八年級科學(xué)光和視覺

1、第二章 光和視覺【概念與規(guī)律】一、光信息光是一種信息，光在傳播過程中就在傳遞一種信息。視覺就是眼睛視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞將光信息轉(zhuǎn)換為可在視神經(jīng)中傳輸?shù)男畔ⅲㄟ^視神經(jīng)等把這些信息傳入腦中，再通過大腦的整合作用而形成視覺。二、光的反射1光的反射：光射到物體表面有一部分光被反射回去的現(xiàn)象。2光的反射定律：反射光線、入射光線和法線在同一平面，反射光線與入射光線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。（三線兩角一面）鏡面反射：反射面平整光滑。漫反射：反射面粗糙不平。3光的反射形式： 都遵循光的反射定律。 4光線的可逆性：光在反射時光路是可逆的。5光的反射的應(yīng)用：球面鏡與平面鏡。平面鏡：能改變光的傳播方向。凹鏡：

2、對反射光線有會聚作用，如太陽灶等。凸鏡：對反射光線有發(fā)散作用，如汽車反光鏡等。 球面鏡：三、光的折射1光的折射：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時傳播方向產(chǎn)生偏折的現(xiàn)象。2光的折射規(guī)律：折射光線、入射光線與法線在同一平面，折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)。當(dāng)光從空氣中斜射入其它物質(zhì)中時，折射光線偏向法線方向；光從其它物質(zhì)斜射入空氣中時，折射光線偏離法線方向；當(dāng)光線垂直入射時，進(jìn)入第二種介質(zhì)的光線傳播方向不發(fā)生改變。四、凸透鏡成像1凸、凹透鏡的作用：凸透鏡：光線經(jīng)凸透鏡折射后能使光線會聚，亦稱會聚透鏡。凹透鏡：光線經(jīng)凹透鏡折射后能使光線發(fā)散，亦稱發(fā)散透鏡。2凸透鏡成像的特點(diǎn)：物距u成像性質(zhì)像的位置像距v

3、應(yīng)用1u2f倒立、縮小的實像異側(cè)2fvf照相機(jī)22fuf倒立、放大的實像異側(cè)v2f投影儀3uf正立、放大的虛像同側(cè)vu放大鏡五、視覺1近視 (1) 成因：晶狀體凸度過大，成像于視網(wǎng)膜之前；(2) 矯正方法：戴用凹透鏡制作的眼鏡。2遠(yuǎn)視 (1) 成因：晶狀體凸度過小，成像于視網(wǎng)膜之后；(2) 矯正方法：戴用凸透鏡制作的眼鏡。六、視覺的延伸折射式望遠(yuǎn)鏡反射式望遠(yuǎn)鏡1平面鏡：反射面為平面的鏡。平面鏡所成的像是直立的虛像，大小與物相等，像與物分別在鏡面的兩側(cè)，且離鏡面的距離相等，像與物的對應(yīng)點(diǎn)的連線與鏡面垂直，物與像的位置對于鏡平面是對稱的。2望遠(yuǎn)鏡：用以觀察遠(yuǎn)處物體的光學(xué)儀器。類型3顯微鏡：獲得微小

4、物體或物體細(xì)微部分的放大像，以便觀察的光學(xué)儀器。主要由一短焦距的物鏡和一焦距較長的目鏡組成，物鏡和目鏡都是透鏡組?！締⒌吓c拓展】例1 一束光線與地面成40°角射向地面，今要使這束光線垂直入射到一口井中，以照亮井底，請問平面鏡應(yīng)如何放置？分析：根據(jù)光的反射定律，反射角等于入射角。由此可知，法線為反射光線與入射光線所成角的平分線。即AON = BON =(90°40°) = 65° AOM = 90°AON = 90°65°= 25°COM =AOCAOM = 40°25°= 65° 平面

