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】阅读教材第86页第1节《光的直线传播》，并完成以下内容：
1. 能够发光的物体叫作光源。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，小孔成的像是倒立（选填“倒立”或“正立”）的实像，像的
形状与小孔的形状无关，像的大小与物体到小孔的距离有关（后两空均选填“有”或“无”）。
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
光速大于声速（选填“大于”或“小于”）。
6. “光年”是光在一年内传播的距离，是长度单位（选填“长度”或“速度”）。
【合作探究】
探究一、光源
1. 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？
能够发光的物体叫作光源。月亮不能自行发光，不是光源（选填“是”或“不是”）。
2. 光源的分类
（1）按形成原因分为天然光源和人造光源。
如太阳、萤火虫、闪电等属于天然光源；发光的电灯、点燃的蜡烛等属于人造光源。
（2）按发光原理分为热光源和冷光源。
如点燃的火把、发光的电灯等属于热光源。萤火虫、水母等属于冷光源。
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。
【例题1】在①太阳、②月亮、③萤火虫、④霓虹灯、⑤宝石、⑥工作的LED灯中，属于自然光源的
是________；不属于光源的是______。（均填序号）
【答案】①③；②⑤。
【解析】光源是自身能够发光的物体，太阳、萤火虫、霓虹灯、工作的LED灯都属于光源，且太阳和萤火虫属于自然光源，霓虹灯和工作的LED灯属于人造光源；月亮、宝石自身不会发光，不属于光源。
探究二、光的直线传播
1. 探究光沿直线传播的条件
【想一想】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。支持事例：透过树林的光束是直的；城市灯光中的激光束
是直的等。
【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。
（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。
光在水中的传播 光在玻璃中的传播
（3）光在玻璃中的传播
用激光手电筒把光射入玻璃砖中，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。
（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。
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。
【分析与论证】光在同种均匀介质中沿直线传播。
【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。
【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，这样的直线叫作光线。光线只是用来形象地描述光的传播情况，实际是不存在。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
【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
【分析】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，在物体后面便形成的较暗区域，就是我们说的影子。如下图：
（2）日食、月食的形成
【想一想】天文现象中的日食、月食，是怎么形成的?
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。
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。“三点一线”进行瞄准 站队列成直线
（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。
5. 探究小孔成像特点
（1）进行实验
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。
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。
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
（2）实验分析
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。
（3）实验结论——小孔成像特点
①成像性质：倒立的大小不确定的实像。上下颠倒、左右相反（选填“正立”或“倒立”）。
②影响成像大小的因素：与物体到小孔的距离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。
（4）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，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。
【例题2】沈括在《梦溪笔谈》中记述到“若莺飞空中，其影随莺而移”，而在纸窗上开一个小孔，
使莺的影子呈现在室内纸屏上，却观察到“莺东则影西，莺西则影东”，如图所示。对此分析正确的是（
C ）A．“莺东则影西，莺西则影东”描述的是图甲
B．“若莺飞空中，其影随莺而移”描述的是图乙
C．图甲和图乙都可以用光的直线传播来解释
D．小孔成像时，物左右移动时，其像的移动方向与物相同
【解析】A．“莺东则影西，莺西则影东”说明“影”是倒立的，描述的是图乙，故A错误；
B．“若莺飞空中，其影随莺而移”，这是影子的形成，描述的是图甲，故B错误；
C．图甲是影子的形成，图乙是小孔成像，都可用光的直线传播来解释，C正确；
D．小孔成像时像是倒立的，所以像移动的方向与物移动的方向相反，D错误。
故选C.
【例题3】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）同一种均匀。
【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4】 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、丙两图小孔形状相同，物体形状不同，像的形状也不同，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】雷雨天，我们总是先看见闪电，后听到雷声，为什么？100m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都是同时发生的，但我们却是先看到闪电（烟火），后听到
声音。这是为什么呢？
【归纳】光传播得比声音快（选填“快”或“慢”）。
【想一想】光的传播需要时间吗？不同介质中光速相同吗？
【归纳】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。
（1）真空中的光速
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，一般情况下，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。
（2）光在不同介质中的传播速度
光在不同介质中的传播速度不同。光在不同介质中的传播速度排列：v ＞v ＞v ＞v ，如果一
真空 空气 水 玻璃
个飞人以光速绕地球运行，在1s内，能够绕地球运行7.5圈。
介质 光速
真空 3×108m/s
空气 3×108m/s
水 约为3 c/4
玻璃 约为2 c/3
（3）比较光的传播与声的传播
声音 光
真空不传声 光在真空中传播最快
15℃空气中声速340m/s 空气中光速近似 3×10 8 m/s
光在空气中比在其他
声音在空气中传播最慢
透明介质中传播的快
声音传播需要介质 光的传播不需要介质2. 科学世界——我们看到了古老的光
阅读课本第89页《科学世界——我们看到古老的光》，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?
【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＝ 1.51488×10 14 km
即牛郎星和织女星相距1.51488×1014km。
【例题5】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6】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，故光年是长度的单位。
（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。
【归纳整理】【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。
【课堂练习】
1. 有下列物体：①星星、②月亮、③太阳、④钻石、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：（1）一定是光源的有 ；（2）一定不是光源的有 ；（3）可能是
光源的是 。
【答案】③⑧⑨；②④⑥；①⑤⑦.
【解析】（1）太阳、萤火虫、灯笼鱼，它们都能发光，一定是光源；
（2）月亮、钻石、电视屏幕，它们不发光，一定不是光源；
（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。
2．下列现象中不是由于光的直线传播引起的是（ ）
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
【答案】D.
【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，D符合题意。
故选D。
3. 出现金星凌日天象时，人们可通过滤光镜观察到太阳上有一小黑点，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。
4．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。
5．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6. 如图所示，小明制成了一个针孔照相机，其实就是小孔成像的实验装置。将点燃的蜡烛置于小孔
前的适当位置，观察并研究小孔成像的特点：
（1）烛焰在半透明膜上所成的像是______；（选“实像”或“虚像”）
（2）如果小孔是三角形，则他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）将半透明膜靠近小孔时，则人眼看到的半透明膜上的像将_______（选填“变大”“变小”或
“不变”）；
（4）请根据本实验探究过程分析，晴天树荫下的圆形光斑大小不一的原因是__________。
【答案】（1）实像；（2）D；（3）变小；（4）孔到地面的距离不同.
【详解】（1）小孔成像的原理是光的直线传播，因此烛焰在塑料薄膜上所成的像是倒立的实像。
（2）烛焰经小孔成倒立的实像，像的形状与烛焰形状相同，小孔的形状无关，即烛焰在塑料薄膜上
成的像是烛焰的倒立的像，故D符合题意，ABC不符题意。故选D。
（3）小孔成像的大小取决于物体到小孔的距离、光屏到小孔的距离，将半透明膜靠近小孔时，像距
变小，物距不变，由于光沿直线传播，则像变小，即人眼看到的塑料薄膜上的像将变小。
（4）圆形光斑是太阳通过树叶间的小孔所成太阳的像，由于树叶缝隙到地面的高度不同，故使得光
斑大小不同。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
