光和光的传播

第一章光和光的传播

§1-1光和光学

一、光的本性

1、光学的发展简史

从17世纪开始，牛顿的微粒：认为光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流。惠更斯（C.Huygens）提出的光的波动理论，认为光是在一种特殊弹性介质中传播的机械波。但17、18世纪，主要是光的微粒理论起着主导作用。主要问题是得出了光在水中的速度比在空气中大的错误结论。

19世纪初，托马斯·杨（Thomas Y oung）和菲涅耳（A.J.Fresnel）等人的实验和理论工作把光的波动理论大大推向前进，用波动理论解释光的干涉、衍射现象，初步测定了光的波长，并根据光的偏振现象确认光是橫波。得出了光在水中的速度比在空气中小的正确结论，是在1862年由傅科（J.B.L.Foucault）的实验所证实。因此，19世纪中叶，光的波动说战胜了微粒说。

惠更斯－菲涅耳旧波动理论的弱点，和微粒理论一样，在于它们都带有机械论的色彩，有着很大的局限性。

重要的突破发生在19世纪60年代，麦克斯韦（J.C.Maxwell）的著名电磁理论，这个理论预言了电磁波的存在，并指出电磁波的速度与光速相同。因此麦克斯韦确信光是一种电磁现象，即波长较短的电磁波。

光的电磁理论以大量无可辩驳的事实赢得了普通的公认。

19世纪末、20世纪初是物理学发生伟大革命的时代。正当人们在欢庆宏伟的经典物理学大厦落成的时候，一个个使经典物理学理论陷入窘境的惊人发现接踵而来。当时物理学界的权威开耳文（Lord Kelvin）爵士把光以太和能均分定理的困难比喻作笼罩在物理学晴朗天空中的两朵“乌云”。

为了解决在黑体辐射实验中的“紫外灾难”问题，1900年普朗克（M.Planck）提出了量子假说。

2、光的本性

光的某些方面的行为像经典的“波动”，另一些方面的行为却像经典的“粒子”。这就是所谓“光的波粒二象性”。

一般情况下，在描述光的传播和光波的叠加时，光主要体现出它的波动性；在描述光与物质相互作用时，光主要体现出它的粒子性。

二、光源与光谱

1、光源

任何发光的物体都可以叫做光源。如：太阳、腊烛的火焰、日光灯等。

光是一种电磁辐射，按照能量补给方式不同，大致可分为两大类：

（1）热辐射

不断给物体加热来维持一定的温度，物体就会持续地发射光，包括红外线、紫外线等不可见光。

在一定温度下处于热平衡状态下物体的辐射叫做热辐射或温度辐射。

（2）光的非热辐射

①电致发光

各种气体放电管（如日光灯、水银灯）管内的发光过程是靠电场来补给能量的，这样发光的过程称为电致发光。

②荧光

某些物质在放射线、X射线、紫外线、可见光或电子束的照射或轰击下，可以发出可见光来，这样发出的光称为荧光。

③磷光

有的物质在各种射线的辐照之后，可以在一段时间内持续发光，这种发光称为磷光。夜光表上磷光物质的发光属于此类。

④化学发光

由于化学反应而发光的过程，叫做化学发光。

⑤生物发光

生物体的发光称为生物发光。它是特殊类型的化学发光过程。

2、光谱

电磁波谱的波长（或频率）大约范围：

γ射线：小于10-3 nm 大于20

10

3?Hz

X射线：0.1~5 nm （0.03~300）18

?Hz

10

紫外线：5~400 nm （7.5~3000）14

?Hz

10

可见光：400~760 nm （3.9~7.5）14

?Hz

10

红外光：760~105 nm （0.4~390）12

?Hz

10

无线电波：大于105 nm 小于10-12Hz

光波是电磁波中的一个很小的范围。一般情况下认为能被人眼所感受到的电磁波段为400nm~760nm的狭小范围，这个波段内的电磁波称为可见光。

可见光的波长与颜色对应关系：

400430 450500 570 600630760nm

3、光波的基本性质 （1）光波的速度

麦克斯韦方程组的积分形式及微分形式

积分形式 微分形式

∑??=

ρ=?q dV

A d D A V 0

0ρ=??D

??

???-=?L A

A d t

B l d E t

B E ??-

=??

?=?A A d B 0

0=??B

?????+

-=?L A

A d t

D j l d H )(0 t

D j H ??+

=??0

式中0ρ为自由电荷体密度。

当电磁波在各向同性介质中传播时

E E E P E D e γεε=χε+ε=+ε=0000

同理可知 H B γμμ=0， *)(0E E j +σ=

式中P 为电极化强度矢量；e χ为电极化率；*E 为电源化学力等非静电力场强度。

若电磁波在介质中传播时，上述波动方程的微分形式应为

2

2

0022

00)(

)(t

E t

B t

E B t

??εεμμ=???????εεμμ=????γ

γγ

γ

则光波在各向同性介质中传播速度为：n c c u ///100=εμ=εεμμ=γγγγ，式中

)1(≈με≈

εμ=

γγγr n 在非磁性介质中

。

真空中的光速：s m s m c /103/299799458

/18

00?≈=εμ=

微分方程为2

2

2

2

1t

E u

E ??=

?；同理有2

2

2

2

1t

H u

H ??=

?

（2）电磁波的横波性

将电磁波的方程解代入麦克斯韦的微分形式中，由于在电磁波传播到的空间里，没有传导电流和自由电荷，故00=j ，00=ρ，则有：

0=??D

t

B E ??-

=??

0=??B

t

D H ??=

??

可得：

0=?E k 或0=?D k ； H B E k γμωμ=ω=?0

0=?B k 或0=?H k ； E D H k γεωε=ω-=?0

由此可见，电磁波中矢量D 、H 、k 是两两正交的，S 为玻印亭矢量，与传播方向（k ）一致，因此说明电磁波是横波。证明是横波的另一个性质是偏振，这将在后面课程中作详细阐述。

（3）电磁波能量传播——坡印亭矢量 光强 ① 电磁波的能量

电磁波的强弱描述与机械波一样，是由电磁波的能流密度来表示的，即表示在单位时间内通过单位面积上的能量多少。

对于非导体介质（0=σ），没有热损耗，电磁波的能量守恒表现为单位时间内流出（入）闭合体积的电磁波能量等于单位时间内闭合体积内能量减少（增加），其数学表达式为：

A d H E wdV

dt

d A

V ??-=??)(

其中A 表示截面面积；w 为电磁场的能量密度。

m e w w w +=

H B E D ?+?=2121 2

02

02

12

1H E

γγμμ+

εε=

2020H E γγμμ=εε=

② 玻印亭矢量

H E S ?=

玻印亭矢量即为能流密度矢量，它表示电磁场能量的传播，大小等于垂直通过单位面积的功率，代表了电磁波的波强，也称为光强I 。

2

02

00E

u E

EH S I γγ

γεε=μμεε=

==2

02

00H

u H

γγ

γμμ=εεμμ=

uw =

D E

O k

S=E ×H H B

式中u 为光波在介质中的传播速度。

③ 光强

由光强的表达式可见，光强与光场的平方成正比。并且对于光信号，无论是探测器还是人眼，一般只对电场强度有感应，因此在表达电磁波强度时都用电场强度；另外，由于光的频率极高（约1015Hz ），探测元件只能测得其检测时间内的平均值。如对于真空中的标量单色平面波，光强对时间的平均值为

??ε=??=??2

0E c S I

?+?ε=??ε=2

020)],(*),([4

)]},({Re[t r V t r V c t r V c

?++?ε=ωω-t

i t

i e

r U r U r U e

r U c 22

22

0)(*)(*)(2)(4

)(*)(4

0r U r U c ε=

一般在描述光波强度时，并不直接表示出具体光强的大小，而是只关心其分布，因此常忽略式中的常数因子。故通常光强表示为光场 复数的模的平方。即

2

)

()(*)()(*)(r U r U r U I r U r U I ==∝或

④ 光谱的性质

单一波长的光称为单色光，否则是非单色光。

如果用棱镜或其它分光仪器对各种普通光源发出的光进行分析，发现绝在部分都不是单色光。

令d I λ表示波长在λ ~ λ + d λ间光的强度，则

λ

λλd dI i =

)(

代表单位波长区间的光强，非单色光的i （λ）按波长的分布，叫做光谱。i （λ）称为谱密度，总光强I 与谱密度的关系为：

??