5、鏡MM'應(yīng)與水平地面成65°放置。解本題的關(guān)鍵是要徹底理解光的反射定律。例2 如圖2-2所示，一束光與平面鏡成60°角照射，今保持入射光線方向不變，將平面鏡繞O點(diǎn)沿順時針方向轉(zhuǎn)動10°，則反射角增大了_，反射光線方向轉(zhuǎn)動了_。分析：解決此題要將光的反射定律理解得更加透徹。當(dāng)平面鏡繞O點(diǎn)順時針轉(zhuǎn)過100時，法線也轉(zhuǎn)過了10°，這樣反射光線與入射光線的夾角增大了20°，由于入射光線方向沒有變化，所以反射光線方向轉(zhuǎn)動了20°。例3 如圖2-3所示，一杯水放在水平桌面上，一束光AO斜射向水面，此時在杯底的B點(diǎn)看到一光斑。若向杯中逐漸加

6、水時，杯底的光斑會怎樣變化？分析：這是應(yīng)用光的折射一類題型。當(dāng)往杯中逐漸加水時，光的入射方向沒有變化，光還是從空氣中射入同一水中，所以折射角與入射角的大小關(guān)系不會發(fā)生變化。但是，由于水平的不斷上升，入射點(diǎn)也隨著沿入射光線上升，使光束提前到O點(diǎn)發(fā)生了折射，這樣折射光線在杯底形成的亮點(diǎn)B也就移到了B點(diǎn)（如圖2-3）。因此，杯底光斑在慢慢地向左移動。例4 在研究凸透鏡成像的實驗中，若凸透鏡的焦距為10cm。當(dāng)物體在光具座上從離凸透鏡30cm處逐漸移到離透鏡15cm處時，在另一側(cè)的光屏上觀察到的像的大小如何變化？在這一移動過程中，像與物體之間的距離發(fā)生怎樣的變化？分析：1根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律，當(dāng)物體從

7、遠(yuǎn)處逐漸靠近焦點(diǎn)F1時，所成像在另一側(cè)自焦點(diǎn)后沿兩條線1與2之間不斷遠(yuǎn)離，不斷放大。所以在另一側(cè)的光屏上將會觀察到不斷變遠(yuǎn)、不斷變大的像。2由凸透鏡成像的光路圖可知，當(dāng)物體在AB位置時，像在CD位置。當(dāng)物體移到2f處（A'B'）時，像成在C'D'位置。此時像與物之間的距離是不斷地變小。當(dāng)物體從A'B'位置移到A''B''位置時，像從C'D'位置移到了C''D''位置。由圖可知，像與物之間的距離不斷地變大。因此得出結(jié)論。當(dāng)物體從30cm處移到15cm處時，像與物之間的距

8、離先變小后變大。例5 在研究凸透鏡的實驗中，當(dāng)物體在光具座上移到離透鏡中心20cm時，在另一側(cè)的光屏上看到一個放大的像。當(dāng)物體移到另一位置，將光屏移到離透鏡中心12cm處時，看到一個縮小的像。問該透鏡可取的焦距范圍是多少？分析：1由例4的光路圖可知，在光屏上看到放大的像時，物體的位置在A''B''附近，即2f uf 2f 20cmf 20cm f 10cm2同理，光屏上看到縮小的像時，光屏應(yīng)移到CD附近。即2f 12cmf12cmf 6cm因此，要使兩次成像同時滿足，焦距f應(yīng)是：12cmf 10cm例6 如圖2-5所示，有兩條由同一光源S發(fā)出的經(jīng)平面鏡反射后的反

9、射光線，請利用平面鏡成像規(guī)律找出點(diǎn)光源S。分析：由平面鏡成像規(guī)律可知，像與物大小相等，像與物到鏡面的距離相等。因此，我們只要利用平面鏡成像特點(diǎn)作出S的對稱點(diǎn)。即光源S點(diǎn)?！舅伎寂c練習(xí)】1一束光垂直照射到平面鏡上，今將平面鏡繞入射點(diǎn)順時針轉(zhuǎn)動15°，則入射角增大了_度，反射角增大了_度，反射光線轉(zhuǎn)動了_度。2有一束光沿與水平地面成20°角射向地面?，F(xiàn)要使光變?yōu)樨Q直方向射出，則應(yīng)放一個與地面成_度或_度角的平面鏡。3漁民看到河里的魚是光的_（填“反射”或“折射”）而形成的_（填“實”或“虛”）像。它的位置比真實魚的位置_（填“高”或“低”）?？吹剿械聂~是因為光的_（填“反射”

