第一讲,声现象和光现象

本讲的学习要求是:在声现象部分,通过相关实验,知道声音的产生、传播,理解音调、响度和音色的定义及区别,了解噪声的危害及其控制.在光现象部分,通过实验探究,弄清光的反射现象和光的折射现象,特别对于平面镜成像和凸透镜成像的特点要正确理解和掌握.另外,对照相机、幻灯机和物体的颜色也要有足够的认识.

一、热点扫描

1.声音及其特征

(1)声音是由于物体的振动而产生的.声音的传播需要介质.同一种声音在不同介质中的传播速度不相同,但振动的频率是相同的.

(2)声音在传播过程中遇到山崖、墙壁等障碍物时会被反射回来形成回声.人耳区分回声和原声的最短时间间隔是0.1s.

(3)音调由声源的振动频率决定.频率越高,音调越高;频率越低,音调越低.响度由声源的振幅决定.振幅越大,响度越大;振幅越小,响度越小.不同的声源.所发出声音的音色各不相同.

(4)正常人耳的音域范围为20～20000Hz.超过20000Hz的声波叫超声波,低于20Hz的声波叫次声波.不同人的音域范围略有差异.

(5)声音的强弱以dB为单位划分等级.为保证正常休息和睡眠,噪声不应超过50dB;为保证正常的工作和学习,应控制噪声不超过70dB;为保护听力,应控制噪声不超过90dB.

(6)声呐是利用超声波测距和导航的装置.声呐有两类:一类是被动声呐.它接收水下目标所发出的声波并加以分辨,确定目标的位置并根据声波特征(频率、响度、音品)来识别目标物,用以搜索自身发声的水下目标;另一类是主动声呐,它由超声波发生器、接收器和显示系统组成,用以主动搜索目标.

2.光的反射

(1)光在同一种均匀介质中沿直线传播.小孔成像、日食、月食等,都是光直线传播的例子.如果介质不均匀,或者光在传播时遇到两种介质的交界面,光的传播方向将发生变化.

(2)真空中光的速度为3×108m/s.光在空气中的速度略小于在真空中的速度,可近似认为是3×108m/s.在其他介质中,光的速度都小于这个数值.

(3)光在两种介质的交界面处发生反射,且遵从反射定律: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在法线两侧;反射角等于入射角.

(4)平面镜所成的像是虚像,不能在观察屏上显示出来.成像特点是物体通过平面镜成正立、等大的虚像,且物像关于镜面是对称的.

(5)在光学仪器中,常用平面镜控制平行光的传播方向.根据反射定律或平面镜的成像特点,可以确定平面镜的放置位置.

3.光的折射

(1)光在发生折射时,折射光线与入射光线、法线在同一平面上;折射光线和入射光线分居在法线的两侧;当入射光线从空气斜射入水或玻璃,折射角小于入射角;当入射角为零时,折射角也为零;入射角增大,折射角也随之增大.

(2)物体经凸透镜折射所成像的虚实、正立还是倒立、放大还是缩小、同侧还是异侧、像与凸透镜之间的距离大小等,均由物体与凸透镜间的距离决定.

(3)凸透镜成像规律可以用画图的方法来表示.使用的三条光线是:平行于主光轴的光线经透镜折射后通过焦点;通过焦点的光线经透镜折射后平行于主光轴;通过光心的光线经透镜后传播方向不变.

(4)照相机镜头相当于一个凸透镜,它的焦距比较小.物体在它的二倍焦距外,物体成像在凸透镜另一侧的底片上,为倒立、缩小的实像.

幻灯机的镜头也相当于一个凸透镜,幻灯片置于一倍焦距与二倍焦距之间,则在凸透镜另一侧成倒立、放大的实像.

放大镜是一个焦距不大的凸透镜.物体放在一倍焦距以内,则在凸透镜同一侧成一个正立、放大的虚像.

(5)人眼中的晶状体相当于凸透镜,视网膜相当于光屏.近视眼将物体的像成在视网膜前,矫正时,应在眼睛前加一个合适的凹透镜,即近视镜;远视眼将物体的像成在视网膜后,矫正时,应在眼睛前加一个合适的凸透镜,即远视镜,也叫老花镜.

