初中物理 04 光现象：光的直线传播、反射、折射

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光的直线传播

概念及条件

光在同种均匀介质中沿直线传播。这意味着光在同一类型且密度均匀的物质中，会以直线的路径进行传播。例如，光在真空中、均匀的空气、清澈的水等介质中都能保持直线传播的特性。若介质不均匀，如在含有杂质或温度不均匀的液体中，光的传播路径会发生弯曲。

相关现象及实例

小孔成像：用一个带有小孔的板遮挡在墙体与物之间，墙体上就会形成物的倒立的实像。这是因为物体上的一点发出的光线，通过小孔后，在光屏（墙体）的对应位置形成一个光斑，众多这样的光斑组合在一起就形成了倒立的像。像的形状与物体相似，与小孔的形状无关，其原理就是光的直线传播。比如在暗室中，点燃的蜡烛通过小孔在光屏上成倒立的像。

影子的形成：当光照射到不透明物体上时，物体阻挡了光线的传播，在物体后方光线无法到达的区域便形成了影子。由于光沿直线传播，所以影子的形状与物体的轮廓相似，并且影子的大小和位置会随着光源的位置和角度的变化而改变。例如，人在阳光下行走时，身体挡住了太阳光，地面上就会出现人的影子。

日食和月食：日食是由于太阳射向地球的光线被月球遮挡，使得地球上处于月球影子区域的人们无法看到太阳的全部或部分，从而形成日食现象。月食则是地球运行到太阳和月球之间，地球挡住了太阳射向月球的光线，导致月球进入地球的影子区域，使得地球上的人们看到月球部分或全部变暗，形成月食现象。这两种天文现象都是光沿直线传播的典型例证。

激光准直：在建筑、挖掘隧道等工程中，常利用激光的直线传播特性来确保施工方向的准确性。通过发射一束激光，施工人员可以依据激光的路径来确定直线方向，保证工程按照预定的直线进行，从而提高工程质量和施工效率。

光的反射

反射定律

光的反射定律可概括为：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法线两侧；反射角等于入射角。这里的法线是指过入射点垂直于反射面的直线，入射角是入射光线与法线的夹角，反射角是反射光线与法线的夹角。该定律是光发生反射现象时必须遵循的基本规律，无论是镜面反射还是漫反射都遵循此定律。

反射类型

镜面反射：当平行光线照射到光滑平整的平面上时，反射光线仍然是平行光线，这种反射称为镜面反射。例如，镜子表面非常光滑，当光线照射到镜子上时，会发生镜面反射，反射光比较集中且方向一致，只有在特定的角度才能看到很强的反射光，因此我们能在镜子中看到清晰的像。

漫反射：当平行光线照射到粗糙不平的表面上时，反射光线会向四面八方散射，这种反射称为漫反射。虽然反射光线不再平行，但每一条光线都遵循光的反射定律。正是由于物体表面大多是粗糙的，发生漫反射，才使得我们能够从不同方向看到本身不发光的物体。比如教室里的黑板，其表面相对粗糙，光照射到黑板上时发生漫反射，从而让各个位置的同学都能看清黑板上的字。

光的折射

折射规律

当光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角。

当光从水或其他介质斜射入空气中时，折射光线远离法线，折射角大于入射角。

当光垂直射向介质表面时，传播方向不变，此时入射角和折射角都为0°。

常见现象

水中的筷子“折断”：当把筷子插入水中时，筷子反射的光从水进入空气，发生折射。人眼逆着折射光线的方向看去，感觉筷子在水中的部分好像向上弯折了，这是因为折射光线偏离了原来的直线传播路径，导致我们看到的筷子的像的位置与实际位置不同。

海市蜃楼：在海面上，由于海水温度和空气温度的差异，导致空气密度不均匀。远处物体反射的光，从密度较大的空气层射向密度较小的空气层，光发生折射，使得物体的像出现在实际物体的下方，形成下现蜃景。在沙漠中，情况则相反，由于沙子受热快，靠近地面的空气温度高、密度小，上层空气温度低、密度大，远处物体反射的光从密度小的空气层射向密度大的空气层，发生折射，物体的像出现在实际物体的上方，形成上现蜃景。海市蜃楼现象是光的折射和全反射共同作用的结果，是一种光学幻景。

透镜成像：透镜对光有折射作用，凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用。根据光的折射规律，不同位置的物体发出的光经过透镜折射后，会形成不同特点的像，如照相机利用凸透镜成倒立、缩小的实像原理，投影仪利用凸透镜成倒立、放大的实像原理，放大镜利用凸透镜成正立、放大的虚像原理等，这些都是光的折射在实际生活中的重要应用。

光的直线传播、反射和折射是初中物理光学部分的重要基础内容，通过对这些现象和规律的学习，可以帮助我们更好地理解日常生活中的各种光学现象，并为进一步学习光学知识和相关技术应用奠定坚实的基础。

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