐看见图卡中蓝色、红色、绿色、白色部分的面积分别为8cm2，4cm2，2cm2、2cm2，如图所示。若小乐用某种光照射图卡，看见其黑色部分的面积为10cm2，则该种光最可能是（　　） A．蓝光 B．红光 C．绿光 D．白光 练习与应用 解：在白光照射下，小乐看见图卡中蓝色、红色、绿色、白色部分的面积分别为8cm2，4cm2，2cm2、2cm2，总面积为16cm2，若小乐用某种光照射图卡，看见其黑色部分的面积为10cm2，有颜色部分的面积为6cm2；因白色部分反射所有色光为2cm2，剩下4cm2的反射光只能是红色部分反射的，因此该种光最可能是红光。 故选：B。 PART 06 提升训练 陶瓷茶杯底部放有一枚硬币，人移动到某一位置时看不见硬币（如图甲），往茶杯中倒入一些水后，又能够看见硬币了（如图乙）。请解释造成“看不见”和“又看见了”的原因。 提升训练 答：硬币反射出的光线被陶瓷茶杯侧壁挡住，人看不见硬币了，这是光在同种均匀介质中沿直线传播的缘故； 倒入一些水后，硬币反射的光线从水中斜射入空气中时，在水面处发生折射，折射光线远离法线方向，人眼逆着折射光线看去，看到的是变高的硬币的像。 一位潜水爱好者在约20米的海洋里，他的手指不小心被一条小海鳗咬伤流血。此时，他看到流出的血液不是红色的，而是绿色的。科学家发现，人的血液反射的大部分是红光，有少量绿光。太阳光进入海水不同深度后剩余的色光变化如图所示。请根据以上信息并结合所学知识对潜水者在海底看到绿色的血液作出解释。 提升训练 答：由图可知，在20米深的海洋中只能透过靛蓝绿，当靛蓝绿光照在红色的血液上时，靛光和蓝光被血液吸收，只反射绿光，所以看到的是绿色的血液。 $$