10、或“折射”）所成的_（填：“實”或“虛”）像。4近視眼是由于晶狀體_，成像于視網(wǎng)膜_，矯正方法是戴_。5一位身高1.65米的人站在離豎直放置的平面鏡前2米處，當(dāng)他以0.5米/秒的速度向后退時，經(jīng)過2秒鐘，他看到鏡中的像離他_米。鏡中像高_(dá)米。在他后退過程中，他看到他的像以他本人為參照物以_米/秒后退。6如圖2-6所示，在平面鏡前甲、乙、丙三點(diǎn)處各放一個點(diǎn)光源，人眼在右處觀察。則人從平面鏡中能看到哪些光源的像？（ ）A甲、乙 B甲C乙、丙 D甲、乙、丙7如圖2-7所示，平行光線經(jīng)透鏡折射后射向平面鏡，用眼看鏡子時光線似乎從M點(diǎn)發(fā)出，則此透鏡的焦距是（ ）A0.5m B0.2m C0.1m D0.

11、4m8下列有關(guān)說法正確的是（ ）A在漫反射現(xiàn)象中，有一部分光線不遵循光的反射定律B一束光垂直射向平面鏡，入射角等于90°C在光的反射中，入射角等于反射角D黑板反光是由于黑板不夠粗糙，發(fā)生鏡面反射現(xiàn)象9如圖2-8所示，凸透鏡的下部被不透明的板遮住，發(fā)光點(diǎn)S的像在屏M上P點(diǎn)，若把不透明的板移到凸透鏡的上部，則發(fā)光點(diǎn)S的像在（ ）AP點(diǎn)的上方 B仍在P點(diǎn)CP點(diǎn)的下方 D無法確定10水中一光源S射出一條光線SO，經(jīng)水面折射（圖2-9），對于折射光線可能正確的是（ ）AOA BOBCOC DOD11下列光學(xué)器件中，能成等大的實像的是（ ）A平面鏡 B凹面鏡C凸透鏡 D凹透鏡12制作表面平滑的金

12、屬工件時，常用反射光線來“放大”工件表面微小的凹凸不平，如圖2-10所示。入射光線豎直下射方向不變，工人將工件沿水平方向勻速移動，光屏上看不到亮點(diǎn)，則工件表面_(填“平滑”或“不平”)；若看到光屏上有亮點(diǎn)，則工件表面_(填“平滑”或“不平”)。為使“放大”效果更顯著，應(yīng)該光屏適當(dāng)_(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)工件。13有下列光學(xué)器材：顯微鏡、放大鏡、平面鏡、幻燈機(jī)。從成像原理角度來劃分，與其它不同類的是_，這種分類的根據(jù)是_；從成像的性質(zhì)來劃分，與其它不同類的是_，因為它所成的是_。14圖2-11所示是光射到兩種物質(zhì)界面時同時發(fā)生反射與折射現(xiàn)象，這兩種物質(zhì)一種是空氣，另一種是玻璃，由圖可知，折射角

13、為_度，反射光線是_，光是從_，射向_。15在研究凸透鏡成像的實驗中，在光具座上自左至右依次放置蠟燭、_、光屏，調(diào)整它們的高度。使它們的中心大致在_，其目的是為了_。16在研究凸透鏡成像時，當(dāng)物體移到離透鏡中心16cm時，在光屏上看到一個縮小的像；當(dāng)物體移到離透鏡中心10cm時，在光屏上看到一個放大的像，則該透鏡的焦距可能是（ ）A20cm B14cm C8cm D6cm17完成圖2-12所示的光路圖。18在圖2-13的方框中畫上合適的透鏡。19如圖2-14所示某一點(diǎn)光源S，要使它發(fā)出的光線經(jīng)平面鏡反射后的反射光線恰好通過P點(diǎn)，請找出入射點(diǎn)O的位置，并完成光路圖。20如圖2-15所示，水平地面