∞

∞

===

=

)(λλλλλd i dI I

不同的光源有不同的光谱，光强在很大波长范围内连续分布，称为连续光谱；光强集中在一些离散的波长值附近而形成一条条谱线，称为线光谱。

对于线光谱，每条谱线只是近似的单色光，它们的光强分布有一定的波长范围Δλ，这个Δλ称为谱线宽度。Δλ愈小，表示单色性愈好。如激光器的谱线宽度比普通光源小得多。

太阳光谱除了一些暗线外，基本上是连续光谱，它所发出的各种波长的可见光混合起来，给人的感觉是白色。光学中所谓白光，经常指具有和太阳连续光谱相近的多色混合光。

三、光学的研究对象、分支与应用

1、研究对象

光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科。

若不涉及光的发射和吸收等与物质相互作用过程的微观机制，光学在传统上分为两在部分：①当光的波长可视为极短时，其波动效应不明显，人们把光的能量看成是沿着直线传播，它们遵从直线、反射、折射等定律，这便是几何光学。②研究光的波动性（干涉、衍射、偏振）的学科，称为物理光学（或波动光学）。

当涉及光的发射和吸收等与物质相互作用过程的微观机制时，通常是在分子或原子的尺度上研究的，在这领域内有时可用经典理论在，有时则需用量子理论，这类问题通常把其称为“分子光学”或“量子光学”，也有人把其归纳为物理光学。

2、分支及应用

光学的应用十分广泛。几何光学本来就是为设计各种光学仪器而发展起来的专门学科。随着科学技术的进步，物理光学也愈来愈显示出它的威力。

例如：光的干涉用于精密测量，衍射光栅则是重要的分光仪器；

光谱在人类认识物质的微观结构（如原子结构、分子结构等）方面曾起了关键性作用，现在它不仅是化学分析中的先进方法，还为天文学家提供了关于星体的化学成分、温度、磁场、速度等大量信息。近来，人们把数学、信息论与光的衍射结合起来，发展起一门新的学科――傅里叶光学，已被应用到信息处理、像质评价、光学计算等技术中。

激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里程碑。由于激光的强度大、单色性好、方向性强等一系列独特性能，已被广泛地运用到材料加工、精密测量、通讯、全息检测、瑿医疗、农业等领域。此外，激光还为同位素分离、催化、信息处理、受控核聚变，以及军事上的应用，取得了辉煌成果。

§1-2光的几何光学传播规律

一、几何光学三定律

1、直线传播定律

光的直线传播定律（rectilinear propagation law）被描述为光在均匀介质中沿直线传播。

当光入射至两种不同的透明均匀介质的

分界面上时，有一部分光被界面反射回到入射

光所在的介质，另一部分光越过界面进入另一

种介质，如图2－1所示。

光在界面上的反射定律为：

1）入射角i 等于反射角γ

i ＝γ

2）入射线、反射线各界面法线在同一平面内（此平面称为入射面，即由入射线与界面法线组成的平面。）且反射线与入射线以界面法线为对称轴。 3、折射定律

光的折射定律（refraction law ）被描述为：

1）入射角的正弦与折射角的正弦之比为常数，它等于折射线所处介质的折射率n ’与入射线所处介质的折射率n 之比，即

n

n i i ''

sin sin = 或 's i n 's i n i n i n ?=?

2）入射线、折射线和界面法线在同一平面内，且分别在法线的两侧。 4、光线可逆原理

光线可逆原理（path reversal principle ）：光沿反方向传播，必定沿原光路返回。 5、全反射与光纤传输

（1）光的全反射（如图1-2所示） 当光从光密媒质射向光疏媒质，即'n n >时，由折射定理

n

n i i ''

sin sin =知

当090'=i

n

n i c 'sin =

，n

n i c 'sin

1

-=

当c i i >时，将出现全反射。i c 称为临界角。

（2）光学纤维 如图1-3所示，在一根折射率较大的玻璃纤维外包一层折射率较小的玻璃媒质，即

12n n >，02n n >光线

经多次全反射可沿着

它的一端传到另一端。由于光纤较细，可以将大量的这样的玻璃纤维组成一束，光在各条纤维之间不会相互干扰。

图1-3

利用光在两折射率不同的透明介质分界面上的折射定理及全反射的性质可知

1'

sin sin n n i i =， 且i 1的取值应为 1

21

1sin

n n i -≥

由0190'=+i i 可得： 22210

1

1sin n n n i -≤-

当入射角满足上述条件时，这些光束将能被传输。

纤维光学近年来得到突飞猛进的发展，它广泛地用于内窥光学系统及光纤通信。尤其在光通讯中，它比电通讯有许多优点，如抗电磁干扰强、频带宽、容量大、保密性好等等。

§1-3 惠更斯原理

一、波的几何描述

在同一振源的波场中，波动同时到达的各点具有相同的相位，这些点的集合组成一曲面，称为波面（或波振面）。

如图1-4所示，由一个点振源发出的波，在各向同性的均匀介质中的波面是以振源为中心的球面，这种波称为球面波（如图1-4 a ）；在离振源无穷远处，波面趋于平面，称为平面波（如图1-4 b ）。

在波场中绘出一线族，它们每点的切线方向代表该点波的传播方向（或者说代表能量流动的方向）。这样的线族称为波线。在各向同性介质中，波线总是与波面正交的。因此球面波的波线通过共同的中心点，构成同心波束。平面波的波线构成平行波束。

所谓“光线”，就是光波的波线。 二、惠更斯原理的表述

惠更斯原理（C.Huygens, 1687年）是关于波面传播的理论。

在某一时刻t 由振源发出的波扰动传播到波面S 。惠更斯提出：S 上的每一面元可认为是次波的波源，由面元发出的次波向外发出球面波，在以后的时刻t '形成次波波面，这些波面的包络面S' 是t ' 刻总扰动的波面。在各向同性的均匀介质中，次波面是半径为v Δt 的球面，v 为波速，t t t -=?'。 三、反射定律和折射定律的解释

根据惠更斯原理，可以解释光的反射定律和折射定律，

并给出折射击率的物理意义——

a 球面波

b 平面波

图1-4

光在两种介质中速度之比为：

2

11

212v v n n n ==

一种介质的绝对折射率为

v

c n =

式中c 为真空中光速，v 为光在介质中的传播速度。 四、直线传播问题（略）

作为几何光学的基础，光的直线传播定律、反射定律和折射定律都是在波长很小的条件下近似成立的，所以几何光学原理的适用范围是有限的，在必要的时候需要用更严格的波动理论来代替它。

§1-4 费马原理

一、光程

光程指的是光在真空中行进的路程。这是光学中一个非常重要的概念。

如图1-6（a ）所示，光在折射率为n 的均匀介质中走过的距离为d ，那么其光程定义为：

nd =?

如图1-6（b ）所示，光在折射率为n （x , y , z ）的非均匀介质中从A 点经过曲线到B 点，那么其光程为：

?→=

?B

A ds z y x n ),,(

二、费马原理的表述

费马原理（P .de.Fermat ，1679年）的表述为：两点间光线的实际路径，是光程（或者说所需的传播时间）为平稳的路径。

B →B

A

（b ）

图1-6

或表述为：光从某点传播到另一点取的实际路径是所花费的时间为极值的路径。此原理即为费马原理。

其数学表达式为： 0),,(=δ

?→B

A ds z y x n

其物理含义是：光在任意两点之间传播时，光程的变分为零。表示光程可取极大、极小以及常量。

可以证明，在均匀介质中的两点间（直线传播）、经平面反射和折射的两点间实际的光程取极小值；在透镜成象系统物点与像点之间的光程取定值（即常量）；而凹球面反射镜成象过程中某些光程取极大值。在几何光学中，大多数情况下的光程都是取极小值和稳定值。

例1-1 证明在凹球面反射镜成象中实际光程取极大值。

证明：过凹球面顶点P ，以A 和A ’为焦点作椭球面，椭球面与球面相切与P 点，C 为球心。根据反射定律，从A 经球面反射到达A ’点必经P 点反射，因此实际光程为APA ’，若经球面上任一点Q 反射到达A ’，则光程应为AQA ’。根据椭球面的性质，从一个焦点经过椭球面到达另一个焦点的距离相等。

即 AP ＋PA ’＝AR ＋RA ’ 在三角形中有 A ’R ＋RQ ＞A ’Q 可证得 光程APA ’＞光程AQA ’ 可见此时光程取极大值。 三、由费马原理推导几何光学三定律

1、反射定律

如图1-8所示，由Q 发出经反射面Σ到达P 有光线，相对于Σ取P 的镜像对称点P'，从Q 到P 任意可能路径QM'P 的长度与QM'P'相等。

QM' + M'P > QMP'

