师:同学们好,本节课我们一起学习第四章多彩的光。首先,我们来看一个视频。
(播放视频)
师:我们可以看到,电筒发光照射到墙壁上,当用手挡住光,就出现一个影子。生活中有很多这样与光相关的现象,我们生活里充满了光。下面我们来看一组图片:红通通的太阳冉冉升起,透过树叶缝隙的阳光,绚丽多彩的灯光……光可以照明,有了光,我们才能看到自然的美丽景象和日月星辰。我们生活在多彩的光的世界里,光给我们带来了一个变幻莫测、奥妙无穷的世界,同时也象征着光明和希望。那么本节课,我们就一起通过一些物理方法,来了解光的传播与反射。光是由某些能够发光的物体产生的,我们把那些正在发光的物体称为光源。例如正在发光的电灯、燃烧的太阳、点燃蜡烛的烛焰、发光的萤火虫等等。月亮本身不能发光,它不是光源。同学们,还能列举生活当中一些光源吗?
生:(列举光源)
师:很好。那么从光源发出的光是怎样传播的呢?有什么方法显示光的传播路径呢?同学们看这支激光笔,打开后看到一个光斑。我们可以通过喷水雾的方法来显示光的传播路径。光可以在空气中传播,而且光的传播路径是直的。那么光在透明的水或玻璃中的传播情况是怎样的呢?我们来看一个视频。
(播放视频)
师:通过这个实验我们发现,光可以在透明的水或者玻璃中传播,它们的传播路径也是直的。那么光在透明物质中一定沿直线传播吗?我们看看光在透明不均匀的糖水中的传播情况吧。
(进行实验)
师:我们可以看到光弯曲了,这说明光在透明不均匀的物质中不沿直线传播。大量的研究和实验告诉我们,光在空气、水、玻璃等透明均匀的物质中,是沿直线传播的。根据光的传播特点,为了方便描述光的传播路径,在物理学中用一条带箭头的直线表示光的传播路径和方向,并将这条带箭头的直线叫做光线。光线相互平行的光,叫做平行光。它们都是辅助描述光路的,本身并不存在,是一种物理模型。由于太阳离地球十分遥远,所以照射到地球表面的光近似认为是平行光。经过研究,我们发现光在真空中也是沿直线传播的。直到17世纪,科学家才发现光是以一定的速度传播的,而且光传播得非常快。请同学们阅读课本54页,了解光传播速度的相关内容。
(学生阅读课本)
师:经过测量,现在已公认光在真空中传播得最快,速度可达到3.0×10?米每秒,相当于每秒绕地球赤道转7圈半。在空气中速度略小一些,和真空中很接近。在水中的速度是真空中的3/4,在玻璃中是真空中的2/3。光的直线传播的实例和应用很多,比如说小孔成像、日食和月食、激光准直,甚至我们的站队和列队都用到了光沿直线传播的特点。同学们,还能列举一些光沿直线传播的实例吗?
生:(列举实例)
师:非常好。光沿直线传播过程中遇到另外一种物质,在另一个物体的表面会发生什么呢?我们看,光的传播方向发生了改变,这是什么原因呢?当光照射到物体表面时,被物体表面反射回去,这种现象就叫做光的反射。在反射现象中,投射到物体表面的光叫入射光线,从物体表面返回的光叫反射光线,入射光线在物体表面的投射点叫做入射点。那么光的反射有什么特点和规律呢?我们通过一个实验来看一看。这是一条入射光,这是一条反射光。当我们改变入射光的空间位置和方向,看看会怎样。
(进行实验)
师:我们发现反射光随着入射光的位置和方向的改变而改变。我们发现一条入射光,总有一条反射光与之相对应。同学们看清楚了吗?下面我们换一种方法,用一个板来显示光的反射。在板上要同时看到入射光和反射光,这个板有什么特点呢?能弯折吗?这个板面与镜面的放置有什么要求呢?那么我们来研究一下。这是一个平面镜,放在水平桌面上,还有一个可以绕轴转动的板。打开光源,观察板上的反射光和入射光。
(进行实验)
师:向后折转光屏、倾斜光屏都不能看到反射光。用三角尺量一量这个板面与镜面的关系,我们发现它们是垂直的。这是一种偶然吗?换一个位置试一试。
(再次实验)
师:我们发现板面和镜面仍然是垂直的。再换一个位置看一看效果,转动版面看一看。经过研究我们发现,要在板上同时显示入射光线和反射光线,板面要成一个平面,且这个平面与镜面是垂直的。我们很容易看出光反射时,反射光线与入射光线在同一平面内。我们把这几个不同位置的平面叠放在一起,看一看有什么效果?
(操作并展示)
师:我们很容易发现,这些面有唯一相交的轴线,过同一入射点的入射光线,无论空间位置如何变化,这条过入射点的轴线固定不动。这条轴线似乎对于准确确定反射光线的空间位置有着重要的作用。因此,这条轴线可以作为研究光反射时一条辅助的基准线,我们把它取个名字叫法线。来描述一下,过入射点与物体表面垂直的直线叫法线,用on表示。这条法线作为我们研究光反射时的辅助线,所以一般情况下用虚线表示。那么根据入射光线与法线所在的平面,有利于确定反射光线的空间位置,我们就很方便地在同一个平面内来研究光的反射。而且我们根据刚才的内容很容易看出,光反射时,反射光线、入射光线与法线也在同一平面内。那么我们把这一条法线补充进来。这三条线过同一点,且在同一个平面内。以后我们就很方便地在一个面上画出光反射时的光路图。同学们拿出纸和笔,在学案上画一画,在同一平面的这三条线,它们的位置排列有什么特点呢?同学们想一想,我们还是通过一个实验来研究一下吧,看一看有没有什么新的发现。
