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2.4光和颜色
学习目标
1.知道光的直线传播,了解相关现象(如小孔成像、日食、月食等)。
2.知道光在真空中传播的速度为3×105千米/秒。
3.通过实验了解白光的组成和不同色光混合的现象。
4.知道红外线和紫外线。
02预习导学
一、光源
1.自身会发光的物体叫光源, 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射出的光，
好像它们也在发光一样,它们不叫光源,如月球和所有的行，星星中有恒星和行星等,恒星本身能够发光,而行星则不能发光。
二、光的传播
1. 光的直线传播
光在同一种均匀物质中是沿直线传播的。
2.光线
为了形象地表示光的传播情况,我们常用一条带箭头的直线表示光的传播路线和方向。这样的线叫做光线。光线不是真实存在的,而是为了研究方便,假想出的理想模型,这种研究科学问题的方法叫模型法。
3.光沿直线传播的实例
影子、日食、月食、小孔成像。
注意：
在小孔成像中,物体通过小孔成一个倒立的实像（是由实际光线形成的,像的形状只跟物体的）形状相似，跟孔的形状无关。像的大小跟物体到小孔的距离和光屏到小孔的距离有关。当物体到小孔的距离大于光屏到小孔的距离时,成缩小的像;当物体到小孔的距离小于光屏到小孔的距离时,成放大的像;当物体到小孔的距离等于光屏到小孔的距离时,成等大的像。
三、光速
1.光在不同物质中传播快慢是不同的。在真空中光的传播最快,每秒达3X105千米,光在空气中传播比在真空中稍慢一点;光在水中的传播速度约为真空中的一半;光在玻璃中的传播速度比在水中的传播速度更小。
2.由于光的速度比声的速度大得多,打雷下雨时,雷声和闪电是同时发生的,但是我们总是先看到闪电,后听到雷声。
四、光的色散
1.1666年,英国物理学家牛顿做了色散实验,揭开了光的颜色的秘密。
2.色散实验:让太阳光穿过一条狭缝,射到三棱镜上,从棱镜另一侧的白纸屏上可以看到一条彩色的光带,彩色光带中的颜色是按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列的,这就是光的色散现象。(如图所示)
这个现象表明:第一,白色光不是单色光,而是由各种色光混合而成的复色光。第二,不同的色光通过棱镜时偏折的程度是不同的。实验中红光偏折的程度最小,在最上边;紫光偏折的程度最大,在最下边。各色光偏折的程度从小到大按照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列。
五、物体的颜色
1.我们看到物体的原因是眼睛接收到了来自物体的光。白色的物体能反射所有照射在它表面的光,眼睛接收到的是含有各种色光的混合光,因此感觉是“白色”的,黑色的物体能吸收所有照射在它表面的光,眼睛接收不到来自它的反射光,没有光进入眼睛,因此感觉物体是“黑色”的,我们能看到物体呈现各种色彩也是因为它能反射不同颜色的光。
2.物体的颜色由它所反射或透射的光的颜色决定。①透明物体的颜色是由它透过的色光决定的。②不透明物体的颜色由该不透明物体反射的色光决定。③如果在上贴一张黑纸,不论什么颜色的光照射该地方均为黑色,这表明黑色物体吸收各种颜色的光;如果在屏上贴一张白纸,在白纸上能看到各种色光,表明白色物体反射各种色光,即红光照射到白纸上呈红色,黄光照射到白纸上呈黄色。
3.三原色原理:红、绿、蓝是色光三原色,两种色光混合后使眼睛感觉到产生了另一种颜色的光。彩色电视机屏幕上呈现的五彩缤纷的画面,就是由光的三原色混合而成的。
六、看不见的光
1.红外线