显然，直线QMP'即QMP 的长度最短。根据费马原理，QMP 是实验光线。由对称性不难看出：i = i ' 。

2、折射定律

首先应证明入射光线与折射光线共面，再计算由光源到达光点的光程，根据费马原理对光程取极值。（由学生自己证明）

椭球面

§1-5 光度学基本概念

一、辐射能通量和光能量

可见光在电磁辐射中只占一个很窄的波段。研究光的强弱的学科称为光度学。而研究各种电磁辐射强弱的学科，称为辐射度量学。

1、辐射能通量

定义：单位时间内光源发出或通过一定接收截面的辐射能，称为辐射能通量，或辐射功率。用Ψ表示。

单位：瓦（W ）或千瓦（kW ）

对于非单色辐射，辐射能通量的概念不能更准确地描述能量的分布情况。 对于能量的频谱分布，引入辐射能通量的谱密度概念。

Ψ表示辐射能通是量，ΔΨλ表示在波长范围λ到λ+Δλ中的辐射能通量。当Δλ足够小时，λλ?∝?ψ，则：

λλψλ?=?ψ)(

∑∑?=

?ψ

=

ψλ

λ

λ

λλψ)(

取Δλ→0的极限，则有

??=ψλλψ)(

这里)(λψ描述辐射能在频谱中的分布，称为辐射能通量的谱密度。

2、光通量

当研究光的强度，或更广泛的研究电磁辐射的强度，都离不开观察仪器或检测器件，如光学仪器、人眼、光电池、感光乳胶等。一般来说，每种检测器件对不同波长的光或电磁辐射有不同的灵敏度。检测器件的这种特性用其光谱响应曲线来表征。光谱响应R λ的定义是检测器件的输出信号（通常是电压或电流）的大小与某个波长λ的入射光功率之比。在光度光或辐射度量学的测量中往往希望有R λ不随波长λ变化的器件。

在光学的发展史中可见光波段曾占有特殊的地位。因为这是人眼能感觉到的电磁波段，照明技术就是直接为人类创造适当的工作环境而服务的，它就必须考虑人类眼睛对光的适应性。这里我们主要讨论人类眼睛的光谱响应特征。

光使眼睛产生亮暗感觉的程度是无法作定量比较的，但人们的视觉能够相当精确地判断两种颜色的光亮暗感觉是否相同。对大量具有正常视力的观察者所做的实验表明，在较明亮环境中人的视觉对波长为555.0nm 左右的绿色光最敏感。

则定义视见函数为： λ

λψψ=

0.555)(V

实验表明，要引起与1mW 的555.0nm 绿光相同亮暗感觉的400.0nm 紫光需要2.5mW 辐射能，于是在400.0nm 的视见函数值为：

0004.05

.210

)0.400(3

==

-nm V

表1-1与图1-9中分别给出的是国际上公认的视见函数值和视见函数曲线。可见，在波长400.0nm~760.0nm 范围以外，)(λV 实际上已趋于零。

应当注意：在比较明亮的环境中（如白昼，即明视觉）和比较昏暗的环境中（如夜晚，即暗视觉），视见函数是不同的，图1-9中黑线代表明视觉、灰线代表暗视觉时的视见函数曲线。可见，在昏暗环境中，视见函数的极大值向短波（蓝色）方向移动。

视见函数的这种差异来源于视网膜

上有两种感光单元，一种呈圆锥状，称为圆锥视神经细胞，它在明亮环境中起作用；另一种呈圆柱状，称为圆柱视神经细胞，它在昏暗环境中起作用；而这两种感光系统有不同的光谱响应特性，故形成两个不同的视见函数曲线。

表1-1

因此，对于人眼而言，量度光通量要将辐射能通量以视见函数为权重因子折合成对眼睛的有效数量。

对波长为λ的光，光通量为λ?Φ与辐射能通量λ?ψ的关系为：

λλ

λ?ψ=?Φ

)(V

多色光的总光通量 ∑∑?=

?ψ

∝Φλ

λ

λ

λλψλλ)()()(V V

取Δλ→0的极限，则有

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

400 450 500 550 600 650 700 750

图1-9

?=Φλλψλd V K )()(max

式中K max 是波长为555.0nm 的光功当量，也可叫做最大光功当量，其值由Φ和Ψ的单位决定。光通量单位为lm （lumen ，流明）

K max = 683 lm / W

二、发光强度和亮度

1、发光强度 （1）点光源

当光源的统一计划足够小，或距离足够远，从而眼睛无法分辨其形状时，则称其为点光源。

（2）面光源

若看到的光源有一定的发光面积，这种光源叫做面光源，或扩展光源。 （3）发光强度

点光源Q 沿某一方向r 的发光强度I 定义为：沿此方向上单位立体角内的光通量。

如图1-10所示，则

Ω

Φ=

d d I

发光强度单位为（candela ，坎德拉）。

2、亮度

大多数光源的发光强度因方向而异。扩展光源表面的每块面元dS 沿某方向r 有一定的发光强度d I ，如图1-11所示，设r 与法线n 的夹角为θ，当一个观察者迎着r 方向观察dS 时，它的投影面积为dS' = dS cos θ，面元dS 沿r 方向的光度学亮度（简称亮度）B 的定义为：在此方向上单位投影面积的发光强度。用数学形式表示为：

θ

cos '

dS dI dS dI B =

=

或 θ

cos '

dS d d dS d d B ?ΩΦ=

?ΩΦ=

则光度学亮度B 的单位为lm /（m 2

?sr ）[流明/（米2?球面度）]或为lm /（cm 2?sr ）[流明/（厘米2?球面度），也称为熙提（sb ）]。

即 1 sb = 1 lm /（cm 2?sr ） 三、余弦发光体和定向发光体

1、余弦发光体

如果一面光源（扩展光源）的发光强度θcos ∝dI ，从而其亮度B 与方向无关。这类发

图1-10

图1-11

射体称为余弦发光体，或朗伯（J. H. Lambert ）发光体。这种按cos θ规律发射光通量的规律，叫做朗伯余弦定律。

如太阳看起来近似像一个亮度均匀的圆盘，这表明它接近于一个余弦发光体。 发光强度和亮度的概念不仅适用于自己发光的物体，还可应用到反射体。如光线射支光滑的表面上，会定向反射出去，而射到粗糙的表面上，它将朝所有方向漫射。一个理想的漫射面，应是遵循朗伯定律的，亦即不管入射光来自何方，沿各方向漫射光的发光强度总与cos θ成正比，从而亮度相同。

积雪、粉刷的白墙以及十分粗糙的白纸表面，都接近理想的漫射面，这类物体称为朗伯反射体。

2、定向发光体

若发出的光束集中在一定的立体角ΔΩ内，即亮度有一定的方向性，称为定向发光体。如成像光学仪器——投影仪，激光器等。则辐射亮度为：

θ

cos S d B ???ΩΦ=

四、照度

1、定义

一个被光线照射的表面上的照度为照射在单位面积上的光通量。设面元dS'上的光通量为d Φ'，则此面元上的照度为

'

'dS d E Φ=

（此式中将光通量换成辐射能通量，即为辐射照度或称为辐射能流密度）

照度的单位记lx （lux ，勒克斯）或ph （phot ，辐透）。

1 lx = I lm / m 2

1 ph = 1 lm / cm 2

1 lx = 10-4

ph 2、照度

（1）点光源产生的照度 如图1-12，设点源的发光强度为I ，被照射面元dS'对它所张的立体角为d Ω，则照射在dS'的光通量为：

'cos ''θIdS Id d =Ω=Φ

则照度为： 2

'c o s '

'r

I dS d E θ=Φ=

（2）面光源产生的照度 如图1-13，在光源表面和被照射面上各取一面元dS 和dS'，令二者连线与各自的

法线n 、n '的夹角分别为θ、θ'，面光源的亮度为B ，则由dS 发出并照射在dS'上的光通量为：

2

2'cos cos ''cos ''cos ''r dS dS B dS r dS B dS Bd d θθθθ??=??

?

??=?Ω=Φ 式中Ω=d r dS 2/'cos 'θ，d Ω是dS'对dS 的中心O 点所张的立体角。则上式对dS 积分并除以dS'可得dS'上的照度为：

??

?=

S

r

dS B E 光源表面2

'

cos cos θθ

注意：面元dS 和dS'在光通量表达式中的地位是对称的，即dS'是亮度为B 的面光源，它将产生同样的通量照射在dS 上。 五、光度学单位的定义

以上引进了一系列光度学单位：lm 、cd 、sb 、lx 等，选择其中之一为基本单位，其它则可作为导出单位。

在光度学中采用发光强度的单位为基本单位。即坎德拉。

早年发光强度单位叫做烛光（candle ），它是通过一定规格的实物为基准来定义的。最初的基准是标准蜡烛，后来用一定燃料的标准火焰灯以至标准电灯。但所有这些标准具在一般实验室中都不易复制，很难保证其客观性和准确性。

1948年第9届国际计量大会决定用一种绝对黑体辐射器作标准具，并给予发光强度以现在的命名——candela （cd ，坎德拉）。

1967年第13届国际计量大会上作了修正，规定：“坎德拉是在101325 N / m 2

压强下，处于铂凝固温度的黑体的（1/6000000）m 2表面垂直方向上的发光强度”。

随着现代照明技术的电子光学工业的发展，各种新型光源和探测器的出现，要求对各种复杂辐射能进行准确测量。而上述坎德拉的定义是以铂在凝固点下的光谱成分为基点的，要换算到其它光谱成分，还要考虑相应的视见函数，此外上述定义没有明确规定最大光功当量K max 的值，影响整个光度学和辐射度学之间的换算关系。