14、上有一光源S，發(fā)出一束光垂直射向與地面距5m平行于地面的平面鏡上，今將平面鏡沿入射點(diǎn)O逆時針轉(zhuǎn)動22.5°，則S發(fā)出的光線經(jīng)平面鏡反射后照在地面上的光點(diǎn)離光源S的距離是多少？【探索與實驗】示例1 探究光的反射規(guī)律1材料：一小平面鏡、一個手電筒、一張硬紙板、一張有狹縫的白紙。2方法：(1) 將硬紙板對折，使它的一半能繞中心軸線轉(zhuǎn)動；(2) 將硬紙板放在小平面鏡上；(3) 讓手電筒的一束光線通過白紙的狹縫照向平面鏡，在硬紙板上作下記號；轉(zhuǎn)動硬紙板的另一半，直到找到反射光線，也在另一半的硬紙板上作下記號，畫上對應(yīng)的反射光線；(4) 取下硬紙板，用量角器量出兩條光線與轉(zhuǎn)動軸之間的夾角。示例2

15、 探究光的折射特點(diǎn)1材料：一杯水、手電筒、一張有狹縫的白紙。2方法：(1) 讓手電筒的一束光線通過有狹縫的白紙，垂直照向水中，觀察一下光在水中的傳播方向；(2) 讓手電筒的光束斜射入水中，觀察光在水中的傳播方向；(3) 猜想光從水中射向空氣時，折射光線會怎樣？示例3 探究折射成像1材料：一個玻璃杯、一枚硬幣、一杯水2方法：(1) 如圖2-17所示，將一枚硬幣放入杯子中，眼睛從某一位置斜著看過去，剛好看不到杯底的硬幣；(2) 往杯中緩緩注水，同時從同一處斜著看，觀察杯底的硬幣有什么變化。示例4 探究凸透鏡成像特點(diǎn)1材料：放大鏡一面、蠟燭一支、直尺一把、白紙板一塊。2方法：(1) 在水平桌上放上一

16、把直尺（一米長），將放大鏡固定在桌子中央；(2) 在放大鏡左邊放上一支點(diǎn)燃的蠟燭，右邊放上白紙板；(3) 調(diào)節(jié)蠟燭與放大鏡的距離，然后移動白紙板，直到在白紙板上觀察到清晰的燭焰的像；(4) 根據(jù)物距、像距和像的變化，總結(jié)凸透鏡成像的特點(diǎn)。實踐1 探究平面鏡成像的規(guī)律1材料：一塊透明的平板玻璃、一張白紙、一枚硬幣。2方法：(1) 在白紙上事先等間距畫好刻度；(2) 將玻璃板直立在白紙上；(3) 在玻璃板前放一枚硬幣，找出硬幣通過玻璃板在其中的像，并作好記號；(4) 取走玻璃，仔細(xì)研究像點(diǎn)與物點(diǎn)關(guān)于鏡面的關(guān)系。實踐2 透過裝滿水的杯子觀看自己的手指1材料：一個直筒型玻璃杯、水。2步驟：(1) 沒有

17、裝水時，透過玻璃杯，觀察自己的手指；(2) 在杯中裝滿水時，觀看自己的手指；(3) 當(dāng)手指離杯壁很遠(yuǎn)時觀察手指的像；(4) 當(dāng)手指逐漸遠(yuǎn)離杯壁時，觀察手指的像。3比較(3)、(4)兩次的像，記錄下來，并進(jìn)行討論研究，能得出什么結(jié)論？【科學(xué)擷萃】視覺器官與視覺的產(chǎn)生視覺器官的外部感受器是人眼。人眼具有完善的光學(xué)系統(tǒng)以及各種使眼睛轉(zhuǎn)動并調(diào)節(jié)光學(xué)裝置的肌肉組織。人眼的外形接近球形，稱為眼球。眼球壁是包圍眼球的一層組織，由鞏膜、脈胳膜和視網(wǎng)膜組成。鞏膜在眼球壁最外一層，呈白色，它主要起著鞏固、保護(hù)眼球的作用。鞏膜前面的透明部分叫角膜。它好像眼睛的玻璃窗戶，光線從角膜射入眼內(nèi)。脈絡(luò)膜緊貼鞏膜。包含有豐富

