物理小孔成像实验设计方案[物理实验小孔成像及原理]

光现象

　　1光的产生：能够发光的物体叫做光源

　　自然光源：太阳，星星，萤火虫…

　　人造光源：蜡烛，电灯…

　　月亮不会发光所以不是光源

　　2 光的传播

　　光在真空中也能传播

　　光在真空中传播最快 为3×108m/s=3×105km/s

　　光在空气中传播速度比真空中慢但可近似为3×108m/s

　　光在固体中传播最慢

　　光线：带箭头的直线表示光的传播方向和径迹。

　　光的直线传播：光在同一种均匀介质中沿直线传播

　　光的反射：光由一种介质射向另一种介质时，一部分光返回原介质发生反射；

　　光的折射：光由一种介质射向另一种介质时，一部分光进入另一种介质发生折射。

　　光的色散：光通过棱镜折射后会被分解为红橙黄绿蓝靛紫的现象叫光的色散

2.1光的直线传播

　　能说明光的直线传播的例子：小孔成像（树荫下的光斑）；日食月食；影子的形成等。

　　光的直线传播的应用：排队看齐；射击瞄准；激光准直等。

　　实验：小孔成像：说明光在空气中是沿直线传播的

　　结论：呈倒立的实像，像的大小决定于蜡烛到小孔的距离及光屏到小孔的距离（孔应该适当小）

2.2光的反射

　　平面镜成像、水中的倒影、潜望镜、光污染、晃眼、能看到不发光的物体、汽车后视镜（凸面镜）、太阳灶做饭（凹面镜）、人能看到物体的颜色，一定是物体表面反射了这种色光进入了人眼（晚上看到物体都是黑色的原因：没有光进入人眼）。

　　实验：探究光的反射规律

　　实验器材：激光光源，可折叠硬纸板，量角器，尺子，笔等

　　当右半个硬纸板向后（或向前）折时会看不到反射光线，说明：反射光线与入射光线、法线在同一平面上

　　光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一个平面上；反射光线和与入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角

　　一切光的反射光遵循光的反射定律，

　　平行光（如太阳光）射到光滑平整的表面时，反射光也平行，且向着同一方向；这样的反射称为镜面反射（黑板反光）

　　平行光（如太阳光）射到凹凸不平的表面时，反射光不平行，且向着四面八方；这样的反射称为称为漫反射（能看到黑板上的字）

平面镜成像

　　实验：探究平面镜成像特点：

　　器材: 玻璃板、两只大小完全相同的蜡烛、刻度尺、光屏、火柴等

　　结论：平面镜成像特点：像与物大小相等；像与物的连线与平面镜垂直；像与物到平面镜的距离相等；像是正立的虚像

　　平面镜成像原理：光的反射。成像原理见图：

　　实验过程中的注意事项：

　　1玻璃板代替平面镜的目的：便于确定像的位置。

　　2用两根大小完全相同的蜡烛的目的：便于比较像与物的大小（及便于确定像的位置）。

　　3玻璃板必须垂直于水平桌面放置的目的：便于比较像与物到平面镜的距离。

　　4通过玻璃板会看到两个像的原因：两个表面两次反射成像。

　　5在桌面上无论怎样移动蜡烛B都无法与A的像重合：玻璃板没有与水平面垂直。

　　6不用厚玻璃板的原因：两个表面使光反射成两个不重合的像。

　　7蜡烛最好点燃在较暗的教室中实验较好：可以使进入人眼更多的蜡烛光的反射光

　　平面镜成像理论特点：一点发出的光经平面镜反射后，反射光的反向延长线一定过像点。

　　（1）根据平面镜成像特点试找出发光点S，并完成光路

　　（2）根据平面镜成像（实验）特点作出AB在镜中的像

　　（3）根据平面镜成像特点作图A点可以看到B点的光路；人眼能看到的镜子上方的范围

2.3光的折射

　　水中的鱼、筷子等照相机、投影仪、放大镜、海市蜃楼、星星眨眼、炎热夏天路面上汽车的倒影、池水看起来变浅

　　光的折射定律：三线共面，法线居中，两角关系：

　　当光由光疏（光速较大）介质进入光密（光速较小）介质时，入射角大于折射角

　　当光由光密（光速较小）介质进入光疏（光速较大）介质时，入射角小于折射角

　　由于光的折射会使池水看起来变浅，筷子看起来变弯。

　　由于光的折射会使岸上的树看起来变高（试作图分析）

　　不论光从空气进水还是从水进空气都是空气中的角大

　　练：试确定法线MN和分界面AB

　　AO为入射光线，BO为折射光线 AO为入射光线，BO为折射光线

　　由空气中射向水中 由水中射向空气中

透镜及凸透镜

　　①透镜的概念

　　凸透镜：中间厚边缘薄的透镜

　　凹透镜：中间薄边缘厚的透镜

　　光心：过光心的光线传播方向不变

　　主光轴：球心的连线

　　焦点：平行于主光轴的光经凸透镜折射后会聚的一点

　　焦距：焦点到光心的距离

　　②透镜对光的作用

　　凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用

　　会聚不一定成为会聚光束，只要折射光线比原光线靠近主光轴即为会聚；

　　发散不一定成为发散光束，只要折射光线比原光线远离主光轴即为发散；

　　·完成光路：

　　平行于主光轴的光，经凸透镜后的折射光线过焦点

　　从焦点发出的光，经凸透镜后的折射光线平行于主光轴

　　过凸透镜光心的光线经过凸透镜时传播方向不变

　　平行于主光轴的光，经凹透镜后的折射光线过另侧焦点

　　指向另侧焦点的光，经凹透镜后的折射光线平行于主光轴

　　过凹透镜光心的光线经过凹透镜时传播方向不变

　　凹透镜成像规律：

　　正立、缩小、虚像如防盗门上的猫眼儿。

　　凸透镜成像规律：

　　实验：探究凸透镜成像规律：

　　器材：蜡烛，凸透镜（选焦距较小的），带刻度尺的光具座，光屏，火柴等。凸透镜成像规律：

　　其中v为像到透镜的距离，u为物体到透镜的距离，f为透镜焦距。

　　(照相机)

