文档内容
4.1 光的直线传播 （导学案）
【学习目标】
1. 能识别光源，知道光源大致分为天然光源和人造光源两类。
2. 了解光的直线传播，能列举光的直线传播在生活中的应用。
3. 知道光在真空中的传播速度。
4. 通过观察光在空气中和水中传播的实验现象，了解实验是研究物理问题的重要方法。
【学习重点】
了解光的直线传播，能列举光的直线传播在生活中的应用。
【学习难点】
用光的直线传播解释生活中的一些常见现象。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 能够发光的物体叫光源。常见的光源分为：天然光源和人造光源。
2. 光在同种均匀介质中沿直线传播；影子、日食、月食的产生原因都是光的直线传播原理。
3. 我们通常用一条带有箭头的直线表示光传播的路径和方向，这样的直线叫光线。
4. 小孔成像的原理是：光的直线传播，小孔成的像是倒（倒/正）立的实像，像的形状与小孔的形
状无（有/无）关，像的大小与物体到小孔的距离有（有/无）关。
5. 光在真空中的传播速度是 3.0×1 0 8 m/s，打雷和闪电是同时产生的，先看到闪电后听到雷声，
说明光速大于（大于/小于）声速。
6. “光年”是光在一年内传播的距离，是长度（长度/速度）单位。
【合作探究】
探究一、光源
【想一想】①你见过哪些发光的物体？请列举。②月亮是不是光源？
【归纳】
1. 光源：能够发光的物体叫做光源。
月亮不能自行发光，不是光源（选填“是”或“不是”）。
2. 光源的分类
可分为人造光源、天然光源。发光的电灯、点燃的火把、燃烧的蜡烛等都是人造光源；太阳、水
母、萤火虫、灯笼鱼等都是天然光源。
探究二、光的直线传播
1. 光的直线传播
（1）光在空气中的传播【想想议议】
①用激光笔打到墙上，看到墙上会出现光斑。光是通过怎样的路径从激光笔传到墙面的？
②晚上汽车、摩托车或者是手电筒的光都是怎样传播的？
③看电影时，电影放映机射向银幕的光束是怎样的？
【归纳】激光笔发出的光束是直的；汽车前灯射出的光束是直的；电影放映机射向银幕的光束是直
的。
这些现象说明：光在空气中是沿直线传播的。
（2）光在水中的传播
【实验】在水槽中加入少量牛奶(或粉笔灰)，用激光笔在水中射出一束光，观察光传播的路径。
实验现象说明：光在水中也是沿直线传播。
光在水中的传播 光在玻璃中的传播
（3）光在玻璃中的传播
把激光笔发出的光垂直射向玻璃砖中，观察光的传播路径。
实验现象说明：光在玻璃中也是沿直线传播。
（4）光在不同种均匀介质中的传播
【实验】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.
光在密度不均匀的盐水中的传播
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，光的传播路径是（是/不
是）直线。
根据以上事例分析，归纳出结论：
光在同种均匀介质中沿直线传播。
【想一想】怎么直观、形象表示光的传播情况？2.光线
为了表示光的传播情况，我们通常用一条带箭头的直线表示光传播的径迹和方向，这样的直线叫
做光线。
光线只是用来形象地描述光的传播情况，实际并不存在，这种研究物理问题的方法叫做模型法。
3.光的直线传播现象分析
【想一想】我们在生活中常常看到的影子，是怎么形成的?
（1）影子的形成：
①原理：光的直线传播；
②成因：光在传播过程中遇到不透明的物体，由于光在同种均匀介质中沿直线传播，不能穿过不
透明物体，在物体后面便形成了较暗（亮/暗）区域，就是我们说的影子。如下图：
【议一议】天文现象中的日食、月食，是怎么形成的?