1979年第16届国际讲师大会通过决议，废除上述定义，规定新定义为：

坎德拉是发出1210540?Hz 频率的单色辐射源在给定方向上的发光强度，该方向上的辐射强度为（1/683）W/ sr 。

表1-2 一些实际情况下的照度

表1-3 常见光源的亮度

为了使大家对光度学单位的大小有个概念，表1-2和表1-3分别给出一些常见的实验情况中的照度和亮度值。

光的传播典型例题

某同学在看到闪电后4.6s 听到雷声，求打雷处与某同学的距离． 典型例题2 打雷时，总是先看到闪电，后听到雷声，这是因为（ ） A ．打雷时，总是先发生闪电，后发出雷声 B ．打雷时，闪电和雷声虽同时发生，但光传播速度比声音快 C ．打雷时，闪电和雷声虽同时发生，但人耳比人眼反应快 D ．打雷时，闪电发生的地点和雷电发生的地点离人的距离不同 典型例题3 某同学身高1.60m ，在路灯下向前步行4m ，发现此时影子长为2m ，则此路灯距地面的高度是多少？ 典型例题4 从地球向月球发射一束激光信号，到达月球返回地球共需2.56s ，则月球与地球的距离是（） A ．51084.3?km B ．81084.3?km C ．51068.7?km D ．8 1068.7?km 典型例题5 有一位在北京某剧场里观看演出的观众坐在离演奏者30m 远处，另一位在上海的听众在自己家里收音机旁收听实况转播，北京与上海相距1460km ．问哪一个人先听到演奏声？已知无线电波与光的传播速度相同． 典型例题6 在图中画出眼睛通过小孔所能看到的外界景物的范围，并画出最边缘光线的传播方向．

甲、乙两位同学进行百米赛跑，两位裁判在终点分别为其计时，甲的裁判员看到发令枪冒烟开始计时，乙的裁判员听到发令枪响开始计时，结果测得两同学的百米时间相同，实际上两人谁跑得快？ 典型例题8 如何应用光在均匀介质中沿直线传播的规律解释影子的形成？ 典型例题9 太阳光垂直照射在塑料棚顶一个很小的“△”形孔上，在地面形成的光斑是：（）A．“△”形B．“▽”形C．“□”形D．“○”形 典型例题10 打雷时，看到闪电后经5秒钟才听到雷声，估算一下发生雷鸣处离你多远？ 典型例题11 运动会上100m跑比赛时，记时员听到发令枪声才记时，比看到冒烟记时早些还是迟些？早或迟多长时间？哪个更准确？ 典型例题12 如图所示，AB是窗口，CD为窗外一景物，用作图法画出室内可看到CD整个景物的位置和范围． 典型例题示例 例甲、乙两位同学进行百米赛跑，两位裁判在终点分别为其计时，甲的裁判员看到发令枪冒烟开始计时，乙的裁判员听到发令枪响开始计时，结果测得两同学的百米时间相

光的传播教学设计

《光的传播》教学设计 一、教学背景 （一）教学内容分析 本节课是光学开篇的第一节，涉及光的产生和传播，其中光的传播包括传播规律、直线传播的应用、传播速度等方面内容。光的直线传播规律是几何光学的基础，是学习光的反射和折射必备的基础知识。光线是一种理想模型，通过光线教学，可以初步培养、训练学生利用物理模型来研究物理问题的能力，同时可以训练、培养学生的抽象思维能力。 （二）学生情况分析 光这个名词是学生所熟悉的，学生从小就接触到各种形形色色的光现象，但由于缺乏切身感受和直接经验，他们对光的传播规律的印象只是生活中的一些感性和片面的认识，认为光要么沿直线传播，要么发生反射，而对于光在同种不均匀的介质中传播路径会发生弯曲不容易理解。为此，教学中应设计好相关实验，为学生提供亲身经历，主动参与的机会，激发学生的学习兴趣，加强学生的直接经验和亲身体验，在实验事实基础上，帮助学生全面的理解光的传播规律。考虑到初二学生已经具备了一定的逻辑推理能力，和应用所学知识解释解决简单问题的愿望和能力，本节课在体验过程中设置了一些具有相当难度的问题，为学生挑战难关，获得成功喜悦创造了环境，同时也培养了学生的逻辑思维能力和小组交流合作的能力。 二、教学目标： 1．知识与技能 （1）理解光的传播规律并会用光线描述光的传播路径。 （2）会用光的直线传播规律解释一些现象，了解光的直线传播规律在社会生活与生产中的一些应用。 （3）了解光在真空中和空气中的传播速度。 2．过程与方法 （1）通过实验观察光在空气、水、果冻等介质中的传播，有初步的观察能力，初步的分析概括能力。 （2）通过演示“影子”“小孔成像”等实验，有运用物理知识解决简单问题的能力。 3．情感态度与价值观 （1）乐于探索生活中的光现象。 （2）有将光的传播规律知识应用于日常生活的意识。 三、教学重点与难点： 重点：光的直线传播。 难点：如何观察光的传播路径。 四、教学策略与学习策略： 教学策略：实验探究、自主构建相结合，教师主导、学生为主体相结合。 学习策略：自主探究、合作交流相结合，小组反馈、动态评价相结合。

光的传播教案

光的传播教案 教学目标 知识目标 1.知道光在均匀介质中沿直线传播，并能用来解释影的形成、日食、月食等现象． 2.知道光在真空中的传播速度，知道光在其他介质中的传播速度比在真空中的速度小．能力目标 1.通过光线的概念培养学生抽象思维能力，利用物理模型研究问题的能力． 2.通过观察实验分析实验培养学生学生科学的思维方法(分析、概括、推理). 3.通过解释光直线传播的现象，培养学生利用物理知识解决实际问题的能力． 情感目标 1.通过对日食、月食成因的教学，进行反对迷信、崇尚科学的思想教育． 2.通过对我国古代对小孔成像研究所取得的成就，进行爱国主义教育,对学生进行严谨的科学态度教育. 教材分析 本节的重点是理解光的直线传播规律，知道光在真空中的传播速度．难点是对光的直线传播条件的认识．学习时要认真观察实验，并注意利用光的直线传播解释生活和自然界中的一些重要现象．如小孔成像、影的形成、日食、月食等． 教材首先介绍了光源，并通过图5—1说明光源的确切含义．教材通过对生活中的光现象：汽车头灯射出的光束、电影放映机射向银幕的光束等归纳得出光的传播是直线进行的，从而引出光线的概念；然后以激光准直为例，说明光沿直线传播现象的应用，影子是生活中的常见现象，教材通过对影子、日食、月食的分析进一步证明光在均匀介质中是沿直线传播的，鉴于学生的能力教材并未对日食和月食进行过多的论述，教师要注意加以引导，避免冲淡重点知识的教学．本节的最后介绍了光速，并指出在不同介质中光的传播速度不同． 教法建议 1）加强演示实验 利用激光演示光在空气、水、玻璃中的传播情况，再用自然光进行演示，从而得出光是沿直线传播的．组织学生讨论，由学生举出应用光沿直线传播的实例，如：射击、排队等．日食和月食的讲解可配合以录像电脑模拟加强感性认识． 2）充分调动学生的主动性，让学生解释现象． 影子与我们的生活密不可分，影子是从何而来的呢？这个问题对学生会有较大的吸引力，可利用投影仪做出不同的影像，要求学生利用新学的知识加以解释，再在教师的指导下对日食和月食进行简单的说明．增加小孔成像的实验，并进行讨论，然后在教师的指导下由学生解释小孔成像的原因． 3）适当设疑强化概念 光沿直线传播是有条件的，对此可通过设疑进行强化，并通过演示实验加以证明． 4）进行学史教育培养科学探索精神 对光速的教学不要紧限结果，要增加一些学史的知识，从而培养他们的探索精神． 教学设计示例 教学重点:理解光的直线传播规律． 教学难点：对光的直线传播条件的认识． 教具： 装有水的大水槽、激光演示器或激光笔、浇花用喷雾器、方木板、白纸、大头针、直尺、图钉

《光的传播规律 》

《光的传播规律》教学设计 案例八密度 一、课标要求

1．通过实验理解密度的概念 2．尝试用密度知识解决简单的问题。能解释生活中一些与密度有关的物理现象。对物质属性的认识有所拓展。 二、教学设计思想 密度是物质的特性，不同物质的密度不同，不同性质的物质在生产生活中所起的作用不同。密度是本章教材中学生进行探究的中心内容，是学生自主学习的重点，因此密度是本章教学的重点。 新的课程标准明确提出了通过实验理解密度概念，因此本教学设计是采用实验探究方法，通过探究同种物质的质量与体积的关系引入密度这个新的物理量。这样通过亲自动手参与探究，凸显教育理念的转化，在教学中充分体现学生的主体地位，以实物引入，调动学生积极参与课堂讨论，激发并保持了学生的学习兴趣，让学生去自主制订实验探究的实验方案，亲身体验实验探究的乐趣，从而使学生不仅学到了知识人，同时还更好地掌握实验探究这一研究问题的方法，提高了学生初步的科学实践能力，贯彻了从生活走向物理、从自然走物理、从物理走向社会的教学理念。 ◆教学过程：