18、的血管和色素，起著輸送養(yǎng)料、滋養(yǎng)眼睛的作用。脈絡(luò)膜的最前面的環(huán)狀部分為虹膜。虹膜中央有一個小圓孔，叫做瞳孔。瞳孔的縮小和擴(kuò)大，能控制進(jìn)入眼內(nèi)的光量，起著像照相機(jī)上光圈一樣的作用。虹膜后面為水晶體，透明而有彈性的組織，像一雙凸透鏡。它的邊緣有懸韌帶，把水晶體聯(lián)系在睫狀肌上，睫狀肌的收縮和放松，可以控制水晶體的曲度。角膜與虹膜之間的空間為前房，位于虹膜和水晶體之間的空間為后房。水晶體的后面的空間充滿著叫玻璃液的液體。角膜、水晶體、水樣液和玻璃液組成了整個眼睛的折光系統(tǒng)。它們使得物體射來的光線發(fā)生折射而在視網(wǎng)膜上成像。眼球壁的第三層為視網(wǎng)膜。人的視網(wǎng)膜粗略地分為三層次：一層是感光細(xì)胞，即圓錐細(xì)胞和圓

19、柱細(xì)胞；二層是雙極細(xì)胞，圓錐細(xì)胞、圓柱細(xì)胞和雙極細(xì)胞聯(lián)結(jié)。一般情況是，每一個圓錐細(xì)胞與一個雙極細(xì)胞聯(lián)結(jié)，這是在光亮的條件下便于精細(xì)地感受外界的光刺激。圓柱細(xì)胞與此不同，幾個圓柱細(xì)胞聯(lián)結(jié)一個雙極細(xì)胞。這是為了在黑暗條件下能夠總合外界微弱的光刺激；三層是神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，它的細(xì)胞的視覺纖維通向大腦。人的視網(wǎng)膜中共計有一億三千萬個圓柱細(xì)胞和七百萬個左右的圓錐細(xì)胞，它們沿著視網(wǎng)膜的分布是不均勻的。在視網(wǎng)膜中央的黃斑部位和中央凹附近只有圓錐細(xì)胞，幾乎沒有圓柱細(xì)胞。在黃斑以外，圓柱細(xì)胞增多，而圓錐細(xì)胞數(shù)量減少。圓柱細(xì)胞的特點(diǎn)是對弱光有高度的感受性，含有夜視所需要的視紫紅質(zhì)，對弱光反應(yīng)靈敏，但它不能感受顏色，對精

20、細(xì)的辨別也沒有多大的貢獻(xiàn)。圓錐細(xì)胞不僅能在強(qiáng)光下發(fā)生作用，并用能產(chǎn)生色覺，辨別物體的細(xì)節(jié)，含有強(qiáng)光視覺所需要的視紫藍(lán)質(zhì)?？梢姡瑘A柱細(xì)胞和圓錐細(xì)胞有不同的視覺功能，圓柱細(xì)胞是暗視覺器官，圓錐細(xì)胞是明視覺器官。視網(wǎng)膜不同部位的視覺敏銳度的變化是與圓錐細(xì)胞的分布情況一致的。中央凹的圓錐細(xì)胞密度最大，所以中央凹視敏度最高。在微光視覺中，中央凹對微光的反應(yīng)很差，類似夜盲，微光視覺主要是圓柱細(xì)胞發(fā)生作用。光線通過角膜進(jìn)入眼球，經(jīng)過虹膜，虹膜的瞳孔隨著光線的強(qiáng)度變化改變其口徑大小，起著光圈的作用。然后光線通過水晶體和玻璃體而到達(dá)視網(wǎng)膜。水晶體和玻璃體都有不同的折射率，使視網(wǎng)膜得到清晰的物像。眼睛的感光系統(tǒng)就

