2023學(xué)年完整公開課版陽光的傳播

3.2

陽光的傳播香格里拉--午夜陽光在黑暗的屋子里，人為什么看不見東西？思考？陽光還給我們帶來了什么？春回大地大地春回晨曦紅富士西岳絕頂漁歸陽光給我們帶來了

光和熱，陽光照耀下的世界充滿了光和影。五彩繽紛，要有光的照射，否則，美麗的景色將變得一片漆黑。只有光照射進(jìn)眼睛里，你才能有各種視覺。紅光射入你的眼睛，你就感覺到紅，黃光射入你的眼睛，你就產(chǎn)生黃的視覺，沒有光進(jìn)入你的眼睛，你就感到黑，進(jìn)入的光很多，你就感到很亮。光與視覺的關(guān)系光是從哪里發(fā)出的？哪些物體能自行發(fā)光？光源熱光源：冷光源：由于高溫而發(fā)光，如蠟燭、白熾燈、火炫、電弧燈、恒星。發(fā)光時(shí)溫度并不高，如日光燈、節(jié)能燈、螢火蟲、電視熒光屏。發(fā)光效率？一般熱光源最低，冷光源高，生物發(fā)光發(fā)光效率100%?？吹阶孕邪l(fā)光的物體：光從光源發(fā)出后傳播到眼睛里?？吹奖旧聿话l(fā)光的物體：視覺把其它光源的光反射（或折射）出來，再進(jìn)入眼睛里。例如？光從光源發(fā)出后是怎樣傳播的？光的直線傳播現(xiàn)象有哪些？現(xiàn)象？小孔成像、影子形成(日月食、金星凌日)、“三點(diǎn)成一線”。

我們常用帶箭頭的直線來表示光的傳播路徑和方向，這條假想的線叫＿＿＿。光直線傳播有條件嗎？在均勻介質(zhì)中光沿直線傳播。現(xiàn)象？光線光傳播需要時(shí)間嗎？你準(zhǔn)備如何探究？真空中光速C＝3×108米／秒＝＿＿＿＿千米／秒。3×105在其它透明介質(zhì)中呢？均小于此速度。問題？小孔成像的像和影子的形狀、倒正、大小分別決定于？閱讀、思考與練習(xí)1、無影燈下光是不是沿直線傳播？教室里是無形燈嗎？2、下列屬于光源的有＿＿＿＿。①流星②液光表里的發(fā)光的數(shù)學(xué)和指針③普通電視機(jī)熒光屏④手機(jī)和液晶電視的液晶屏⑤電影的銀幕⑥等離子電視的屏⑦熒光棒3、天文學(xué)上常用光年（光在一年內(nèi)傳播的距離）作長度單位，已知織女星距地球約2.7光年，求織女星距地球多少千米？4、人沿著街道走向街燈，再從街燈下走遠(yuǎn)，則他的影子長短變化是（）(見后頁圖)

A、變長B、先變長再變短C、變短D、先變短再變長5、閱讀思考P85“小資料”、“科學(xué)家小注”和P86的練習(xí)。發(fā)光烏賊煙火水滴發(fā)亮的貓眼發(fā)光的轉(zhuǎn)基因斑馬魚一種發(fā)光的水母鉆石螢火蟲眩目的白熾燈穿過云層曼哈頓的世貿(mào)中心遺址亮起兩束藍(lán)色光柱，紀(jì)念“9·11”慶典的光柱皮影戲?qū)儆诳軕虻囊环N，也是中國古老的劇種。皮影戲演出用的"影人"，是用驢皮，或用牛皮、羊皮經(jīng)過硝制刮平，根據(jù)劇中的角色和襯景的設(shè)計(jì)，進(jìn)行雕簇、敷色、熨平、裝訂，在藝人的操縱下，靠燈光的透射，將影人映現(xiàn)到屏幕上（俗稱亮子）。隨著樂器伴奏和唱腔配合，便成為"一口敘還千古事，雙手對(duì)舞百萬兵"，意趣盎然的活動(dòng)藝術(shù)形象了。皮影藝術(shù)影子是如何形成的？

光在傳播過程中，遇到不透明的物體，在物體后面便產(chǎn)生影。影子和物體外輪廓的相似性，說明了光的直線傳播。地面上光斑有什么特點(diǎn)？

光速的測(cè)定在光學(xué)的發(fā)展史上具有非常特殊而重要的意義。

在光速的問題上物理學(xué)界曾經(jīng)產(chǎn)生過爭執(zhí)，開普勒和笛卡爾都認(rèn)為光的傳播不需要時(shí)間，是在瞬時(shí)進(jìn)行的。但伽利略認(rèn)為光速雖然傳播得很快，但卻是可以測(cè)定的。1607年，伽利略進(jìn)行了最早的測(cè)量光速的實(shí)驗(yàn)。