教学环节 课题引入 课题探究（一） 。 教学内容 1.老师带着两个等大的气球(红的为氢气球,绿的为空气球) 进教室, 上课后老师一松手,红气球向天花板飞去，而绿气 球掉向地板。这是怎么回事？学生马上提出了这样 的问题。 让学生讨论，提出意见并保留，等学生学习了新课 后看谁的说法正确 2.取出等体积的木块、铜块、铝块、三瓶装满水、 酒精、汽油的同样瓶子，让学生进行辨别，说出分 别是什么，是如何辨别的。 同学们可能会从颜色、气味去辨别。 3.紧接着提出问题,汽油、酒精易蒸发，而且气味 不是很好，能否不开盖就能辨别出来呢？还有铁块 和铝块的颜色相同，又应该如何辨别呢 让学生结合前面所学知识人，继续讨论，这时可能 会有同学想到用天平来称，这又是为什么呢？ 一、提出问题 同一种物质的质量与体积有什么关系？ 二、猜想、假设 让学生对问题进行较充分的思考后，对该问题的结 论进行大胆猜想，美工通过老师的不断引导，形成 假说：物体的质量与体积成正比或成反比。 真实的结果是怎样的呢？让同学们通 过实验来验证，而要进行实验，还要先对实 验方案进行设计。下面就请学生先设计实验 方案 三、设计实验 通过老师的提示，让学生以小组为单位，每个小组 中的测量样品选取两块以上的同种物质。让学生按 照探究的一般程序自己设计 方案、表格，并提出课本第13页的表格和图10.3 -1所示的方格纸供学生参考 样品m/g v/cm3 教学说明 出乎意料 把学生的好奇 心带进课堂。 展示实验 引导启发利 用学生的回 答，引出课 题。 培养学生提出 问题、进行猜 想、假设的能 力；使学生初 步认识到猜想 与假设在科学 探究中的重要 性。 培养学生围绕 问题进行实验 设计及选材的 能力；使学生 体会到实验设 计在科学探究

八年级物理 光的传播

八年级物理光的传播 一、教学目标 1．知识与技能 （1）了解什么是光源； （2）知道光在均匀介质中沿直线传播； （3）知道光在真空中的传播速度。 2．过程与方法 （1）通过观察与实验，培养学生初步的观察能力和设计实验的能力； （2）经历“光是怎样传播的”探究过程，培养初步的科学探究能力。 3．情感、态度与价值观 （1）能领略色彩斑斓的光之美，具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象；（2）认识交流与合作的重要性，有主动与他人合作的精神。 教学重点：通过实验，探究光在同种均匀介质中的传播特点 教学难点：探究光在同种均匀介质中的传播 教学方法：自主探究式教学法 二．实验器材： 激光笔、蚊香、玻璃砖、火柴、蜡烛、中间有孔的不透明硬纸板、圆柱形纸筒、盛水的水槽、矿泉水瓶、少量牛奶。 三、教学过程 1、设置情景课前启动 利用多媒体课件播放：播放一幅幅美丽的城市夜景、绚丽多彩的极光。 2、导入新课 师：同学们欣赏了美丽的城市夜景，绚丽多彩的极光，正是有了这色彩斑斓的光，世界才被打扮的如此美丽，如此迷人。对于光，同学们想知道些什么呢？今天我们先来学习《光的传播》。

3、新授 （一）光源 师：同学们，刚才我们看到了美丽的山城夜景，那么，这些把山城点缀的如此美丽的光是哪儿来的呢？ 生：结合图2.1-1天然光源和图2.1-2常见的人造光源，阅读课本。然后讨论交流。 师：是的，光是有些物体发射出来的。除了课本上举的例子，你还知道哪些物体能够发光吗？ 生：太阳、星星、月亮、火柴、蜡烛、日光灯、反光的镜子、电视机屏幕… 师：很好，同学们说出了这么多，但是月亮、反光的镜子是不能够发光的，星星当中也只有恒星能够发光，行星和卫星是不发光的。我们把这些能够发光的物体，称之为光源。 像太阳、萤火虫、水母这类能够自然发光的物体，叫“天然光源”；像点燃的蜡烛、霓虹灯、白炽灯这类由人类制造的发光物体，叫“人造光源”。 光源的分类还可以分为点光源和平行光源，比如说电灯、蜡烛等属于点光耀，而太阳、发光的手电筒等就属于平行光源 （二）光的传播 1．提出问题 师：（手拿着一个激光手电射向天花板。）老师问同学们一个问题：光从激光手电发出来之后是如何传到天花板上去的，它的路径又是怎样的呢？请同学们根据你的经验或感性认识提出自己的猜想。 2．猜想 生：光是沿直线传播的。 师：同学们都猜想光是沿直线传播的，那么怎样检验我们的猜想的正确性呢？生：需要用实验的方法去检验。 3．设计并进行实验

初二物理上册光的传播知识点归纳-光的传播知识点归纳

初二物理上册光的传播知识点归纳|光的传播知识点归纳 一、光源：能发光的物体叫做光源。 光源可分为1、冷光源(水母、节能灯)，热光源(火把、太阳);2、天然光源(水母、太阳)，人造光源(灯泡、火把);3、生物光源(水母、斧头鱼)，非生物光源(太阳、灯泡) 二、光的传播 1、光在同种均匀介质中沿直线传播; 2、光的直线传播的应用： (1)小孔成像：像的形状与小孔的形状无关，像是倒立的实像(树阴下的光斑是太阳的像) (2)取直线：激光准直(挖隧道定向);整队集合;射击瞄准; (3)限制视线：坐井观天(要求会作有水、无水时青蛙视野的光路图);一叶障目; (4)影的形成：影子;日食、月食(要求知道日食时月球在中间;月食时地球在中间) 3、光线：常用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向; 三、光速 1、真空中光速是宇宙中最快的速度; 2、在计算中，真空或空气中光速c=3108m/s; 3、光在水中的速度约为3/4c，光在玻璃中的速度约为2/3c; 4、光年：是光在一年中传播的距离，光年是长度单位;1光年9.461015m; 注：声音在固体中传播得最快，液体中次之，气体中最慢，真空中不传播;光在真空中传播的最快，空气中次之，透明液体、固体中最慢(二者刚好相反)。光速远远大于声速，(如先看见闪电再听见雷声，在100m赛跑时声音传播的时间不能忽略不计，但光传播的时间可忽略不计)。 四、光的反射： 1、当光射到物体表面时，有一部份光会被物体反射回来，这种现象叫做光的反射。 2、我们看见不发光的物体是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。 3、反射定律：在反射现象中，反射光线、入射光线、法线都在同一个平面内;反射光线、入射光线分居法线两侧;反射角等于入射角。 (1)、法线：过光的入射点所作的与反射面垂直的直线; (2)入射角：入射光线与法线的夹角;反射角：法射光线与法线间的夹角。(入射光线与镜面成角，入射角为90-，反射角为90-) (3)入射角与反射角之间存在因果关系，反射角总是随入射角的变化而变化而变化，因而只能说反射角等于入射角，不能说成入射角等于反射角。(镜面旋转，反射光旋转2) (4)垂直入射时，入射角、反射角等于多少?答：垂直入射时，入射角为0度，反射角亦等于0度。 4、反射现象中，光路是可逆的(互看双眼) 5、利用光的反射定律画一般的光路图(要求会作)： (1)、确定入(反)射点：入射光线和反射面或反射光线和反射面或入射光线和反射光线的交点即为入射(反射)点 (2)、根据法线和反射面垂直，作出法线。 (3)、根据反射角等于入射角，画出入射光线或反射光线 5、两种反射：镜面反射和漫反射。

人教版四年级下册科学教案：1.2-改变光的传播方向

改变光的传播方向 教学目标 科学探究 1.通过观察与水有关的光现象,让学生用类比的方法整理有关实验信息,认识水可以改变光的传播方向。 2.通过模拟彩虹实验,让学生知道水珠可以分解阳光。 3.能在教材引领下完成观察与水有关的光现象实验,清晰地描述实验过程,尝试初步推测实验现象产生的原因。 情感态度与价值观 1.愿意把本组实验方法与其他组交流,培养学生的团结合作精神。 2.细致的观察,客观的记录。 科学知识 1.初步了解天上的彩虹是阳光射向空中的小水珠后形成的。 2.知道水能像镜子一样反光,也能像玻璃一样改变光的传播路线。 教学准备 与水有关的光现象的图片或影像资料、美发用或杀虫用喷雾器、不透明水盆、滴管、胶纸或玻璃片、手电筒、投影机、白纸、小剪刀、玻璃烧杯等。 一.教学导入 1.观察教材中的四幅插图:反射、折射、色散……