（2）日食、月食的形成：
①原理：光的直线传播。
②成因：日食是地球上的人看太阳，由于光是沿直线传播的，太阳光被月球挡住了（图甲）。月
食是地球上的人看月球，由于光是沿直线传播的，太阳光被地球挡住了（图乙）。
当月球运行到太阳和地球中间时，太阳光在沿直线传播的过程中，被不透明的月球挡住，月
球的黑影落在地球上，就形成了日食。当地球运行到太阳和月球中间时，太阳光被不透明的地球
挡住，地球的影落在月球上，就形成了月食。
（3）小孔成像
关于光的直线传播，在2000多年前，我国古代学者就有所研究了。成书于公元前4世纪的《墨经》中就记载了世界上最早的小孔成像现象。
【提出问题】
①小孔成像的原理是什么？
②像是正立的还是倒立的？改变蜡烛与小孔的距离，观察像如何变化？
③成像情况与小孔的形状有关吗？
【进行实验】如图所示，在一个空罐子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。将小孔对着烛焰，我们可以看到烛焰在薄膜上呈现的像。
①让小孔对着点燃的蜡烛，使蜡烛与小孔的距离在10～15cm之间，观察塑料薄膜上成像的情况。
②改变蜡烛与小孔的距离，观察像的变化情况。
③ 改变小孔的形状，观察像的变化情况。
【归纳总结】
①小孔成像的原理：光的直线传播。
②成像特点：倒（正/倒）立的实像(上下、左右都颠倒)，像的大小与物体到小孔的距离以及小孔
到光屏的距离有关。
③像的形状和小孔的形状无关，与物体的形状有关（均选填“有关”或“无关”）。
【想一想】树荫下的圆形光斑是什么形状的？
圆形光斑实质是太阳经小孔所成的像。
4.光的直线传播的应用
（1）激光准直：在开凿大山隧道时，工人们常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。（2）射击时利用“三点一线”进行瞄准：
射击瞄准时，瞄准点、准星、缺口三点在一条直线上。
（3）站队列成直线
【想一想】在站队时，要求排成直线，同学们是怎样做的？
【分析】如果前面的人挡住了后面人的视线，使后面的人只能看到前面相邻人的后脑勺即可。
队列站直
【例题1】下列现象中不是由于光的直线传播引起的是（ D ）
A．日食月食 B．阳光下的树影
C．手影 D．我们能看到本身不发光的物体
【解析】A．日食和月食的形成原因是光的直线传播，故A不符题意；
B．阳光下的树影，影子是由光的直线传播形成的，故B不符合题意；
C．手影，影子是由光的直线传播形成的，故C不符合题意；
D．我们能看到本身不发光的物体，是由于光在物体上发生了漫反射，故D符合题意。故选D。
【例题2】为探究光的传播规律，小明在家中做了如下三个实验：
（1）探究光在气体中的传播规律。实验现象如图甲，为了使实验现象明显，小明在激光灯下方点
燃了一盘蚊香，你认为这样做的目的是_____；
（2）小明探究光在液体中的传播规律。实验现象如图乙，小明接着沿着水槽侧壁倒入浓糖水，看
到实验现象如图丙；小明再用木棍搅拌后，实验现象又恢复到图乙。以上现象说明光在___________介
质中沿直线传播。【答案】（1）显示光的传播路径；（2）同种均匀介质。
【解析】（1）烟是固体颗粒，光遇到空气中小的固体颗粒发生漫反射，反射的光进入人的眼睛，
人能看到光的传播路线，所以点燃一盘蚊香是为了显示光的传播路径。
（2）由于糖水是不均匀的，所以沿着水槽侧壁倒入浓糖水，看到光线不再沿直线传播，而是发生
弯曲，再用木棍搅拌后，糖水变得均匀，又看到光线沿直线传播了，这些实验现象说明光在同种均匀
介质中沿直线传播。
【例题3】如图所示，小明给两个空罐的底部中央分别打上一个圆孔和一个方孔，再用两片半透明
的塑料膜蒙在空罐的口上。分别将小孔对着烛焰和灯丝，可以看到烛焰和灯丝通过小孔所成的像。
（1）分析比较________两图，可以得出结论：物体通过小孔所成的像与孔的形状无关；