伽利略的方法是，讓兩個(gè)人分別站在相距一英里的兩座山上，每個(gè)人拿一個(gè)燈，第一個(gè)人先舉起燈，當(dāng)?shù)诙€(gè)人看到第一個(gè)人的燈時(shí)立即舉起自己的燈，從第一個(gè)人舉起燈到他看到第二個(gè)人的燈的時(shí)間間隔就是光傳播兩英里的時(shí)間。這種方法根本行不通。但伽利略的實(shí)驗(yàn)揭開了人類歷史上對(duì)光速進(jìn)行研究的序幕。1676年，丹麥天文學(xué)家羅麥第一次提出了有效的光速測(cè)量方法。他在觀測(cè)木星的衛(wèi)星的隱食周期時(shí)發(fā)現(xiàn)：在一年的不同時(shí)期，它們的周期有所不同；在地球處于太陽和木星之間時(shí)的周期與太陽處于地球和木星之間時(shí)的周期相差十四五天。他認(rèn)為這種現(xiàn)象是由于光具有速度造成的，而且他還推斷出光跨越地球軌道所需要的時(shí)間是22分鐘。羅麥的理論沒有馬上被法國科學(xué)院接受，但得到了著名科學(xué)家惠更斯的贊同。惠更斯根據(jù)他提出的數(shù)據(jù)和地球的半徑第一次計(jì)算出了光的傳播速度：214000千米/秒。雖然這個(gè)數(shù)值與目前測(cè)得的最精確的數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)，但他啟發(fā)了惠更斯對(duì)波動(dòng)說的研究；更重要的是這個(gè)結(jié)果的錯(cuò)誤不在于方法的錯(cuò)誤，只是源于羅麥對(duì)光跨越地球的時(shí)間的錯(cuò)誤推測(cè)，現(xiàn)代用羅麥的方法經(jīng)過各種校正后得出的結(jié)果是298000千米/秒，很接近于現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室所測(cè)定的精確數(shù)值。

1725年，英國天文學(xué)家布萊德雷發(fā)現(xiàn)了恒星的“光行差”現(xiàn)象，以意外的方式證實(shí)了羅麥的理論。剛開始時(shí)，他無法解釋這一現(xiàn)象，直到1728年，他在坐船時(shí)受到風(fēng)向與船航向的相對(duì)關(guān)系的啟發(fā)，認(rèn)識(shí)到光的傳播速度與地球公轉(zhuǎn)共同引起了“光行差”的現(xiàn)象。他用地球公轉(zhuǎn)的速度與光速的比例估算出了太陽光到達(dá)地球需要8分13秒。這個(gè)數(shù)值較羅麥法測(cè)定的要精確一些。菜德雷測(cè)定值證明了羅麥有關(guān)光速有限性的說法。

1849年，法國人菲索第一次在地面上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置來測(cè)定光速。他的方法原理與伽利略的相類似。他將一個(gè)點(diǎn)光源放在透鏡的焦點(diǎn)處，在透鏡與光源之間放一個(gè)齒輪，在透鏡的另一測(cè)較遠(yuǎn)處依次放置另一個(gè)透鏡和一個(gè)平面鏡，平面鏡位于第二個(gè)透鏡的焦點(diǎn)處。

點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過齒輪和透鏡后變成平行光，平行光經(jīng)過第二個(gè)透鏡后又在平面鏡上聚于一點(diǎn)，在平面鏡上反射后按原路返回。由于齒輪有齒隙和齒，當(dāng)光通過齒隙時(shí)觀察者就可以看到返回的光，當(dāng)光恰好遇到齒時(shí)就會(huì)被遮住。從開始到返回的光第一次消失的時(shí)間就是光往返一次所用的時(shí)間，根據(jù)齒輪的轉(zhuǎn)速，這個(gè)時(shí)間不難求出。通過這種方法，菲索測(cè)得的光速是315000千米/秒。由于齒輪有一定的寬度，用這種方法很難精確的測(cè)出光速。

1850年，法國物理學(xué)家傅科改進(jìn)了菲索的方法，他只用一個(gè)透鏡、一面旋轉(zhuǎn)的平面鏡和一個(gè)凹面鏡。平行光通過旋轉(zhuǎn)的平面鏡匯聚到凹面鏡的圓心上，同樣用平面鏡的轉(zhuǎn)速可以求出時(shí)間。傅科用這種方法測(cè)出的光速是298000千米/秒。另外傅科還測(cè)出了光在水中的傳播速度，通過與光在空氣中傳播速度的比較，他測(cè)出了光由空氣中射入水中的折射率。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在微粒說已被波動(dòng)說推翻之后，又一次對(duì)微粒說做出了判決，給光的微粒理論帶了最后的沖擊。邁克耳遜（美國人，A.A.Michelson,1852-1931）繼承了傅科的實(shí)驗(yàn)思想，用旋轉(zhuǎn)八面棱鏡法測(cè)得光速為299796千米/秒。

1928年，卡婁拉斯和米太斯塔德首先提出利用克爾盒法來測(cè)定光速。1951年，貝奇斯傳德用這種方法測(cè)出的光速是299793千米/秒。

光波是電磁波譜中的一小部分，當(dāng)代人們對(duì)電磁波譜中的每一種電磁波都進(jìn)行了精密的測(cè)量。1950年，艾森提出了用空腔共振法來測(cè)量光速。這種方法的原理是，微波通過空腔時(shí)當(dāng)它的頻率為某一值時(shí)發(fā)生共振。根據(jù)空腔的長度可以求出共振腔的波長，在把共振腔的波長換算成光在真空中的波長，由波長和頻率可計(jì)算出光速。

當(dāng)代計(jì)算出的最精確的光速都是通過波長和頻率求得的。1958年，弗魯姆求出光速的精確值：299792.5±0.1千米/秒。1972年，埃文森測(cè)得了目前真空中光速的最佳數(shù)