2.列举看到过的类似的与水有关的光现象,谈谈教材中图片中的光现象和自己列举光现象分别说明水对光可以产生什么作用 3.质疑:在水中为什么可看到月亮 天上的彩虹是什么原因引起的 放大镜也可能用水来制作吗 …… 二.活动水放大镜 1.准备材料:滴管、水。 2.学生实验。 3.交流、评价:比一比,谁的放大镜效果更好。 4.齐读小指南车卡通人的话。 三.活动水中的小石子 1.把小石子放在盆子中眼睛刚好看不到的位置,保持眼睛的位置不动,逐渐往盆中加水。 2.提问:你看到了什么 3.分析:实验现象说明了什么 四.活动人造彩虹 1.过渡:天上的彩虹在我们的心中是既美丽又神秘,如果我们能用一定的方法把彩虹造出来,那将是多么愉快的事! 2.三棱镜可以分解阳光,那么水是否也可以我们可以做一个水三棱镜来研究。 3.教师指导学生完成用水三棱镜(或水杯、水球)完成光的色散实

光学原理及应用

光学的基本原理及应用 人类很早就开始了对光的观察研究，逐渐积累了丰富的知识。远在2400多年前，我国的墨翟(公元前468—前376)及其弟子们所著的《墨经》一书，就记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，可以说是世界上最早的光学著作。 现在，光学已成为物理学的一个重要分支，并在实际中有广泛应用．光学既是物理学中一门古老的基础学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景。 按研究目的的不同，光学知识可以粗略地分为两大类．一类利用光线的概念研究光的传播规律，但不研究光的本质属性，这类光学称为几何光学；另一类主要研究光的本性(包括光的波动性和粒子性)以及光和物质的相互作用规律，通常称为物理光学。 一、光学现象原理 光的传播速度很快，地球上的光源发出的光，到达我们眼睛所用的时间很短，根本无法觉察，所以历史上很长一段时间里，大家都认为光的传播是不需要时间的．直到17世纪，人们才认识到光是以有限的速度传播的。 光速是物理学中一个非常重要的基本常量，科学家们一直努力更精确地测定光速．目前认为真空中光速的最可靠的值为

c＝299 792 458 m/s 在通常的计算中可取 c＝3.00×108m/s 玻璃、水、空气等各种物质中的光速都比真空中的光速小． （一）直线传播 光能够在空气、水、玻璃透明物质中传播，这些物质叫做介质．在小学自然和初中物理中我们已经学过，光在一种均匀介质中是沿直线传播的．自然界的许多现象，如影、日食、月食、小孔成像等，都是光沿直线传播产生的． 由于光沿直线传播，因此可以沿光的传播方向作直线，并在直线上标出箭头，表示光的传播方向，这样的直线叫做光线。物理学中常常用光线表示光的传播方向。有的光源，例如白炽灯泡，它发出的光是向四面八方传播的；但是有的光源，例如激光器，它产生的光束可以射得很远，宽度却没有明显的增加．在每束激光中都可以作出许多条光线，这些光线互相平行，所以叫做平行光线．做简单实验的时候，太阳光线也可以看做平行光线．

八年级物理上册《2.1光的传播》导学案

二、使用说明与学法指导： ①通过观察光在空气中和水中传播的实验现象，概括出光在均匀介质中是沿直线传播的特征。培养学生的观 察能力以及分析和概括能力。 ②通过影子的形成、日食、月食的成因的了解和分析，加深对的光的直线传播的理解。 三、学习目标： ①了解光源，知道光源大致分为天然光源和人造光源两类。 ②知道光在真空和空气中的传播速度。c＝3×108m／s。 ③会用光线来表示光的传播途径 四、重点：理解光的直线传播规律，知道光在真空中的传播速度． 难点：对光的直线传播条件的认识．学习时要认真观察实验，并注意利用光的直线传播解释生活和自然界中的一些重要现象．如小孔成像、影的形成、日食、月食等． 五、自主学习：（一）预习导学 学习任务一：光源 光是从哪里来的呢？； 叫光源。 列举人造光源的例子： 列举天然光源的例子： 学习任务二：探究光的传播路径 1、进行课本35页的实验探究 2、你认为如何形象简单地在本上能将光的传播路径表示出来？ 学习任务三：光直线传播应用 学生读课本63页的图后回答： 1、你知道日食和月食的形成原因吗？ 3、你认为生活中还有哪些利用光的直线传播的例子，请写出来 学习任务四光的传播速度 自学课本36页内容后回答： 1、光在不同物质中的传播速度是 2、光在真空中的传播速度为 （二）自我检测

1、光在真空中的传播速度是 km/s。“风在吼，马在叫，黄河在咆哮”，这些声音都是由于物体的 产生的。 2、解放军战士在练习瞄准射击的过程中，应用了光在物质中沿传播的道理 3、月亮、蜡烛火焰、萤火虫、电灯等物体中，不属于光源的是 4、下列事件中不能说明光沿直线传播的是 A、挖掘隧道时，采用的“激光准直”技术 B、排纵队时，如果看到自己前面的一位同学挡住了前面所有的人，队就排直了 C、通过硬纸板上的小孔向外看时，眼睛离洞越近，看到的范围越大 D、光在不均匀的大气层中传播 5、打雷时，总是先看到闪电，后听到雷声，主要是因为 A、闪电发生的地点离我们近 B、闪电是用眼睛看到的，人的眼睛能看得很远；而雷电必须进入我们的耳朵，传播的路程更远 C、打雷时，闪电和雷声虽同时发生，但光速大于声速 D、因为人的眼睛比了耳朵反应更灵敏 6、关于光的传播，下列说法正确的是 A、光总是沿直线传播的 B、光只有在真空中沿直线传播 C、光速虽快，但光的传播也须用时间 D、光在不同的介质中传播的速度是相同的 六、系统总结： 1、小结本节课的知识点： 2、小结本节课的学习方法： 七、课后反思： ⑴光是客观存在的，它在均匀介质中具有沿直线传播的规律，因此用光线表示光的传播路径和方向，“光 线”是抽象出的一种理想化的模型，但光线不是光． ⑵运用光沿直线传播的事实，可以帮助我们解决许多问题，如栽树时要使其成一直行，并使我们可以解释 很多自然现象，如日食、月食等，有助于我们破除迷信．

《光的传播》教案

第二章第一节光的传播 教学目标 1、知道什么是光源，知道光源大致分为自然光源和人造光源。 2、知道什么是光线，会画光线。 3、通过实验探究，知道光沿直线传播的条件。 4、列举光沿直线传播在实际生活中应用。会解释光沿直线传播的现象。 5、知道光在真空中的传播速度。 教学过程： 一、引入新课 我们生活在多彩多姿的光的世界里，天天沐浴着太阳的光辉长大。这一节我们就来认识一下光。 二、预习新课 1、请同学们自主看书34页到35页，完成预习导学案上的学点一和学点二。时间10分钟。 2、学生讨论：光源和光的传播两个学点。 3、教师点拨：光源https://www.wendangku.net/doc/e94500121.html,/view/56137.htm的关键点是自身能够发光。有些物体不发光我们也能看见是因为这些物体反射的光进入了我们的眼睛。光的传播路径是直的：学生举例说明。 下雨的时候看到打开的车灯，雾天看到开着的车灯 https://www.wendangku.net/doc/e94500121.html,/view/48013.htm，有灰尘的时候看到的灯光，夜晚看到的手电筒的光。 光线https://www.wendangku.net/doc/e94500121.html,/view/48013.htm：理想模型法。 三、学生探究： 1、学点一：光源 。由于光源较为简单，所以在学生讨论之后教师点拨一下就可以过去了，不再做详细讲解。 2、学点二：光的传播。 通过学生的举例引导学生思考：我们看到的这些光线都是在特定的时间和特定的情况下看到的，为什么在白天或是晴天的时候我们看不见这些光线呢？引起学生的思考：如何才能在透明的空气和透明的水中能更清晰的看到光的传播路径呢？从而让学生想到用牛奶和香来观察光的路径。 3、学生合作探究实验： 结论：光在水中、空气中、玻璃砖中都是沿直线传播的。 光沿直线传播的条件：同种、均匀、透明的介质

