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2.4光和颜色
学习目标
1.了解光的反射现象，说出法线、入射角、反射角的含义，了解光的反射定律。
2.能根据光的反射定律绘制有关光路图。
3.知道平面镜成像特点，初步认识虚像的含义。能应用平面镜成像规律，作出
虚像，找出物和像的对应关系。
4.了解光的折射现象，了解光从空气斜射入水中或其他介质中时的偏折规律。
5.初步认识在光的反射和折射中光路的可逆性。
02预习导学
一、光的反射
1.定义：光射到物体表面上时，有一部分光会被物体表面反射回来，这种现象叫做光的反射。
一点
| 入射点
| 光的入射点，用字母“O”表示
| 三线
| 入射光线
| 射到反射面的光线，如图中的AO
| | 法线
| 经过入射点0垂直于反射面的直线，它是一条辅助线，通常用虚线表示，如图中的ON
| | 反射光线
| 入射光线射到反射面上后，被反射面反射后的光线，如图中的OB
| 两角
| 入射角
| 入射光线与法线的夹角，如图中的i
| | 反射角
| 反射光线与法线的夹角，如图中的r
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注意：入射光线与反射光线有方向，用字母表示时，应沿光传播方向叙述字母，如入射光线AO、反射光线OB。
2.光的反射定律:在反射现象中，入射光线、反射光线、法线在同一平面内;反射光线和入射光线分居法线的两侧;反射角等于入射角。这就是光的反射定律。
注意：
①入射角是入射光线和法线的夹角，不是入射光线与界面的夹角。
②入射角与反射角的因果关系不能颠倒，反射角由入射角决定，反射角随入射角的变化而变化，只能说反射角等于入射角。
③当光垂直入射时，入射角为0°，反射角也为0°，反射光线与入射光线、法线三线合一。
④光的反射定律记忆口诀:同平面，居两侧，角相等，路可逆。
3.镜面反射和漫反射
平行光线入射，反射光线还是平行的，这种反射叫做镜面反射，如图甲所示;如果平行光线入射，反射光线是向着不同方向的，这种反射就叫做漫反射，如图乙所示。
镜面反射和漫反射
| 不同点
| 相同点
| | 反射面
| 平行光入射后的反射光
| 现象举例
| | 镜面反射
| 光滑平坦
| 仍平行，只在一个方向能看到
| 用平面镜反射太阳光，只能在某一个方向从镜子中看见太阳;黑板反光
| 每一条反射光线都遵循光的反射定律
| 漫反射
| 凹凸不平
| 向着各个方向，能在各个方向看到
| 从不同方向都能看到粉笔字;看到盛开的鲜花
| |
二、平面镜
1.平面镜成像的原理:光的反射
平面镜所成的像是物体发出(或反射)的光线射到镜面上发生反射，由反射光线的反向延长线在镜后相交而形成的，如图所示。点光源S在镜后的像S’并不是实际光线会聚而成的，而是由反射光线的反向延长线相交而成的，人逆着反射光线看，觉得光线好像由S’点射出，而实际上像并没有发出光。所以S叫S 的虚像。如果把光屏放在S'处，是接收不到这个像的，所以虚像只能用眼睛看到，而不能呈现在光屏上。
2. 平面镜成像的特点
平面镜成像的特点可概括为“大小相等、线面垂直、距离相等、左右相反、像为虚像”。即平面镜所成的像与物关于镜面对称。
①大小相等:像和物体的大小相等。
②线面垂直:像和物体的对应点连线跟镜面垂直。
③距离相等:像到镜面的距离和物体到镜面的距离相等。
④左右相反:像和物体左右是相反的。
⑤像为虚像:物体在镜中所成的像是虚像，只能用眼睛观察到，不能用光屏去承接。
三、光的折射
1.光的折射现象
光从一种介质斜射到另一种介质时,传播方向会发生偏折,这种现象叫做光的折射。
2.光的折射规律
光折射时,入射光线、折射光线、法线在同一平面内;折射光线和入射光线分居法线两侧;光从空气斜射入水或玻璃中时,折射光线向法线偏折，折射角小于入射角。入射角增大时,折射角也增大。光垂直射到水或玻璃中时折射光线与入射光线在同一直线上。
光的折射规律可简单归结为四句话:三线共面,法线居中,变化一致，空气角大。
注意：①折射角、入射角都是指光线与法线的夹角,在确定入射角、折射角时法线是关键。