　　u>2f

　　倒立 缩小 实像，像与物体在透镜异侧， f< v <2f

　　u=2f

　　倒立 等大 实像，像与物体在透镜异侧， v = 2f

　　(投影仪)

　　f<u<2f

　　倒立 放大 实像，像与物体在透镜异侧， v > 2f。

　　u=f

　　不成像

　　(放大镜)

　　0<u<f

　　正立 放大 虚像，像与物体在透镜同侧， v > u。

　　虚像时：物近镜则像变小、像近镜；（小小小）

　　物远镜则像变大、像远镜；（大大大）

　　例：用放大镜时，镜离物越远，则像越大

　　实像时：物近镜则像变大、像远镜（小大大）

　　物远镜则像变小、像近镜（大小小）

　　例：照过全身像，要得到大头像应该如何操作相机。照相机机远离人，镜头缩短。

　　投影仪的像要变大，应该是投影仪远离屏幕，镜头靠近投影片。

　　实验注意事项：

　　1实验前需调节烛焰中心、透镜中心、光屏中心在同一水平直线上：使实像始终成在光屏中央。

　　2实像：是实际光线的会聚形成；能用光屏承接、能用眼睛代替光屏直接通过透镜观测；

　　3虚像：不是实际光线的会聚形成；不能用光屏承接、能用眼睛代替光屏直接通过透镜观测；

　　4u=f处即焦点 是虚实、倒正的分界点

　　u= 2f处即二倍焦距处是大小的分界点

　　5无论怎样移动光屏都在光屏上成不出像的原因：可能是虚像、可能是像距太大、可能是三者中心不在同一水平直线上。

　　6蜡烛烧短的过程中，光屏上的像会向上移动；此时可将光屏调高或将透镜调低使像回到光屏中央。

　　7高空照相，物体离的非常远，镜头与底片距离近似等于焦距

眼球和眼镜

　　好像一架照相机（视网膜上呈倒立缩小的实像）

　　晶状体和角膜共同作用相当于一个凸透镜，

　　视网膜相当于光屏

　　看近处物体时睫状体收缩，晶状体变厚，对光的偏折能力变大

　　看远处物体时睫状体放松，晶状体变薄，对光的偏折能力变小

　　近视眼：

　　表现：远处物体的像呈在视网膜前

　　原因——晶状体太厚或眼球前后方向上太长

　　矫正——戴凹透镜使光发散一些（近视镜）

　　远视眼：

　　表现：近处物体的像将呈在视网膜后

　　原因——晶状体太薄或眼球前后方向上太短

　　矫正——戴凸透镜使光会聚一些（老花镜）

　　矫正：戴凸透镜使光会聚一些（近视镜）

　　10显微镜和望远镜：

　　目镜和物镜都由凸透镜组成，目镜的作用都相当于放大镜把像放大

　　显微镜的物镜相当于投影仪得到放大实像

　　望远镜的物镜相当于照相机得到缩小实像

　　望远镜优点：使人对像的视角变大；比瞳孔收集更多的光

　　望远镜的物镜可用凹面镜代替以收集更多的来自于星体的光；

2.4光的色散

　　彩虹就是被空中的水滴色散而产生的，路面上的彩色油膜等。

　　太阳光通过棱镜后在白色光屏上呈现出红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫光的过程。

　　(实际还有红外线及紫外线)

　　彩虹就是被空中的水滴色散而产生的，路面上的彩色油膜等。

　　色光的三原色：红、绿、蓝。

　　电视的光就是三原色混合而成的，

　　三原色叠加为白色，

　　红绿叠加为黄，红蓝叠加为品红，蓝绿叠加为青色

　　颜料的三原色：品红、黄、青。

　　物体的颜色：

　　透明物体由通过它的色光决定；不透明物体由它反射的色光决定。

　　即：透明物体反射与其不同色的所有色光，同色的光进入并通过

　　不透明物体只反射与其相同颜色的色光，其它色光都被其吸收。

　　例：１暗室内，只用红光照射绿衣服看到的是黑色的（红光被吸收了，没有反射光进入人眼）

　　２常见的有色玻璃是不完全 透明的物体，同色的光既有反射也有通过。

　　看不见的光：红外线和紫外线

　　红外线：光谱中红光以外的是红外线，

　　一切物体都可以辐射红外线，且温度越高辐射的红外线越强。

　　应用：红外线夜视仪，

　　红外线测温仪

　　红外线烤箱（利应用热效应特点）

　　电视遥控器（利用波长较长特点）。（能看到红灯是由于伴随有红光产生）。

　　紫外线：光谱中紫光以外的是紫外线

　　自然中的紫外线大多来自于太阳

　　应用：帮助人体合成维生素D，

　　使荧光物质发光——验钞

　　紫外线能杀死微生物——灭菌（紫外线灯看起来是蓝色的原因是伴随有紫光产生）

　　防止：过度照射会得皮肤癌；涂防晒油，打防晒伞。

　　思考：平面镜成像实验装置中会产生光的折射现象吗？小孔成像实验呢？

　　凸透镜成像规律的实验装置中会产生光的反射现象吗？人看到光屏上的像？人看到自己同侧的物体在透镜上成像

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