红外线位于红光之外,它的频率范围在3X1011赫~3.9X1014赫,一切物体都在不停地发射红外线。物体的温度越高,辐射出的红外线越强，物体在辐射红外线的同时,也在吸收红外线。
红外线的主要特性是热作用强。各种物体吸收了红外线后温度升高，因此,人们利用红外线来加热物品。
红外线穿透云雾的能力强,定向性好,用于红外遥控。家庭用的电视机和空调遥控器就是利用红外线来工作的。利用红外遥感技术可以对地球勘测、寻找水源、监视森林火灾、评估大面积农作物的长势等。由于不同温度的物体发出红外线的强弱不同,利用红外线探测器、红外线照相机、红外线夜视仪可以识别温度不同的物体。
2.紫外线
紫外线的频率范围是7.5X1014赫~3X1016赫,位于紫光之外。高温物体如太阳、弧光灯和其他炽热物体发出的光中都有紫外线。紫外线的主要特性是化学作用强,易使照相胶片感光,紫外线的生理作用强,能杀菌。
紫外线具有荧光效应,能使荧光物质发光,用来鉴别纸币的真伪,紫外线验钞机就是利用紫外线工作的。
（二）即时练习：
【小试牛刀1】下列物体中属于光源的是（ ）
A．月亮 B．烛焰
C．粗糙的电影银幕 D．波光粼粼的湖面
【答案】B
【解答】解：烛焰本身能发光，这是光源；月亮是反射太阳的光，电影银幕是反射光，湖面也是反射光，这些不是光源，故ACD错误，B正确。
故选：B。
【小试牛刀2】下列四种现象，不能用光的直线传播来解释的是（ ）
A．
妙趣手影 B．
小孔成像
C．
日食奇观 D．
水中倒影
【答案】D
【解答】解：A．妙趣手影的形成说明光是沿直线传播的，由于光的直线传播，被物体挡住后，物体后面就会呈现出阴影区域，就是影子，故A不符合题意；
B．小孔成像是利用光的直线传播原理形成的倒立的实像，故B不符合题意。
C．当月球转到太阳和地球中间并且三者在一条直线上时，月球挡住了太阳照射在地球上的光线，地球处在月球的影子里，这就形成了日食，日食的形成说明光是沿直线传播的，故C不符合题意；
D．水中倒影属于平面镜成像，是由于光的反射形成的，不能用光的直线传播来解释，故D符合题意。
故选：D。
【小试牛刀3】“不经历风雨怎么见彩虹”，如图所示为太阳光射到空气中的小水珠（图中圆模拟小水珠）形成彩虹光路示意图，a、b为两种单色光。图中彩虹形成过程中涉及到的光现象有（ ）
A．光的折射 B．光的反射 C．光的色散 D．以上都有
【答案】D
【解答】解：根据图片可知，太阳光斜射入空气中的小水珠时，光线的传播方向发生了改变，属于光的折射现象；折射光线会在小水珠内部发生反射现象；由于不同颜色的光的折射情况不同，所以会出现光的色散现象，综上所述，D正确。
故选：D。
03题型精讲
【题型一】光源
【典型例题1】下列物体中不属于光源的是（ ）
A．正在播放节目的液晶电视
B．中秋佳节明亮的月亮
C．燃烧着的蜡烛
D．恒星
【答案】B
【解答】解：ACD、正在播放节目的液晶电视、燃烧着的蜡烛、恒星，都能够自身发光，属于光源，故ACD不符合题意；
B、中秋佳节明亮的月亮，自己不发光，是反射太阳的光，不是光源，故B符合题意。
故选：B。
【典型例题2】下列物体属于光源的是（ ）
A．发生反光的黑板
B．明亮的月亮
C．正在播放的液晶电视
D．播放视频的投影仪幕布
【答案】C
【解答】解：发生反光的黑板、明亮的月亮、播放视频的投影仪幕布自身不能发光，不是光源，正在播放的液晶电视自身能够发光，属于光源。
故选：C。
【题型二】光在均匀介质中直线传播
【典型例题3】下面现象中不能说明光是直线传播的是（ ）
A．影子的形成
B．小孔成像
C．闪电后才听到雷声
D．看不见高墙后在的物体
【答案】C
【解答】解：影子的形成、小孔成像和看不见高墙后面的物体都是光沿直线传播现象；
