4.1 光的直线传播（教学课件）物理新教材人教版八年级上册

该初中物理课件围绕“光的直线传播”，系统讲解光源分类、光在同种均匀介质中沿直线传播规律及应用、光速等核心知识。课堂导入通过“哪些物体能发光？光的传播特点？”的问题结合萤火虫图片，联系声现象引出光现象，搭建新旧知识衔接的学习支架。 其亮点在于以实验探究为核心，通过光在空气、水、玻璃中传播的实验及小孔成像探究，培养科学探究能力，建立光线模型体现科学思维中的模型建构，结合影子、日食等生活现象落实物理观念。含《小孔成像》《光年》视频，课堂小结结构化梳理知识，帮助学生深化理解，为教师提供丰富教学资源提升效率。

物理八年级上册 •人教版 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 通过对生活中各种光现象的观察与分析，认识光源；能够说出光沿直线传播的条件；能够利用光的直线传播特点解释日常生活中的相关现象。 02 科学思维 基于日常现象、实验现象归纳推理得出光的直线传播条件，认识光线模型，发展科学思维能力。 03 科学探究 基于对大量光在不同介质中传播现象的观察，提出问题，收集证据，归纳总结出光在同种均匀介质中沿直线传播的实验结论。 04 科学态度与责任 在观察现象、分享交流中，养成实事求是、勇于表达和修正自己观点的科学态度；通过小孔成像、日晷咎、圭表等了解我国古代科技成就，增强民族自信心和自豪感。 教学重难点 教学难点 教学重点 通过大量的实验观察，得出光在同种均匀介质中沿直线传播的规律，并建立光线模型。 用光的直线传播解释生活中的一些常见现象。 课堂引入 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。 思考：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? 萤火虫发出淡淡的绿光 知识点1 光源 知识点1：光源 1. 光源 能够发光的物体叫作光源。 太阳以及我们看到的绝大多数星星都是恒星，恒星都能发光。 要研究光现象，首先要看看哪些物体能够发光，是谁给我们带来了光明。 灿烂的阳光普照大地 闪烁的星光点缀着漆黑的夜晚 知识点1：光源 许多动物也能发光： 萤火虫发出淡淡的绿光 大海深处水母的发光 大海深处斧头鱼的发光 知识点1：光源 2. 光源的分类 按形成原因分 按发光原理分 自然光源 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。 闪电是自然光源 知识点1：光源 3. 对光源的理解 （1）光源是指能够发光的物体，太阳、发光的电灯、点燃的蜡烛等都是光源。 （2）有些物体本身不发光，但由于它们能反射太阳光或其他光源发出的光，好像它们也在发光一样，不要误认为这些物体就是光源，如月球、所有行星和反光的镜子，它们都不是光源。 月亮 夜行安全衣 钻石 月球、钻石和夜行安全衣不发光 ，所以不是光源。我们能看到它们，是因为它们反射光。 知识点1：光源 【例题1】落日、水母、LED灯三种物质有一个共同特点，都可以________，为此把它们叫做光源。其中落日和______属于自然光源。 【解析】 光源是指能够发光的物体；其中落日和水母，都是自然界存在的光源，叫做自然光源，LED灯是人造光源。 水母 发光 知识点2 光的直线传播 知识点2：光的直线传播 1.探究光沿直线传播的条件 【提出问题】 光在气体、液体和固体中的传播路径怎样的？ 【猜想与假设】 光在气体、液体和固体中可能沿直线传播。 透过树林的光束是直的 城市灯光中的激光束是直的 知识点2：光的直线传播 【进行实验】 （1）光在空气中的传播 用激光手电筒把光射入充满烟雾的较暗的空间，就能够观察到光在空气中的传播现象，烟雾可用点熏香的办法，也可以用喷水壶喷水雾的方法。 知识点2：光的直线传播 （2）光在水中的传播 用激光手电筒把光射入水中，如图所示，就能够观察到光在水中的传播现象，光在水中的可见度较小。可以在水中加入少量的碳素墨水。 知识点2：光的直线传播 （3）光在玻璃中的传播 用激光手电筒把光射入玻璃砖中，如图所示，就能够观察到光在玻璃砖中的传播现象。