光的传播

第五讲光的传播 光学和几何学、天文学、力学一样，是一门有悠久历史的学科，重点研究光的发生、光的本性、光的传播规律、光与物体间的相互作用，以及这些知识在生产和生活中的应用。在讨论光的传播路径时使用了很多的几何知识和方法，所以常将这部分光学称为几何光学。 一、光的直线传播规律 1．光源 我们周围的大多数物体自己不发光，但能反射从别处射来的光．有些物体，像太阳、恒星、蜡烛、白炽灯、荧光灯、霓虹灯和激光器等，能够发光。这种发光的物体叫做光源。其中，太阳和恒星是天然光源，其他是人造光源。无论哪种光源，发光时都要消耗其他能量．光源是把其他能量转化为光能的物体或装置。只要这种转化过程不停止，光源就不断地把光辐射出去。 【例1】能够发光的物体叫做光源。下面的8种物体中， 一定是光源的有 ； 一定不是光源的有；可能是光源的有。 A．太阳；B．月亮；C．星星；D．流星；E．钻石；F．蜡烛的火焰；G．发光的电灯；H．打开的电视机。 2．光的直线传播现象 光能够在真空中或空气、水等透明的物质（称为介质）中传播。大量事实说明光在同一种均匀介质中沿直线传播。在光学中，常用一条线说明光的传播情况，这条线叫做光线，在光线上用箭头表示光的传播方向。在同一种均匀介质中的光线为带箭头的直线。小孔成像和影都是光的直线传播所形成的有趣现象。 从光源发出的光，照射到不透明的物体上时，会在物体的后面形成一个光线照射不到的黑暗区域，这就是物体的“影”。图5－1为点光源所形成的影；图5－2则为较大光源所形成的影，1区为本影区、2区为半影区、3区为伪本影区。 光沿直线传播是有条件的，这个条件就是“介质是均匀的”。折射率是表示物质光学性质的物理量；两种介质是否均匀的标志，是它们的折射率是否相同。如果介质不均匀，光就会沿弯曲的路径传播。 声音只能在介质中传播。与声音不同，光除了在介质中传播外，还能够在真空中传播。在真空中，光也沿直线传播。 【例2】有关小孔成像的下列说法中，正确的是（Ａ、Ｃ） A．小孔所成的像可以是彩色的B．像的清晰程度跟小孔的大小无关 C．将照相底片放在光屏处可以拍摄到像D．成像用的小孔必须是圆形的 【例3】将一根蜡烛点燃，放在具有针孔的纸板前面，在纸板后面屏幕上，可以看见一个倒立的蜡烛像。试用光的直线传播规律解释这个现象。 【例4】用光的直线传播规律，说明日食、月食的形成。 【例5】一根50cm长的木棍，竖直地立在水平地面上，影子的长度是40cm。与此同时，一根旗杆的影长为16m。由此可知这个旗杆的高度为。 3．光的速度 图5－1 图5－2

高考物理光的传播知识点小结

2019高考物理光的传播知识点小结 2019高考一轮复习已经开始，查字典物理网为大家准备了光的传播知识点,希望大家的能力更上一层楼。 1.光的直线传播 (1)光在同一种均匀介质中沿直线传播.小孔成像，影的形成，日食和月食都是光直线传播的例证.(2)影是光被不透光的物体挡住所形成的暗区. 影可分为本影和半影，在本影区域内完全看不到光源发出的光，在半影区域内只能看到光源的某部分发出的光.点光源只形成本影，非点光源一般会形成本影和半影.本影区域的大小与光源的面积有关，发光面越大，本影区越小.(3)日食和月食: 人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位于月球本影的延伸区域(即伪本影)能看到日环食;当月球全部进入地球的本影区域时，人可看到月全食.月球部分进入地球的本影区域时，看到的是月偏食. 2.光的反射现象:光线入射到两种介质的界面上时，其中一部分光线在原介质中改变传播方向的现象. (1)光的反射定律: ①反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居于法线两侧.②反射角等于入射角. (2)反射定律表明，对于每一条入射光线，反射光线是唯一的，在反射现象中光路是可逆的. 3.平面镜成像

(1.)像的特点---------平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面为对称。 (2.)光路图作法-----------根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。 (3).充分利用光路可逆-------在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。(眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。) 4.光的折射--光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射. (2)光的折射定律---①折射光线，入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居于法线两侧. ②入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，即sini/sinr=常数.(3)在折射现象中，光路是可逆的. 5.折射率---光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率，折射率用n表示，即n=sini/sinr. 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n=c/v，因cv，所以任何介质的折射率n都大于1.两种介质相比较，n较大的介质称为光密介质，n较小的介质称为光疏介质. 6.全反射和临界角 (1)全反射:光从光密介质射入光疏介质，或光从介质射入真空(或空气)

《光的传播》教学设计

《光的传播》教学设计 山东省汶上县郭楼镇中学张明坤 一、教学目标 1．知识与技能 （1）了解什么是光源； （2）知道光在均匀介质中沿直线传播； （3）知道光在真空中的传播速度。 2．过程与方法 （1）通过观察与实验，培养学生初步的观察能力和设计实验的能力； （2）经历“光是怎样传播的”探究过程，培养初步的科学探究能力。 3．情感、态度与价值观 （1）能领略色彩斑斓的光之美，具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象； （2）认识交流与合作的重要性，有主动与他人合作的精神。 二、学生实验器材 激光手电、蚊香、玻璃砖、火柴、蜡烛、光屏、中间有孔的不透明硬纸板、盛水的小烧坏（水中放适量粉笔末）。 三、教学过程 1、创设情景 利用多媒体课件播放：伴随着舒缓的音乐，通过多媒体课件向学生展示色彩斑斓的光的世界。 2、导入新课 让学生谈感受：正是有了这色彩斑斓的光，才把世界装扮得如此美丽。对于光，同学们想知道些什么呢？今天我们先来学习《光的传播》。 3、新授 （一）光源 师：同学们，刚才我们看到了色彩斑斓的光，那么，这些把世界点缀的如此美丽的光是哪儿来的呢？ 生：阅读课本常见的人造光源，然后讨论交流。 师：是的，是从光源发出来的。除了课本上举的例子，你还知道哪些物体能够发光吗？ 生：讨论交流。 师：展示课件。我们就把这些能够发光的物体，称之为光源。

像太阳、萤火虫、水母这类能够自然发光的物体，叫“天然光源”；像点燃的蜡烛、霓虹灯、白炽灯这类由人类制造的发光物体，叫“人造光源”。 （二）光的传播 1．提出问题 师：展示课件，观察图片，猜猜看：光是如何传播的？ 2．猜想 生：光是沿直线传播的。 师：怎样检验我们的猜想的正确性呢？ 生：需要实验去检验。 师：好，今天，同学们就用实验桌上这些简单的器材去大胆设计实验，验证我们的猜想是否正确，请同学们边讨论，边设计实验。 3．设计并进行实验 引导学生制定计划与设计实验 探究光在空气中的传播路径：让激光电筒沿白屏射出，观察光在空气中的传播路径。得结论：光在空气中传播的路线是直线。 探究光在水中的传播路径。结论：光在水中的传播路径是直线。 探究光在在玻璃中的传播路径。结论：光在玻璃中的传播路径是直线。 引导学生归纳总结：光的传播路径是直线。 引导学生评估：不正确。 实验：让光由空气斜射入水中、玻璃中的传播路径。结论：光在同种物质中沿直线传播。 媒体展示我们能看到地平线下的太阳。 引导得出：光在同种均匀介质中沿直线传播。 （三）光线 师：知道了光在均匀介质中沿直线传播，那我们如何描述光呢？我找两个同学到黑板上画出来。 学生依据日常生活经验及对光的认识画出光的表示方法。 师：同学们画的都很好，我们就用一条直线表示光的传播路径，用箭头代表光的传播方向。这样的表示方法体现了我们物理学上的简单之美。 （四）光的直线传播的应用 准直： 让一纵队学生起立，向最后一名学生提问：你怎样判断你和前面的同学对齐了呢？（两眼盯住前面一位同学的后脑勺，如果看不见前面一位同学前面的同学就表示对齐的）

光的传播(几何光学)规律

/ 光的传播(几何光学)规律 课题： 光的直线传播．光的反射 一、光源 1．定义：能够自行发光的物体． 2．特点：光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能，光在介质中传播就是能量的传播． 二、光的直线传播 1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C ＝3×108m/s ； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v

初中物理光的传播优秀教案及教学反思

初中物理光的传播优秀教案及教学反思 【教学目标】 知识与技能 了解：光在均匀介质中沿直线传播。 知道：光在真空中的传播速度。 能简单解释常见的光沿直线传播的现象。 2、过程与方法 通过观察与实验，培养学生初步的观察能力和提出问题的能力。 经历探究过程，有初步的探究意识。 3、情感、态度与价值观 具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象。 认识交流与合作的重要性，有主动与他人合作的精神。 【教学重点】通过实验，探究光在同种均匀介质中的传播特点。 【教学难点】探究光在同种均匀介质中沿直线传播。 【教学方法】自主探究式教学法。 【教学媒体】 激光手电、玻璃砖、白纸板、盛水的小烧杯、空烧杯、激光演示器 【教学过程】