闪电后才听到雷声属于光速和声速现象，不属于光沿直线传播现象。
故选：C。
【典型例题4】2023年国家射击队国内第一阶段选拔赛刚刚落下帷幕，浙江队整体表现优秀，以下现象与运动员射击时瞄准原理不相同的是（ ）
A．
日食现象 B．
手影游戏
C．
树荫下的光斑 D．
水中倒影
【答案】D
【解答】解：运动员射击时瞄准原理是光在同种均匀介质中沿直线传播；
A、日食现象是由光的直线传播形成的，故A不符合题意；
B、手影是由光的直线传播形成的，故B不符合题意；
C、树荫下的光斑属于小孔成像现象，是由光的直线传播形成的，故C不符合题意；
D、水中倒影是由光的反射形成的，故D符合题意。
故选：D。
【对点训练2】如图是科学兴趣小组同学探究小孔成像现象的装置，她们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。下列判断错误的是（多选）（ ）
A．小孔成像的原理是光在均匀介质中沿直线传播
B．小孔成像是实像
C．像的形状与小孔的形状无关；与物体的形状有关
D．像的形状与小孔的形状有关；与物体的形状无关
【答案】AD
【解答】解：A、小孔成像的原理是光在同种均匀介质中沿直线传播，没强调同种，故A错误；
B、小孔成的是倒立实像，故B正确；
CD、像的形状与小孔形状无关，与物体形状有关，故C正确，D错误。
故选：AD。
【题型三】光的色散
【典型例题5】
如图所示，在暗室中做光的色散实验，实验中可以观察到白屏上出现彩色光带，其中A端的单色光颜色为（ ）
A．红色 B．绿色 C．紫色 D．黑色
【答案】C
【解答】解：当太阳光经过三棱镜后，会分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光，因为三棱镜倒置，所以A端为紫光，B端为红光。
故选：C。
【典型例题6】如图所示，将一束太阳光投射到玻璃三棱镜上，在棱镜后侧光屏上的AB范围内观察到了不同颜色的光，则（ ）
A．A处应是紫光
B．只有AB之间有光
C．将照相底片放到AB范围B的外侧，底片不会感光
D．将温度计放到AB范围A的外侧会看到温度上升很快
【答案】D
【解答】解：（1）由于不同颜色的光的波长不同，通过三棱镜的折射程度不同，所以白光经三棱镜后，光屏上自上而下出现了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的色带，因此A处为红光，B处为紫光；故错误
（2）红外线和紫外线都属于不可见光，A的外侧是红外线，温度计放到这个地方，温度计的示数会明显升高；故B错误，D正确；
（3）B的外侧是紫外线，将涂有荧光物质纸条放到这个地方，荧光物质会发光，故C错误。
故选：D。
【对点训练3】
当白光斜射向三棱镜后，会发生如图所示的色散情况。有关该现象的原理及紫光所在的位置，分析正确的是（ ）
A．光的折射，B处 B．光的折射，A处
C．光的反射，B处 D．光的反射，A处
【答案】A
【解答】解：光从空气射入三棱镜再射入空气，发生了两次光的折射，三棱镜对红光的偏折能力弱，对紫光的偏折能力强，因此紫光在B处。
故选：A。
【题型四】物体的颜色
黑色表面的物体对热辐射的吸收本领比白色表面的物体强，那么，炎热的夏天在太阳下和在屋子里，应该（ ）
A．穿深色的衣服比较凉快
B．穿白色的衣服比较凉快
C．太阳下穿白色衣服，屋子里穿深色衣服比较凉快
D．穿任何颜色的衣服都一样凉快
【答案】C
【解答】解：白色衣服能反射各种色光，吸热本领小，夏天在太阳下面穿白色衣服能减少对太阳光的吸收，阳光下穿白色衣服比较凉快；