玻璃砖要有一面是磨砂面，并要让光束紧贴着磨砂面在玻璃砖中传播。 知识点2：光的直线传播 （4）光在不同种均匀介质中的传播 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。 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。 知识点2：光的直线传播 【交流与评估】 ①由于光学实验对光源的要求较高，实验难度也较大，为了提高实验效果，光学的整个实验过程最好能在较暗的环境中进行。 ②演示光在空气、水中传播时，可以转动激光手电筒，让光射向不同的方向，观察光的传播路径。 光在同种均匀介质中沿直线传播. 【实验结论】 知识点2：光的直线传播 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径迹和方向。这样的直线叫作光线。 光线不是客观存在的，它是人们建立的一种理想模型。 2. 光线 知识点2：光的直线传播 （1）影子的形成 光在传播过程中，遇到不透明的物体，由于光是沿直线传播的，在物体后面光线不能到达的地方就形成影子。 迄今为止自然界中最大的影子是黑夜。日食和月食也和影子有关。 3. 光的直线传播现象 知识点2：光的直线传播 （2）日食 当月球转到地球与太阳之间，并且在同一直线上时，挡住了射向地球的太阳光，由于光沿直线传播出现日食。 知识点2：光的直线传播 （3）月食 当地球转到太阳与月球之间，并且在同一直线上时，挡住了射向月球的太阳光，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。 知识点2：光的直线传播 甲 乙 【探究小孔成像特点】 ①如图甲所示，在一个空罐的底部中央打一个小孔，再用一片半透明的塑料膜蒙在空罐的口上，并用橡皮筋固定。 ②如图乙所示，将点燃的蜡烛放在小孔前，并适当调整蜡烛到小孔的距离，观察塑料膜上是否有像，不断调整蜡烛、塑料膜到小孔的距离，观察塑料膜上像的大小是否有变化。 （4）小孔成像 知识点2：光的直线传播 ③如图丙所示，将圆孔改为方孔，观察塑料膜上像的形状是否有变化。 ④如图丁所示，将蜡烛换成一只发光的灯泡，观察塑料膜上的形状。 丙 丁 知识点2：光的直线传播 【实验分析】 小孔成像原理：光的直线传播。 烛焰上部的光线，由于光的直线传播，通过小孔后，射到了下部；同理，烛焰下部的光线通过小孔后，射到了上部。 我国的学者—墨翟（墨子）和他的学生，做了世界上第一个小孔成倒像的实验，解释了小孔成倒像的原因，指出了光沿直线进行的性质。 知识点2：光的直线传播 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。 【实验结论】——小孔成像特点 知识点2：光的直线传播 视频演示——《小孔成像》 知识点2：光的直线传播 【小孔成像现象】 例如，树下的圆形光斑，实质是太阳经小孔所成的像。 发生日食时，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 树下的月牙形光斑 知识点2：光的直线传播 （1）激光准直 由于光沿直线传播，所以在开凿隧道时，工人可以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。 4. 光沿直线传播的应用 知识点2：光的直线传播 （2）射击瞄准 射击瞄准要领：“三点一线”才能射得准，即枪上标尺的缺口、枪上的准星和射击目标要在一条直线上。 缺口 目标 准星 知识点2：光的直线传播 （3）排队 由于光在同种均匀介质中沿直线传播，最前面的同学反射的光能直接进入人眼，若所有的同学都在一条直线上，前面相隔一位的同学反射的光就不会进入人眼，所以只要我们每个人都只能看见自己前面的一个人，队就排直了。 知识点2：光的直线传播 【例题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）；②在A处用漏斗向水中慢慢注入浓糖水溶液，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．光在同一种均匀介质中才沿直线传播 B．