②叙述规律时,注意因果关系，入射光决定折射光,因此应把“折射”叙述在前面。
③当入射角改变时,折射角也在变化,如入射角增大,折射角也增大;入射角减小,折射角也减小;当入射角减小到0°,即垂直入射时，折射角也为0°,此时光的传播方向不改变。因此在发生光的折射时,光的传播方向一般会发生改变,而不是一定改变。
④折射中光路是可逆的,即当光逆着折射光线入射时,折射光将逆着原入射光线射出(沿原路返回)。
3.从岸上看水里和从水里看岸上看到的都不是物体本身,而是升高了的虚像。
（二）即时练习：
【小试牛刀1】如图所示的四种情景中，属于光的反射现象的是（ ）
A．
树荫下的光斑 B．
空中的海市蜃楼
C．
露珠下叶脉条纹 D．
湖面上树的倒影
【答案】D
【解答】解：A.树荫下的光斑是由于光的直线传播形成的，故A错误；
B.海市蜃楼是光经过不均匀的大气层时，发生折射形成的，故B错误；
C.露珠下的叶脉纹是凸透镜成像，是光的折射现象，故C错误；
D.湖面上树的倒影，属于平面镜成像，是由于光的反射形成的，故D正确。
故选：D。
【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】有市民拍到一只白色的鸟儿在河水中悠然走动，呈现出两个影子，一白一黑，与李白诗句“对影成三人”完美契合。下面关于黑影和白影的形成表述正确的是（ ）
A．黑影是由于光的反射形成的
B．白影是由于光的折射形成的
C．黑影是由于光沿直线传播形成的
D．白影是由于光沿直线传播形成的
【答案】C
【分析】（1）光在同种、均匀、透明介质中沿直线传播，产生的现象有小孔成像、激光准直、影子的形成、日食和月食等；
（2）光线传播到两种介质的表面上时会发生光的反射现象，例如水面上出现岸上物体的倒影、平面镜成像、玻璃等光滑物体反光都是光的反射形成的。
03题型精讲
【题型一】光的反射现象
【典型例题1】如图是一只白鹤在水面散步时的优美场景。关于白鹤两个“影”的形成原理，正确的是（ ）
A．影子——光的反射 B．影子——光的色散
C．倒影——光的反射 D．倒影——光的折射
【答案】C
【解答】解：AB、白鹤的“影子”——光的直线传播，故AB错误；
CD、白鹤的“倒影”——光的反射，故C正确，D错误。
故选：C。
【典型例题2】下列现象中，属于光的反射现象的是（ ）
A．盛有水的碗，看上去碗底变浅了
B．晴天看见“白云在水中飘动”
C．一端放入水中的铅笔看起来在水面被折断了
D．透过一张透明塑料纸上的水珠看到的字放大了
【答案】B
【解答】解：A、从水中碗底上反射的光从水中斜射入空气中时，发生折射，折射光线远离法线，当人逆着折射光线的方向看时，看到的是碗底的虚像，比实际位置偏高，即看上去碗底变浅了，故与题意不符；
B、晴天看见“白云在水中飘动”，属于平面镜成像，是由于光的反射形成的，符合题意。
C、从水中铅笔上反射的光从水中斜射入空气中时，发生折射，折射光线远离法线，当人逆着折射光线的方向看时，看到的是铅笔的虚像，比实际位置偏高，所以感觉折断了，故与题意不符；
D、透明塑料纸上的水珠相当于一个凸透镜，透过一张透明塑料纸上的水珠看到的字放大了，属于凸透镜成像，是由于光的折射形成的。故与题意不符。
故选：B。
【题型二】镜面反射和漫反射
【典型例题3】非洲地区人民会用装满水的矿泉水瓶制作“光导照明灯”（如图），其结构主要包括采光部、导光部及漫射部。为了将更多的太阳光“导”入屋内并照射向各个方向，以下方案中照明效果最好的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【解答】解：导光部分不透明且光滑可以较好的反射光线，漫射部分透明可以让光线透过，粗糙有利于发生漫反射，将更多的太阳光“导入”屋内并照射各个方向，故ABD不符合题意，只有C符合题意。
故选：C。
【典型例题4】小蛟透过一面磨砂，一面平滑的毛玻璃片看不清后方的景物，当毛玻璃片沾上水以后。又可以看见后方的景物。下列分析正确的是（ ）
A．干燥的毛玻璃片表面凹凸不平，光线经过毛玻璃后向各个方向发散，可以成像
B．沾水的毛玻璃片表面变得更平整，能看到后方的景物是光线透过玻璃和水成的虚像