（2）分析比较 ______两图，可以得出结论：小孔成像时像的形状由物体的形状决定；
（3）通过实验，可以看到烛焰和灯丝在塑料膜上成的都是 _______（选填：正立/倒立）的实像，
说明小孔成像的原理是 ___________；
【答案】（1）乙丙；（2）甲丙；（3）倒立，光的直线传播。
【解析】（1）甲、乙两图，小孔形状不同，但是像的形状相同，所以小孔成像与小孔的形状无关。
（2）甲、丙两小孔形状相同，物体形状不同，像的形状不同，所以小孔成像与物体的形状有关。
（3）小孔成像是光沿直线传播所成的像，通过观察甲、乙、丙的像可知，小孔成像是倒立实像。
探究三、光的传播速度
1. 光的传播速度
【想一想】①雷雨天，我们总是先看见闪电，后听到雷声，为什么？②100m比赛时，先看到发令
枪的烟火，还是先听到响声呢？
实际上闪电和雷鸣、发令枪的烟火与响声是同时（同时/不同时）发生的，但我们却是先看到闪电
（烟火），后听到声音。这是为什么呢？
说明：光传播得比声音快。
【想一想】光的传播需要时间吗？不同介质中光速相同吗？
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。
1972年，美国科学家埃文森测得了目前真空中光速的最佳值：
c=299792457.4±0.1m/s，一般计算中，取c= 3×10 8 m/s
真空中的光速是宇宙间最快的速度，一般用字母c来表示。光在不同介质中的传播速度不同。介质 光速
真空 3×108m/s
空气 3×108m/s
水 约为3c/4
玻璃 约为2c/3
光在不同介质中的传播速度排列：v ＞v ＞v ＞v
真空 空气 水 玻璃
如果一个飞人以光速绕地球运行，在1s的时间内，能够绕地球运行7.5圈。
2. 科学世界——我们看到了古老的光
【阅读】《科学世界——我们看到了古老的光》，回答以下问题：
①“光年”是什么物理量的单位？
②牛郎星和织女星的距离是多少km?
③为什么在形容一个数字很大、很大的时候，常说这是个“天文数字”？
【解析】
①“光年”是长度的单位，它等于光在1年内传播的距离.
②牛郎星和织女星的距离为：
1光年＝3×108m/s（365×24×3600）s＝9.4608×1015m＝9.4608×1012km
s＝16光年＝16×9.4608×1012km＝1.51488×1014km
即牛郎星和织女星相距1.51488×1014km。
③目前人类知道的最快的速度是光速，3×108m/s，光走一年的距离，称为光年，而星际之间的距离，
少的距离有几光年，而多的距离有几十光年甚至几百光年。正因为如此，人们就叫光年为天文数字。
是表示数字很大的意思。所以在形容一个数字很大、很大的时候，常说这是个“天文数字”。
【例题4】当观察站在远处敲锣打鼓的人时，我们总是先看到他的动作，后听到锣鼓的声音这一现
象说明（ B ）
A．光的传播不需要时间，而声音的传播需要时间
B．光在空气中的传播速度比声音在空气中的传播速度大的多
C．用人眼看物体比用耳朵听声音反应更灵敏些
D．总是先敲锣打鼓，后发出声音，动作先后不同
【解析】敲锣打鼓时，动作与声音是同时发生的，看见的动作是光速传播的，由于光在空气中的
传播速度比声音在空气中的传播速度大的多，所以总是先看到他的动作，后听到锣鼓的声音。
选项B正确。【例题5】牛郎星和织女星是银河系中两颗恒星，它们之间的距离相当遥远，即便牛郎和织女以宇
宙中最快的速度即光速飞行，从牛郎星飞到织女星也要16光年的时间。请回答下列问题：
（1）光年是什么物理量的单位？它的物理含义是什么？
（2）牛郎星和织女星相距16光年，计算下它们之间相距多少千米？牛郎星和织女星能每年相会一
次吗？（一年按365天算）
【答案】（1）长度，见解析；（2）1.51×1014km，不能。
【详解】（1）光年表示光在一年内通过的距离，所以光年是长度的单位。