21、是視網(wǎng)膜，它猶如照相機(jī)中的底片。視網(wǎng)膜的功能是將由折光系統(tǒng)傳入的光線進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將光能變成化學(xué)能，再將這部分能量由視神經(jīng)轉(zhuǎn)化成生物電能送入大腦皮層的枕葉，即產(chǎn)生視覺。門鏡門鏡俗稱“貓眼”，裝在入戶的門上，室內(nèi)的人可以通過它看清室外的來訪者，但室外的人卻不能通過門鏡看清室內(nèi)的人和物。它的構(gòu)造如圖2-18所示，相當(dāng)于由一個凹透鏡和一個凸透鏡組成。當(dāng)室內(nèi)的人貼近門鏡向外看時，由于凹透鏡的發(fā)散作用，將室外物體的像移近，并使該像位于凸透鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)，通過凸透鏡在室內(nèi)人的明視距離處成一虛像，故室內(nèi)人眼可以看清室外的人與物。其光路如圖2-19所示。當(dāng)室外的人向室內(nèi)看時，室內(nèi)景物上發(fā)出的光線通過凸透鏡后，再

22、通過凹透鏡的發(fā)散作用，使像成在離凹透鏡很近處，其像距比正常人眼的近點(diǎn)10cm還小得多，因此室外的人無法看清室內(nèi)的景物。這樣就起到了監(jiān)視室外來人的作用。望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡是通過放大遠(yuǎn)距離物體的視角或增加眼接收遠(yuǎn)距離光源的光通量（人眼所能感覺的輻射通量）來觀察遠(yuǎn)處物體的光學(xué)儀器。按物鏡的類型可分為折射式望遠(yuǎn)鏡和反射式望遠(yuǎn)鏡，按所觀察的電磁波的范圍又可分為光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和射電望遠(yuǎn)鏡。最早發(fā)明折射式望遠(yuǎn)鏡的不知道是誰，但在16世紀(jì)后期，對類似于望遠(yuǎn)鏡的原始儀器已有所描述。據(jù)考證，1608年，荷蘭眼鏡商利珀希的一名學(xué)徒無意間發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把兩塊透鏡一前一后放置觀察遠(yuǎn)處物體時，遠(yuǎn)處物體的像被放大了。由此制造了世界上第一架

23、望遠(yuǎn)鏡。1609年，意大利物理學(xué)家伽利略憑著自己掌握的折射和透鏡的知識，設(shè)計和制作了他自己的望遠(yuǎn)鏡，它的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-20所示。它的物鏡是一凸透鏡，目鏡是凹透鏡，物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的后焦點(diǎn)（圖中右方）重合。由遙遠(yuǎn)星體上射來的平行光束，經(jīng)物鏡成像在目鏡的右方焦點(diǎn)附近（p），它相當(dāng)于目鏡的虛物，從目鏡透出的仍為平行光束，它的方向與O2p平行，其視角得到了放大。1609年12月，伽利略用他自制的望遠(yuǎn)鏡觀察月球，發(fā)現(xiàn)了月球表面的“環(huán)形山”和“月?！薄?610年，他又發(fā)現(xiàn)了木星的四顆衛(wèi)星，同年發(fā)現(xiàn)了金星存在著圓缺的位相變化，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)有力地證明了哥白尼日心說的正確性。他把他的新發(fā)現(xiàn)寫成星界的報告一書，該書的問世，引起了巨大的反響，人們把他的新發(fā)現(xiàn)跟哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸相提并論。圖2-201615年，開普勒首次用兩個凸透鏡分別作為物鏡和目鏡制成望遠(yuǎn)鏡，被稱為開普勒望遠(yuǎn)鏡。這種望遠(yuǎn)鏡的光路如圖2-21所示，