黑色衣服能吸收各种色光，吸热本领强，夏天在屋内光照较弱，黑色衣服没有多少光线可吸收，而黑色衣服可以吸收人体产生的热量，并不断向外辐射热量，对人体起到降温的作用，所以夏天在屋子里穿黑色衣服比较凉快。
综合分析可知：夏天太阳下穿白色衣服，屋子里穿深色衣服比较凉快。
故选：C。
04体系构建
05记忆清单
小孔成像与影子的区别与联系
| 影子
| 小孔成像
| 不
同
点
| “影子”是光不能到达的地方形成的黑暗区域
| “小孔成像”所成的像相对于物体是倒立的
| | “影”和物体形状相似，不一定和物体一样大小
| “像”的形状和物体是相似的
| 相同点
| 都是光沿直线传播形成的
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强化训练
1．与成语“立竿见影”应用了相同光学知识的是（ ）
A．
雨后彩虹
B．
水中倒影
C．
海市蜃楼
D．
步枪瞄准
【答案】D
【解答】解：“立竿见影”是指杆遮挡了光线，杆子后面就会呈现出阴影区域，形成了杆的影子，因此属于光沿直线传播现象；
A、雨后彩虹，属于光的折射现象，故A错误；
B、物体在水中形成的倒影是由于光的反射形成的虚像，故B错误；
C、海市蜃楼，属于光的折射现象，故C错误；
D、步枪瞄准，是应用了光的直线传播，故D正确。
故选：D。
2．三月的温州，樱花正在漫山遍野绽放，一簇簇缓满枝头，烂漫如霞，与山景相互衬托，汇成了一副春色满园的壮美画卷，迎来了各方游客前来观赏。请根据信息回答如下题目。光让我们看到这个世界的美好，小科游玩后便整理起有关光的知识点，如图是小科复习光学知识时构建的思维导图，图中现象（1）处可补充的现象是（ ）
A．镜子中优秀的“自己”
B．湖水中青山的倒影
C．阳光下柳树的影子
D．岸上的人看到水中的“鱼”
【答案】C
【解答】解：A、镜子中优秀的“自己”是平面镜成像，属于平面镜成像，是由于光的反射形成的，不符合题意。
B、湖水中青山的倒影，属于平面镜成像，是由于光的反射形成的，不符合题意。
C、在阳光下，地面上出现柳树的影子是由光的直线传播形成的，符合题意；
D、岸上的人看到水中的“鱼”是由于光的折射形成的，不符合题意。
故选：C。
3．2016年5月23日中午时分，四川省成都市，巨大的日晕包裹着太阳，现身城市上空，吸引了众多市民观看拍摄。专家表示，这种现象是因为高空的水蒸气遇冷形成小冰晶，太阳光照射小冰晶后，分解成不同颜色的光，这样太阳周围就出现一个巨大的彩色光环，称为“日晕”。下列关于此现象的说法中正确的是（ ）
A．水蒸气遇冷形成小冰晶是凝固现象，此过程要放热
B．水蒸气遇冷形成小冰晶是液化现象，此过程要吸热
C．太阳光照射小冰晶后分解为七色光是光的反射现象
D．太阳光照射小冰晶后分解为七色光是光的折射现象
【答案】D
【解答】解：AB、水蒸气遇冷形成小冰晶是凝华现象，凝华放热，故AB错误；
C、太阳光照射小冰晶后通过折射分解为七色光，故C错误；
D、太阳光能穿过云层在小冰晶上发生折射，看上去在太阳的周围出现一个圆圈，由内而外呈、红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，这就是光晕，是光的色散现象。故D正确。
故选：D。
4．戴蓝色眼镜看白纸，白纸变成蓝色是因为（ ）
A．白纸发射来的光通过眼镜，被眼镜染上蓝色
B．白纸只能反射蓝色的光
C．蓝色眼镜挡住了白纸反射光中的蓝色光
D．蓝色眼镜只能透过白纸反射光中的蓝色光
【答案】D
【解答】解：太阳光包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，太阳光照射白纸时，白纸反射太阳光的七种色光；