（2）一光年的长度为
s＝ct＝365×24×3600s×3×105km/s＝94608000×105km＝9.4608×1012km
1
牛郎星和织女星相距16光年，则它们之间相距
s=16s=16 ct =16×9.4608×1012km＝1.51×1014km
1
牛郎星和织女星相向而行，则相遇的时间为
所以它们不可能每年都相会。
【精讲点拨】
1. 在学习过程中要结合实验和日常生活中的应用，用光的直线传播解释影子、日食和月食等生活
中和自然界中的重要现象。使自己对光的直线传播规律有更全面、更深刻的认识，激发学习兴趣。
2. 注意研究方法的运用。
通过光在空气、在水、在玻璃中都是沿直线传播的现象，可以逐步归纳总结出：光在同种介质中
沿直线传播的结论。这在物理上是一种非常实用的方法——归纳法。
用光线来表示光的传播路线，可以更形象简单地描述和研究光的现象及规律，在物理学中称为
——理想模型法。
【归纳整理】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。
【课堂练习】光的直线传③光线：通常用一条带箭头的直线表示光的传播路径和方向。
播
1. 有下列物体：①星 星 、 ② 月 亮 、这③样太的阳直、线④叫钻做石光、线⑤。电灯、⑥电视屏幕、⑦无影灯、⑧萤火虫、
⑨灯笼鱼。上述物体中：④现象：影子、日食、月食、小孔成像等。
（1）一定是光源的有⑤ 应 用 ： 激 光 准 直 、 ；三点一线“瞄准”、站队等。
光的
直线
（2）一定不是光源的有 ；
传播 ①小孔成像的原理：光的直线传播。
（3）可能是光源的是 。
小孔 ②成像特点：倒立的实像（上下、左右都颠倒），像的大小
成像
【答案】（1）③⑧⑨；（与2物）体②到④小⑥孔；的（距3）离①以⑤及⑦小。孔到光屏的距离有关。
【解析】（1）太阳、③萤像火的虫形、状灯和笼小鱼孔，的它形们状都无能关发，光只，与一物定体是的光形源状；有 关。
（2）月亮、钻石、电视屏幕，它们不发光，一定不是光源；
①光速：光在真空中的速度是3×108 m/s=3×105 km/s
（3）有的星星发光；电灯、无影灯通电时发光，所以它们可能是光源。
光在不同介质中的速度v ＞v ＞v ＞v
真空 空气 水 玻璃
光速
2．出现金星凌日天象②时光，年人：们光可在通一过年滤内光传镜播观的察距到离太，阳是上长有度一单小位黑。点，如图所示，小黑点即为金
星，该天象是由于光的______而形成的，太阳、地球和金星三个天体可能分别处在图中a，b，c三个
位置的某个位置上，其中金星应处在_____位置上，试举出一个生活中应用此知识的例子如_____。
【答案】直线传播，b，激光准直。
【详解】“金星凌日”现象的成因是光的直线传播，当金星转到太阳与地球中间且三者在一条直
线上时，金星挡住了沿直线传播的太阳光，人们看到太阳上的黑点实际上是金星，由此可知发生金星
凌日现象时，金星位于b位置。
排纵队、射击瞄准、激光准直等都是光沿直线传播在生活中的应用。
3．如图所示，干枯的井底O点趴着一只青蛙，请画出青蛙能看到的井外的视野范围（O点为青蛙
眼睛处）。【答案】见右图。
【详解】光在空气中沿直线传播，从青蛙处作过井口边缘的两条射线，井外的部分即为看到的区
域，作图如下。
4．下列关于光的说法中，正确的是（ ）
A．光的传播速度是3×108m/s B．光在同种均匀透明的介质中沿直线传播
C．萤火虫不是光源 D．以上说法均不对
【答案】D
【详解】A．光只有在真空中的传播速度是3×108m/s，故A错误；
B．光在同种均匀介质中沿直线传播，不仅仅只在同种均匀透明的介质中沿直线传播，故B错误；
C．萤火虫自身能够发光，是光源，故C错误；
D．综上所述，以上说法均不对，故D正确。所以选D。
5．如图所示，在盛水的玻璃水槽内滴几滴牛奶，用激光笔将一束光射到水中，观察光在水中的传