光只有在水中才沿直线传播 C．光在浓糖水里不能沿直线传播 D．光的传播需要介质 A 知识点1：光源 【解析】 A．从①中我们发现光在水中沿直线传播；而②中的光线不再沿直线传播不同于①的是介质不再均匀，③现象中的光线又沿直线传播，是由于经搅拌后，介质又变得均匀，故可以得出，光在同一种均匀介质中才沿直线传播，故A正确； B．光在任何均匀介质（如空气、玻璃）中都能沿直线传播，并非只有在水中，故B错误； C．搅拌后的浓糖水是均匀介质，光可以沿直线传播，故C错误； D．光的传播不需要介质，如光可在真空中传播，故D错误。 故选A。 知识点2：光的直线传播 【例题3】如图甲所示，在一个空易拉罐的底部中央打一个小孔，再用一片半透明的塑料薄膜蒙在空易拉罐的开口上，并用橡皮筋固定。 （1）将小孔对着烛焰，观察到烛焰在薄膜上成像，这种现象叫小孔成像。为了清楚地观察烛焰在薄膜上所成的像，该实验应在______（选填“较亮”或“较暗”）的环境中进行。 （2）如图乙所示，烛焰AB通过小孔在薄膜上所成的像为A' B' 。请根据小孔成像的规律，在图乙中画出两条光线AA’ 和BB' 。 较暗 知识点2：光的直线传播 （3）若将烛焰逐渐远离小孔，则烛焰在薄膜上所成像的大小将_______（选填“变大”“变小”或“不变”）。若易拉罐底部小孔的形状是三角形，则在薄膜上看到的是_____（填字母）。 A．三角形的影子 B．三角形的光斑 C．烛焰正立的像 D．烛焰倒立的像 D 变小 知识点1：光源 【解析】 （1）为了清楚地观察烛焰在薄膜上所成的像，实验应在较暗的环境中进行。这是因为较暗环境中对比更加明显，便于观察清晰的像。 （2）根据光的直线传播规律，从烛焰顶端A点发出的光线沿直线穿过小孔，到达薄膜上的A′点（成像的底端），从烛焰底端B点发出的光线沿直线穿过小孔，到达薄膜上的B′点（成像的顶端），两条光线的交点即为小孔位置，最终在薄膜上形成倒立的实像A′B′。如图所示： （3）当蜡烛逐渐远离小孔，即物距增大，烛焰在薄膜上所成的像将变小。根据小孔成像的几何关系： 在该实验中，像距（小孔到薄膜的距离）保持不变， 物距增大时，像将变小。小孔成像的形状与物体的形状 相同，与孔的形状无关，故D符合题意，ABC不符题意。 知识点3 光的传播速度 知识点3：光的传播速度 想一想： 运动会上进行百米赛跑时，终点裁判员都应看到发令枪冒烟（或火光）开始计时，而不是听到声音开始计时。‌为什么呢？ 光的传播速有多大呢？不同介质中光速相同吗？ 事实上发令枪响时，烟（光）和声音是同时发生的，但我们却是先看到烟，后听到声。这是为什么呢？ 光比声音传播得快. 知识点3：光的传播速度 1. 伽利略测量光速 1607年，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1.6km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3.2km的时间。根据v=s/t 计算出光的传播速度。 想一想： 他们的测量原理正确吗？能不能测出光速？ 知识点3：光的传播速度 遗憾的是，他们进行了多次实验，均已失败而告终，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 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 （1）真空中的光速 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 （2）光在不同介质中的传播速度 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，光速： v真空＞v空气＞v水＞v玻璃 2. 光的传播速度 如果一个人以光速绕地球飞行，他在1s的时间内能绕地球转7.5圈。 知识点3：光的传播速度 声音 光 真空不能传播声音 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 （3）比较光的传播与声的传播 知识点3：光的传播速度 （1）牛郎星和织女星 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 3. 