当七种色光射向透明的蓝色眼镜片时，透明的蓝色眼镜片只让蓝光通过，其他的颜色被透明的蓝色眼镜片吸收，只有蓝光通过镜片进入人的眼睛，人感觉白纸变成蓝色，综上所述，ABC错误，D正确。
故选：D。
5．成语“白纸黑字”喻指证据确凿，不容抵赖和否认。从物理学角度看（ ）
A．黑字比白纸反射光的本领强
B．白纸和黑字分别发出不同颜色的光进入眼睛
C．白纸和黑字分别反射出白光和黑光进入眼睛
D．白纸反射出白光进入眼睛，而黑字不反光
【答案】D
【解答】解：我们看到白纸，是因为所有的色光经过白纸反射到我们眼睛中。
我们看到黑字是因为黑字吸收所有的色光，不反射光。
故选：D。
6．你在一张白纸上用红色的笔写下“科学”两个字，再透过蓝色的玻璃看这张纸，发现你看到的（ ）
A．纸是蓝色的，字是黑色的
B．纸是蓝色的，字是红色的
C．纸是蓝色的，字是蓝色的
D．纸是白色的，字是红色的
【答案】A
【解答】解：蓝色玻璃只能透过白纸反射的各种色光中的蓝光，所以纸是蓝色的；
红字只能反射红光，红字反射的红光被蓝玻璃吸收，所以看到的字是黑色的。
故选：A。
7．关于红外线，下列说法中错误的是（ ）
A．按下遥控器时，我们看见遥控器上发出的红光就是红外
B．治疗疾病时，在红外线照射下，人体组织的温度会升高
C．红外夜视仪可利用红外线的强弱来识别不同温度的物体
D．红外线在真空中传播的速度为3×108米/秒
【答案】A
【解答】解：A、红外线是不可见光，按下遥控器时，我们看见遥控器上发出的红光不是红外线，故A错误；
B、治疗疾病时，在红外线照射下，人体组织温度会升高，故B正确；
C、一切物体都在不停地辐射红外线，温度越高辐射越强，夜视仪是通过接收红外线的强弱来分辨人和其他物体的，故C正确；
D、红外线在真空中传播的速度为3×108米/秒，故D正确。
故选：A。
8．下列关于光的说法错误的是（ ）
A．阳光主要由红外线、可见光、紫外线所组成
B．银行用验钞机识别伪钞，利用了紫外线的荧光效应
C．用红外线灯治疗关节炎，利用了红外线的热作用
D．用太阳光来杀菌，利用了可见光具有较大的能量
【答案】D
【解答】解：
A、阳光是复色光，有可见光、红外线和紫外线组成，故A正确；
B、紫外线有荧光效应，使荧光物质发出荧光，可以做成验钞机，检验钱的真伪，故B正确；
C、红外线的热效应很强，医疗上利用红外线对病人理疗都是应用了红外线的热效应比较强，故C正确；
D、用太阳光来杀菌，利用了紫外线具有杀菌作用，故D错误。
故选：D。
9．打雷时，总是先看到闪电，后听到雷声，这是因为（ ）
A．打雷时，总是先有闪电，后有雷声
B．打雷时，闪电和雷声虽然同时发生，但人耳比人眼反应慢
C．打雷时，闪电和雷声虽然同时发生，但光的传播速度比声音的传播速度大
D．打雷时，闪电发生的地点和雷声发生的地点离人的距离不同
【答案】C
【解答】解：光在空气中的传播速度是3×108m/s，声音在空气中的传播速度是340m/s，光的传播速度远大于声音的传播速度，闪电和雷声是虽然是同时发生的，但经过相同的路程，光需要的时间短，声音需要的时间长，闪电先到达观察者，雷声后到达观察者，因此打雷时我们总是先看到闪电后听到雷声，故C正确，ABD错误。
故选：C。
10．新冠疫情时期，防疫和学习同行。有一种测温仪，只要在额头前照一下就可知一个人的体温是否正常。它是 （填“红外线”或“紫外线”）测温仪，这种光是一种 （填“可见”或“不可见”）光。
【答案】红外线；不可见。
【解答】解：红外线的热作用强，用红外线测温仪只要在额头前照一下便可知一个人的体温是否正常，红外线属于不可见光。
故答案为：红外线；不可见。
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