播径迹。下列关于实验的讨论错误的是（ ）
A．该实验中使用的激光笔属于光源
B．我们能看到光在水中的径迹，这是光直线传播的结果
C．我们看到光在水中的径迹是直线，说明这束光在水中是沿直线传播的
D．从该实验还可以看出，光在玻璃中也可以传播
【答案】B
【详解】A．激光笔正在发光，是光源，故A正确，不符合题意；
B．我们能看到光在水中的径迹，光照在牛奶颗粒上发生了漫反射，我们能观察到光的传播路径，
故B错误，符合题意；
C．光在同一种均匀介质中沿直线传播，故C正确，不符合题意；
D．光先进入玻璃，再进入水中，可在玻璃中传播，故D正确，不符合题意。故选B。
6．小明在研究性学习小组活动中进行光的直线传播的综合实践活动。
（1）如图甲通过三个小孔去观察烛焰，若要看到烛焰，应满足的条件是 _____；
（2）如图乙所示是用易拉罐做的简易针孔照相机，利用它观察窗外景物时，人的眼睛对着 _____
（选填“膜”或“孔”）进行观察，可以看倒立、缩小的实像；
（3）如图丙在树荫下观察，阳光透过树叶的缝隙倾泻下来，在地上留下斑驳的树影和圆形的光斑，
圆形的光斑实质是 _____的像。
【答案】（1）三个小孔和烛焰在一条直线上；（2）膜；（3）太阳.
【详解】（1）根据光的直线传播知道，当三个小孔与烛焰、眼睛在同一条直线上时，我们就能看
到后面的蜡烛。
（2）易拉罐简易针孔照相机，利用它观察窗外景物，实际是利用了小孔成像，人的眼睛对着膜进
行观察，可以看倒立、缩小的实像。
（3）在树荫下观察，阳光透过树叶的缝隙倾泻下来，在地上留下斑驳的树影和圆形的光斑，这是
小孔成像现象，所以圆形的光斑实质是太阳的实像。
7．如图所示，找一个空的易拉罐，用钉子在易拉罐底部的中央敲一个小孔，将易拉罐的顶部剪去
后，蒙上一层塑料薄膜，就制成了一个针孔照相机。将点燃的蜡烛位于小孔前的适当位置，可研究小
孔成像的特点。
①烛焰在塑料薄膜上所成的像是______（选填“实像”或“虚像”），其成像的原理是
___________。
②如果易拉罐底部小孔是三角形，则在半透明纸上看到的像是______。
A．三角形光斑 B．圆形光斑
C．烛焰的正立像 D．烛焰的倒立像
③若将蜡烛向下移，则人眼看到的塑料薄膜上的像是向____移小孔成像（选填“上”或“下”）：④为了增大烛焰所成的像，采取的办法是：________。
【答案】①实像，光的直线传播；②D；③上；④改变位置，将易拉罐靠近蜡烛
【详解】①蜡烛在塑料薄膜上所成的像是由实际光线会聚而成的，是实像，其成像的原理是光的
直线传播。
②小孔成像成的是光源的倒立的像，与小孔的形状无关，所以他在半透明纸上看到的像是烛焰的
倒立的像，故ABC错误，D正确。故选D。
③小孔成像成的是倒立的实像，所以若将蜡烛向下移，人眼看到的塑料薄膜上的像是向上移。
④光屏与小孔之间距离一定时，光源靠近小孔，所成的像变大，所以为了增大烛焰所成的像，可
采取的办法是：将蜡烛靠近易拉罐。
8．光在不同介质中传播速度 ______ (选填“相同”或“不同”)，光在 ______ 中传播得最快，
其速度为 ______ m/s或 ______ km/s，一台激光器朝着月球发射激光信号，经过2.7 s后才接到从月球
返回的信号，那么月球到地球的距离为 ______ m。
【答案】不同，真空，3×108，3×105，4.05×108。
【详解】光在不同介质中传播速度是不同的，光在真空中的速度大于光在介质中的传播速度；光
在真空中传播得最快，其速度为3×108m/s或3×105km/s。
一台激光器朝着月球发射激光信号，经过2.7 s后才接到从月球返回的信号，则光在地月间传播了
一个来回，所以月球到地球的距离为
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