C．公共浴室常用单面毛玻璃隔断，若将粗糙面朝向浴室内更能保护洗澡时的隐私
D．放在桌子上的毛玻璃比玻璃片更容易发现，这是因为毛玻璃表面的镜面反射更强
【答案】B
【解答】解：
A、干燥的毛玻璃片表面凹凸不平，光线经过毛玻璃后向各个方向发散，发生了漫反射，不能成像，故A错误；
B、沾水的毛玻璃片表面变得更平整，此时沾水的毛玻璃片相当于一个平面镜，能看到后方的景物是光线透过玻璃和水成的虚像，故B正确；
C、公共浴室常用单面毛玻璃隔断，若将粗糙面朝向浴室内，当毛玻璃片沾上水以后，又可以看见后方的景物，不能保护洗澡时的隐私，故C错误；
D、放在桌子上的毛玻璃比玻璃片更容易发现，这是因为毛玻璃表面发生了漫反射，反射光线射向四面八方，故D错误。
故选：B。
【对点训练2】关于甲、乙两图表现的光现象，下列说法错误的是（ ）
A．图甲的反射遵循光的反射定律
B．图乙的反射不遵循光的反射定律
C．“光污染”是因图甲的反射造成的
D．坐在不同位置都能看清黑板上的字与图乙的反射有关
【答案】B
【解答】解：
AB、根据图示可知，甲、乙的入射光线都平行，而甲的反射光线也平行，乙的反射光线不平行，因此甲图发生了镜面反射，乙图发生了漫反射；不论是镜面反射还是漫反射都遵守光的反射定律，故A正确，B错误；
C、光污染是光照射到光滑表面上发生镜面反射导致的，则“光污染”是因图甲的反射造成的，故C正确；
D、坐在不同位置都能看清黑板上的字是因为漫反射导致的，即与图乙的反射有关，故D正确。
故选：B。
【题型三】平面镜成像的应用
【典型例题5】
如图所示，甲、乙两人分别站立于一面墙的两边，若要在墙上开一个窗使两人彼此都能看到对方的全身，则所需最小的窗的位置应为（ ）
A．ae B．ad C．be D．bd
【答案】D
【解答】解：光在均匀介质中沿直线传播，两人彼此都能看到对方的全身，则由甲乙反射的光线进入彼此眼中，由下图可知，
所需最小的窗的位置应为bd，故ABC错误、D正确。
故选：D。
【典型例题6】检查视力时，人与视力表的距离要求为5m，由于医务室房间太小，医生首先将视力表贴在一面墙上，然后在对面墙上正对着视力表挂一大平面镜，视力表到镜子的距离为3m，检查视力时（ ）
A．人应面对镜而坐，人与镜的距离为2m
B．人应面对镜而坐，人与镜的距离为2.5m
C．人应面对视力表而坐，人与视力表的距离为2m
D．人应面对视力表而坐，人与视力表的距离为3m
【答案】A
【解答】解：由题意可知，视力表离平面镜为3m，根据平面镜的成像特点，像与物到镜面的距离相等，可知视力表的像离镜子也是3m，所以人离镜子2m时，视力表的像离人距离为3m+2m＝5m，正好符合要求。
分析过程示意图如下：
故选：A。
【对点训练3】
2022年亚运会龙舟比赛将在温州龙舟中心举行。如图为亚运会龙舟项目图标，该图标在平静水面中的倒影是下列选项中的（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】D
【解答】解：平静的水面可以看做平面镜，由于平面镜所成的像与物体关于镜面对称，所以该图标在平静水面中的倒影是选项中的D。
故选：D。
【题型四】光的折射规律的应用
【典型例题7】如图，一束光线跟水平面成45°角，从空气中斜射到水面时，发生了反射和折射，则反射光线和折射光线夹角的范围是（ ）
A．大于135°小于150° B．小于90°
C．小于135°大于90° D．大于135°
【答案】C
【解答】解：光在水的表面发生反射，反射角等于入射角；光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，如图所示；
由图知，折射光线与水平面的夹角大于45°，反射光线与折射光线的夹角应大于45°+45°＝90°，而小于45°+90°＝135°，C正确。
故选：C。
【典型例题7】如图所示是一束光由空气进入某透明物质时，在界面上发生的反射和折射的光路，则下列判断正确的是（ ）
A．AO可能是入射光线 B．OB可能是折射光线
C．OC必定是反射光线 D．BO必定是入射光线
【答案】B
【解答】解：