一、引入新课、激发兴趣 展示光现象（收集一些光现象图片） 教师：光把世界打扮得如此美丽动人，同学们对光感兴趣吗？ 二、进行新课 1、光源 同学们，我们要看清五彩缤纷的世界，必须有光射入我们的眼睛，那么，光是从哪里发出来的呢？ 思考、讨论列举例子 除了太阳、电灯之外，日常生活中，你还知道哪些物体能够发光？ （板书）：太阳、萤火虫、恒星、水母 火柴、霓虹灯、蜡烛、电灯 能够自然发光的物体，叫“天然光源”； 由人类制造的发光物体，叫“人造光源”。 讨论、交流反馈练习 反馈练习（改进后加入的） 下列物体不属于光源的是： A．月亮。 B．萤火虫。 C．水母。 D．霓虹灯。 提出问题 2、光的传播 教师：手里拿着一个激光手电，它可以发光，是一个光

源。 有一个问题：从光源发出的光是沿着怎样的路径传播出去的？ 学生：观察、思考猜想假设 请同学们根据学过的知识讨论并提出自己的猜想，——让学生讨论回答。（光是沿直线传播的） 教师：到底猜想是否正确呢？我们就用桌子上这些简单的器材去大胆设计实验，验证你们的猜想是否正确。 学生探究活动 请同学们边讨论、边设计实验，比比看，哪个小组想出的办法多。 小组实验 分析实验 下面我们请各小组展示一下自己的实验，请把你们通过实验看到的现象和得出的结论，告诉大家。 讨论、交流 让各组学生展示不同的实验组合： A．光手电、水 B．激光手电、汽水瓶 C．激光手电、玻璃砖 D．激光手电、白纸 E．激光手电、平面镜

初中物理 光的传播知识点

光的传播知识点 1、光源：能发光的物体叫做光源。光源可分为1、冷光源(水母、节能灯），热光源（火把、太阳）； 2、天然光源（水母、太阳），人造光源（灯泡、火把）; 3、生物光源（水母、斧头鱼），非生物光源（太阳、灯泡） 2、光在同种均匀介质中沿直线传播； 3、光的直线传播的应用： （1）小孔成像：像的形状与小孔的形状无关，像是倒立的实像（树阴下的光斑是太阳的像） （2）取直线：激光准直（挖隧道定向）；整队集合；射击瞄准； （3）限制视线：坐井观天（要求会作有水、无水时青蛙视野的光路图）；一叶障目； （4）影的形成：影子；日食、月食（要求知道日食时月球在中间；月食时地球在中间） 4、真空中光速是宇宙中最快的速度； 5、在计算中，真空或空气中光速c=3×108m/s; 6、光年：是光在一年中传播的距离，光年是长度单位；1光年≈9.46×1015m；注：声音在固体中传播得最快，液体中次之，气体中最慢，真空中不传播；光在真空中传播的最快，空气中次之，透明液体、固体中最慢（二者刚好相反）。光速远远大于声速，（如先看见闪电再听见雷声，在100m赛跑时声音传播的时间不能忽略不计，但光传播的时间可忽略不计）。 7、当光射到物体表面时，有一部份光会被物体反射回来，这种现象叫做光的反射。 8、我们看见不发光的物体是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。 9、反射定律：在反射现象中，反射光线、入射光线、法线都在同一个平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。 （1）、法线：过光的入射点所作的与反射面垂直的直线； （2）入射角：入射光线与法线的夹角；反射角：反射光线与法线间的夹角。（入射光线与镜面成θ角，入射角为90°－θ，反射角为90°－θ） （3）入射角与反射角之间存在因果关系，反射角总是随入射角的变化而变化而

光的传播

光的传播 一、本节三维目标要求 1.知识与技能 理解光沿直线传播的条件，认识反射、折射现象。 了解光在真空中的传播速度c＝3×108m/s。 了解光的在社会生活与生产中的一些应用 2.过程与方法 观察光在空气、水和玻璃中传播的实验现象，认识光沿直线传播是有条件的。 通过讨论“光传播的是什么”，了解光是传播能量和信息的重要载体。 3.情感、态度与价值观 通过介绍墨子在光学中的贡献，激发学生的民族自豪感，进行爱国主义教育。 通过对光沿直线传播的探究性学习活动，使学生认识到理论的片面性。 二、重点与难点 设计与组织关于“光总是沿直线传播吗”这一问题的探究活动是本节的重点和难点。 三、教学实施建议 （一）教学过程 本节分为三个教学板块，（1）探究光沿直线传播的条件，认识反射和折射；（2）了解光的应用；（3）了解光的传播速度。 1.实验探究过程设计 实验前可以展示一些霞光万道、晨曦中穿透树林的道道阳光、节日夜空中的多彩的激光等优美图片或视频，让学生欣赏绚丽景象的同时认识到大自然中有许多光沿直线传播的例子，在轻松的环境中进入这节课的学习。 光在空气中沿直线传播，学生在小学科学中已经知道，因此我们对光传播规律的探究不能简单重复，所以教材提出“光总是沿直线传播吗？”的问题，即要引导学生探究“光沿直线传播的条件是什么？” 探究光沿直线传播的条件，应该让学生讨论光在哪些情况下会改变传播方向，在老师的指导下总结出三种可能情况：（1）光在遇到其他物体，在界面处发生反射；（2）光遇到其他透明物体，在界面处发生折射：（3）在同种不均匀介质中，光线可能发生弯曲。 光遇到其他物体时，会改变传播方向，学生的感性认识较少，一定要让学生亲自做一做。做这些实验的方法较多，以下对实验作几点说明： （1）在探究活动中要求给每组学生配备激光笔，教师要强调激光束一定不能直射入眼睛。 （2）可以把激光笔发出的激光束照射到光滑的桌面以及小平面镜上，观察反射现象。用激光笔发出的激光束照射到水中或玻璃中，观察激光束在玻璃或水中的传播路径。为了能看到水中的光路，可以在水槽的里面铺一张白纸作衬，也可以在水中滴少许牛乳或墨水。 （3）光在同种不均匀介质中传播的实验难度较大，建议课上放一段实验的视频，有兴趣的学生可以课下探究。 通过以上探究，教师应该引导学生对所观察到的物理现象作出总结，并得出“光在均匀介质中沿直线传播，光在两种介质的交界面，发生反射和折射”这一结论。 2.教学过程说明 在组织学生探究活动的同时，还应注重以下环节： （1）光线的概念较抽象，我们在更多的地方用光束来描述。整个光学教学中，我们强调要让学生经历从光束到光线的认识过程，教材图4-1-1和4-1-2的（b）中，要求学生自己画出光传播的路径，开始不要统一画法，关键是要学生经历“用光线来表示光的传播路线”的过程。最后让学生在比较中统一光线的画法，但对光线不一定要下严格的定义。 （2）学生可能会提出这样的问题：“光传播的是什么？”在讨论交流中，可以通过教材中图4-1-6的四幅图片，向学生说明光具有能量，可以传播信息。同时也可以以此作为进一

改变光的传播方向教学设计

教 案 样 本/ 年度：

改变光的传播方向 教学目标 科学探究 1.通过观察与水有关的光现象,让学生用类比的方法整理有关实验信息,认识水可以改变光的传播方向。 2.通过模拟彩虹实验,让学生知道水珠可以分解阳光。 3.能在教材引领下完成观察与水有关的光现象实验,清晰地描述实验过程,尝试初步推测实验现象产生的原因。 情感态度与价值观 1.愿意把本组实验方法与其他组交流,培养学生的团结合作精神。 2.细致的观察,客观的记录。 科学知识 1.初步了解天上的彩虹是阳光射向空中的小水珠后形成的。 2.知道水能像镜子一样反光,也能像玻璃一样改变光的传播路线。 教学准备 与水有关的光现象的图片或影像资料、美发用或杀虫用喷雾器、不透明水盆、滴管、胶纸或玻璃片、手电筒、投影机、白纸、小剪刀、玻璃烧杯等。

一.教学导入 1.观察教材中的四幅插图:反射、折射、色散…… 2.列举看到过的类似的与水有关的光现象,谈谈教材中图片中的光现象和自己列举光现象分别说明水对光可以产生什么作用 3.质疑:在水中为什么可看到月亮? 天上的彩虹是什么原因引起的? 放大镜也可能用水来制作吗? …… 二.活动水放大镜 1.准备材料:滴管、水。 2.学生实验。 3.交流、评价:比一比,谁的放大镜效果更好。 4.齐读小指南车卡通人的话。 三.活动水中的小石子 1.把小石子放在盆子中眼睛刚好看不到的位置,保持眼睛的位置不动,逐渐往盆中加水。 2.提问:你看到了什么? 3.分析:实验现象说明了什么? 四.活动人造彩虹

1.过渡:天上的彩虹在我们的心中是既美丽又神秘,如果我们能用一定的方法把彩虹造出来,那将是多么愉快的事! 2.三棱镜可以分解阳光,那么水是否也可以?我们可以做一个水三棱镜来研究。 3.教师指导学生完成用水三棱镜(或水杯、水球)完成光的色散实验。 4.介绍人造彩虹的简单制造方法,再让学生去实验。 5.提问:你能用所学知识解释生活中的“彩虹”现象吗? 五.阅读指南车信箱