科学世界——我们看到了古老的光 知识点3：光的传播速度 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。  （2）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。 牛郎星和织女星的距离是16光年。 　 知识点3：光的传播速度 （3）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4.2光年。也就是说，我们现在观测到的比邻星的光，是4.2年前发出的，经过了4年多才到达我们的眼睛。 知识点3：光的传播速度 （4）银河系 银河系自内向外分别由银心、银核、银盘、银晕和银冕组成，年龄大概在100亿岁左右，其中央区域多数为老年恒星，外围区域多数为新生和年轻的恒星。 银河系约为1.5万亿倍太阳质量，包含约1000~4000亿颗恒星，且至少有相同数量的行星。 知识点3：光的传播速度 （5）大麦哲伦云星系 在银河系外，离我们最近的星系是大麦哲伦云，距离我们16万光年。 想一想：我们今天看到的麦哲伦云的光，是它什么时候发出的？那时候人类在进化过程中正处于哪个阶段？  大麦哲伦云星系 大麦哲伦云距离地球约16万光年，因此我们现在看到的光是它们16万年前发出的。从地质年代和人类演化来看，该时期地球处于第四纪更新世，人类则处于晚期智人（新人）阶段（25万年-3万5千年前）。  知识点3：光的传播速度 （6）仙女座星系 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，那就是仙女座星系。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220万光年。 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。 仙女座星系 知识点3：光的传播速度 视频欣赏——《光年》 知识点3：光的传播速度 （7）请回答以下问题： ①“光年”是什么物理量的单位？ 【解析】光年是长度单位，1光年表示光在一年内传播的距离。 ②牛郎星和织女星的距离是多少千米？ 【解析】1年约有3.2×107s 牛郎星和织女星的距离是16光年 牛郎星与织女星相隔的距离为 知识点3：光的传播速度 【例题4】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 知识点3：光的传播速度 【解析】 光年是指光在真空中传播一年的距离，仙女座距离地球约200万光年，我们看到的仙女座是它 200 万年前发出的光，经过 200 万年才到达地球，所以我们看到的是 200 万年前的仙女座，而不是现在的仙女座。目前人类的科技水平远远无法实现登上仙女座进行科学考察。即使以接近光速的速度飞行，到达仙女座也需要 200 万年左右的时间，而且人类还面临着许多技术难题，如长时间的太空生存、能源供应、飞行器的速度和耐久性等。故ABD错误，C正确。 故选C。 课堂小结 课堂小结 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：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 课堂小结 课堂练习 课堂练习 1. 皮影戏是我国民间古老的传统艺术，如图所示是《西游记》中的场景。下列情境中，与皮影戏原理不同的是（　　） A．凿壁偷光 B．打靶时“三点一线”瞄准 C．一叶障目 D．电闪雷鸣时，先看到闪电后听到雷声 D 【解析】 皮影戏形成的原理是光的直线传播。 ABC．凿壁偷光、打靶时“三点一线”瞄准、一叶障目的原理都是光的直线传播现象，故ABC不符合题意； D．电闪雷鸣时，先看到闪电后听到雷声，这是因为光速远大于声速，与皮影戏原理不同，故D符合题意。故选D。 课堂练习 2. 如图所示，是同学们制作的小孔成像仪，下列说法正确的是（　） A．小孔成像像的形状与小孔的形状有关 B．小孔成像成的一定是倒立、缩小的虚像 C．