（1）假设A0是入射光线，若OB为反射光线，OC为折射光线，折射光线与法线重合，不可能；若OC为反射光线，OB为折射光线，折射光线与入射光线在法线同侧，不可能；
（2）假设B0是入射光线，若OA为反射光线，OC为折射光线，折射光线与法线重合，不可能；若OC为反射光线，OA为折射光线，折射光线与入射光线在法线同侧，不可能；
（3）假设C0是入射光线，若OB为反射光线，OA为折射光线，折射角小于入射角，可能；若OA为反射光线，OB为折射光线，折射角小于入射角，可能；
可见，CO一定是入射光线，OA、OB可能是反射光线也可能是折射光线。故ACD错、B正确。
故选：B。
04体系构建
05记忆清单
平面镜成像的特点
平面镜成像的特点可概括为“大小相等、线面垂直、距离相等、左右相反、像为虚像”。即平面镜所成的像与物关于镜面对称。
①大小相等:像和物体的大小相等。
②线面垂直:像和物体的对应点连线跟镜面垂直。
③距离相等:像到镜面的距离和物体到镜面的距离相等。
④左右相反:像和物体左右是相反的。
⑤像为虚像:物体在镜中所成的像是虚像，只能用眼睛观察到，不能用光屏去承接。
强化训练
1．“寻百鸟，赏池杉”是兰溪兰湖风景旅游度假区的一道靓丽风景，如图为兰湖水杉林在水中形成清晰美丽倒影的照片。关于水杉在水中倒影形成的原理是（ ）
A．光的色散 B．光的折射
C．光的反射 D．光的直线传播
【答案】C
【解答】解：水杉在水中倒影形成的原理是光的反射现象，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选：C。
2．如图所示，平面镜OM与ON镜面之间夹角为α，在两平面镜角平分线上有一个点光源S，如果要保证S发出的任意一条光线最多只能产生两次反射，则α的最小值是（ ）
A．120° B．90° C．72° D．60°
【答案】C
【解答】解：S发出的任意一条光线最多只能产生两次反射，根据平面镜成像特点分别作出入射光线SA和反射光线SB，
如图所示：设入射光线SA与平面镜MO的夹角为β，则反射光线AB与平面镜MO的夹角也为β，
当第二次入射时候，原来的反射光线AB即为入射光线，则AB与平面镜NO的夹角为180﹣α﹣β，
同理，SB与平面镜NO的夹角也为180﹣α﹣β，要使第三次反射不发生，β≥180﹣2α，又因为β的最小值为，所以≥180﹣2α，解得α≥72度。
此题也可以这样解答：
OM为对称轴，ON镜面翻折过去。得到ON′镜面。把ON′做为对称轴，将OM翻折过去。得到OM′．以此类推。
S引出一条直光线。与这些镜面的交点个数就是反射次数。
要想只反射两次。那么一定没有第三个交点，也就是说镜面位置最多就是在射线SO上。
就得到α*2.5≥180°（与原方程是等价的）。
得到α≥72°。
故选：C。
3．光纤的纤芯是一种由塑料制成的纤维，纤芯外的镀层可以保证光进入纤芯后全部发生反射，从而避免了光的损失。光在纤芯中的传播路径正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【解答】解：光传播在纤芯与包层的界面上发生全反射，不存在折射。
故选：A。
4．我们看到水中有一轮明月，如图所示能正确反映我们看到水中“明月”的光路图是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】D
【解答】解：月亮反射的光线斜射到水面时，发生反射，反射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线看到月亮的像，即水中“明月”，故选项D正确、ABC错误。
故选：D。
5．如图是小明春游时在水边看到的美景，图中能正确反映他看到水中“树木”的光路图是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【解答】解：如图所示：
看到水中“树木”属于平面镜成像，平面镜成像原理是光的反射，所成的像是反射光线的反向延长线的会聚点，不是实际光线的会聚点，所以成的是虚像，而AC两图中光线从水中发出，D图中光线由眼睛处发出，故ACD错误，B正确。
故选：B。
6．在进行“实验室制取氧气”实验时，小宁透过毛玻璃片看不清后方的景物，当毛玻璃片沾上水以后，又可以看见后方的景物。下列分析有误的是（ ）
A．干燥的毛玻璃片表面凹凸不平，光线经过毛玻璃后向各个方向发散，不能成像
B．沾水的毛玻璃片表面变得更平整，乙图中看到的“科”字是光线透过玻璃和水成的虚像
C．公共浴室常用单面毛玻璃隔断，若将粗糙面朝向浴室内更能保护洗澡时的隐私
D．放在桌子上的毛玻璃比玻璃片更容易发现，这是因为毛玻璃表面的漫反射更强
【答案】C
【解答】解：
A、干燥的毛玻璃片表面凹凸不平，光线经过毛玻璃后向各个方向发散，发生了漫反射，不能成像，故A正确；
B、沾水的毛玻璃片表面变得更平整，相当于一个平面镜，乙图中看到的“科”字是光线透过玻璃和水成的虚像，故B正确；
C、公共浴室常用单面毛玻璃隔断，若将粗糙面朝向浴室内，当毛玻璃片沾上水以后，又可以看见后方的景物，不能保护洗澡时的隐私，故C错误；
D、放在桌子上的毛玻璃比玻璃片更容易发现，这是因为毛玻璃表面发生了漫反射，反射光线射向四面八方，故D正确。
故选：C。
7．晚上，在桌面上铺一张白纸，把一小块平面镜平放在纸上，让手电筒的光正对着平面镜照射，如图所示，则从侧面看去（ ）
A．白纸比较暗，它发生了漫反射
B．白纸比较亮，它发生了镜面反射
C．镜子比较暗，它发生了镜面反射
D．镜子比较亮，它发生了镜面反射
【答案】C
【解答】解：镜子表面光滑，发生镜面反射，垂直照射的手电筒的光，反射后几乎还是向上的，人眼在侧面看，几乎接收不到镜子的反射光线，所以镜子比较暗；
白纸表面粗糙，发生漫反射，手电筒的光反射后，各个方向都有，人眼在侧面看，白纸的反射光线进入人眼的较多，人感觉更亮，故C正确。
故选：C。
8．如图是晚上汽车在干燥的沥青路面和潮湿的沥青路面上行驶时大灯部分光路简图，在晚上开车时（ ）
A．潮湿的路面更容易发生光的漫反射
B．干燥的路面发生光的折射
C．对面无车时，驾驶员看潮湿的路面更暗
D．照射到干燥路面上的光不遵循光的反射定律
【答案】C
【解答】解：A、由图可知，光射到潮湿的沥青路上容易发生镜面反射，故A错误；
B、由图可知，光射到干燥的沥青路上容易发生漫反射，反射光线射向四面八方，不是折射，故B错误；
C、由于光射到潮湿的沥青路上容易发生镜面反射，反射光线还是平行射出，很少的反射光线进入驾驶员眼睛，所以对面无车时。驾驶员看潮湿的路面更暗，故C正确；
D、照射到干燥路面上的光发生漫反射，漫反射也遵守光的反射定律，故D错误。
故选：C。
9．如图，两平面镜MP、PN夹角为60°，一束入射光线AO斜射到MP上，经两平面镜反射后与入射光线AO重合，请画出光路图。
【答案】
【解答】解：根据题意可知，反射光线与镜面PN垂直，由图知，两块平面镜相交成60°角，
则∠POB＝90°﹣60°＝30°，所以AO与平面镜MP的夹角α＝∠AOM＝30°。光线的路径是A→O→B→O→A，如下图所示：
10．五一假期，小赞同学一家驾车到瑞安周边景点游玩。善于观察的他发现了小轿车中运用了许多的光学知识。
发现1：小轿车的前挡风玻璃都是倾斜安装的，而不是竖直安装（如图甲所示）。
发现2：小轿车两侧的观后镜都是凸面镜（如图乙），它们的可视范围比车内的观后镜（平面镜）要大。
发现3：小轿车的远光灯是凹面形，安装在车前方较低的位置，灯丝位于焦点，夜间开灯时，发现照射的距离特别远（如图丙所示）。
请你利用所学的光学知识和原理，解释小赞同学的这三个发现。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）小汽车前面的挡风玻璃相当于平面镜，如果竖直安装，所成的像会在正前方，干扰司机观察路况，倾斜安装可以成像在斜上方，不干扰司机观察路况。
（2）小轿车两侧的观后镜都是凸面镜，凸面镜有发散光线的作用，能扩大视野；
（3）车灯装的较低，可使强光照在地面上或坑洼处等物体上，通过物体反射，司机就容易看清照到的物体；照得远是因为车头的远光灯发光点位于圆弧聚光点位置，这个位置发出去的光经过周围的反射圆弧反射后都是平行射出，所以射得远。
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