影子的形成原理与小孔成像的原理相同 D．小孔成像仪上的孔开得越大，像就越小 C 【解析】 AB．小孔成像是由光沿直线传播形成的，倒立的实像，且像的形状与小孔的形状无关，故AB错误； C．影子的形成是由光沿直线传播形成的，小孔成像也是由光沿直线传播形成的，因此成像原理相同，故C正确； D．小孔成像的大小与光源、光屏到小孔的距离有关，与小孔的大小无关，故D错误。故选C。 课堂练习 【解析】 在物理学中，光线是用来表示光的传播路径和方向的带有箭头的直线，光线不是真实存在的。 光年是光在真空中一年内传播的距离，故光年是距离单位。 3. 物理学中常用光线来表示一束光的传播路径和方向，而省略了光的亮度、色彩等。光线______（选填“是”或“不是”）真实存在的。截至2024年11月，“中国天眼”已经发现脉冲星超1000颗。“中国天眼”能够接收到137亿光年以外的电磁信号，光年是______ （选填“时间”或“距离”）单位。 距离 不是 课堂练习 4．如图所示，“大树底下好乘凉”： （1）从物理学角度可知，乘凉区域实际是指大树的_______（选填“影子”或“像”），这是利用了光的_____________ ； （2）雷雨天不要在大树下避雨。在雷雨天，我们总是先看到闪电再听到雷声，是因为在空气中_________________。 影子 直线传播 光速远大于声速 课堂练习 【解析】 （1）乘凉区域是不被太阳光照到的区域，从物理学角度可知，该区域实际是指大树的影子；影子是由于光的直线传播形成的，所以这是利用了光的直线传播。 （2）闪电和打雷总是同时发生的，由于声音在空气中的传播速度约为340m/s ，光在空气中的传播速度约为3×108m/s ，在空气中光的传播速度要远远大于声音的传播速度，则在相同路程的情况下，光的传播时间远远小于声音的传播时间，所以我们总是先看见闪电后听到雷声。 课堂练习 5．某同学在实践活动中用直径不同的纸筒制成如图所示的装置做小孔成像实验，外筒左侧中央有一个很小的圆孔，点燃蜡烛并置于小孔前一段距离，贴在内筒左侧半透明薄膜上能看到清晰的像。关于小孔成像，下列判断不正确的是（ ） A．像的形状与小孔的形状无关 B．半透明薄膜上成的是烛焰倒立的实像 C．增大蜡烛到小孔的距离并向右拉动内筒，像一定变大 D．其他条件不变，仅移动内筒，既可成放大也可成缩小的像 C 课堂练习 【解析】 A．小孔成像中，像的形状由物体的形状决定，与小孔的形状无关，故A正确，不符合题意； B．小孔成像所成的像是由实际光线会聚而成的，是倒立的实像，所以半透明薄膜上成的是烛焰倒立的实像，故B正确，不符合题意； C．增大蜡烛到小孔的距离，像会变小，向右拉动内筒，像会变大，而同时增大蜡烛到小孔的距离，并向右拉动内筒，像可能变小，也可能变大，故C错误，符合题意； D．其他条件不变，仅移动内筒，当像距大于物距时，成放大的像；当像距小于物距时，成缩小的像，所以既可成放大也可成缩小的像，故D正确，不符合题意。 故选C。 课堂练习 6. 如图甲为手机防窥膜结构图，采用了超细百叶窗光学技术。贴在手机屏幕上的效果如图乙，其原理类似百叶窗，两侧之所以看不清屏幕内容，其原理是光的_________；此防窥膜贴在手机屏幕上， ______（选填“能”或“不能”）防止正上方的窥视；为了让防窥效果更好（可视范围减小），可以适当地_______（选填“增大”或“减小”）超细百叶窗的间距；正在浏览网页的手机屏幕_______（选填“是”或“不是”）光源。 是 直线传播 不能 减小 【解析】 光在同种均匀介质中沿直线传播；两侧看不清屏幕内容，是由光的直线传播形成的，所以不能防止正上方的窥视；适当地减小超细百叶窗的间距，可视范围减小，可以使防窥效果更好。由于手机屏幕本身可以发光，所以其是光源。 课后作业 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 谢谢聆听 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.30.100 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 $