(6)通常望远镜和显微镜可看成由两个透镜组成.靠近眼睛的透镜叫目镜,靠近被观察物体的透镜叫物镜.光学望远镜中伽利略望远镜的目镜为凹透镜,物镜为凸透镜;开普勒望远镜的目镜和物镜都是凸透镜;普通光学显微镜的目镜和物镜都是凸透镜.

二、典例讲析

例1下列说法中正确的是().

A.一切正在发声的物体都在振动

B.只要物体振动,就能听到它发出声音

C.声音在真空中传播得最快

D.能区分自己讲话的回声和原声,人与障碍物的距离不得小于34m

讲析人耳能听到振动发出的声音需要两个必要条件:(1)物体在一定的频率范围内振动(在人的听觉范围之内);(2)有传播声音的介质.传播声音的介质不同,声音传播的速度一般也不同.总的来看,声音在固体、液体中比在空气中传播得快.真空不能传声,也就不存在传声快慢的问题.对人耳来说,回声到达人耳的时间比原声晚0.1s以上,人耳才能把回声跟原声分开,因此人与障碍物的距离至少为s=■=■

=17m.因此本题应选A.

例22008年汶川大地震使灾区人民的生命和财产造成了巨大的损失.有关专家指出:地震后缺乏必要的自救知识,是使丧生人数增多的一个原因.以下关于被埋在废墟下的人的自救措施,最佳的是().

A.大声呼救

B.见缝就钻,说不定能从废墟中爬出来

C.静下来等待营救人员营救

D.用硬物敲击墙壁或管道,向营救人员求救

讲析大声呼救会消耗自己很多的能量,不能持久坚持;见缝就钻,可能被卡住;静下来等待营救,很难被营救人员发现而可能失去获救的机会;用硬物敲击墙壁或管道,消耗的能量很少,传声的效果却好,容易被发现,所以,本题应选D.

例3如图1-1所示,光线从一种介质射入另一种介质,MN是两种介质的分界面,其中一种介质是空气,则入射角为度,MN的侧是空气(选填“左”或“右”).

讲析此题既要考虑到反射,又要考虑到折射,是一条难度较大的综合题.仔细观察图1-1,在图中找不到相邻且相等的两角(反射角与入射角),作与MN垂直的直线,如图1-2,法线两侧相邻且相等的两角是反射角和入射角,都等于40°,折射角等于60°.因为折射角大于入射角,所以界面的右面是空气.

例4图1-3中正确表示了光通过透镜的是().

A.甲图B.乙图C.丙图D.丁图

讲析根据凸透镜对光有会聚作用,凹透镜对光有发散作用,对比观察入射前和出射后光的变化情况.光通过甲图中的凸透镜变得比原来会聚了;光通过乙图中的凹透镜变得比原来会聚了;光通过丙图中的凸透镜变得比原来发散了;光通过丁图中的凹透镜变得比原来会聚了.透镜对光的“会聚”作用和“发散”作用(明确会聚和发散的区别)并非只是针对平行于主光轴的平行光而言,“会聚作用”应该理解为出射光比入射光会聚了一些;“发散作用”应该理解为出射光比入射光发散了一些,本题应选A.

例5如图1-4,A′B′是物体AB经过凸透镜所成的像,CC′是主光轴.在图中大致的位置上画出凸透镜和焦点F.

讲析A点发出的射向凸透镜光心的光传播方向不变,反向延长过像点A′,两点决定一条直线,所以连接AA′与主光轴相交的点就是光心,就找出了凸透镜的位置.过A点作平行于主光轴的光线,经过凸透镜后射向焦点,反向延长过A′,连接A′点与入射点并延长,与主光轴相交的点就是焦点.如图1-5所示.

例6某同学在拍毕业照时,照相机镜头上正停着一只蜜蜂,则拍出来的照片().

A.会有一只正立、放大的蜜蜂

B.不会出现蜜蜂,但有一个大黑点

C.不会出现蜜蜂,但比正常情况下暗一些

D.会有一只倒立、放大的蜜蜂

讲析蜜蜂只是挡住了一部分光线,其他的光线通过凸透镜后还是能成像的,且像的大小、倒正、虚实都不变.但是,由于被挡住了一部分的光线,所以像的亮度会变暗,本题应选C.

例7当物体距透镜15cm时,在透镜另一侧20cm处屏上得到一清晰的像,则该透镜的焦距可能是().

A.5.5cmB.8.5cm

C.11.5cmD15.5cm

讲析屏上得到一清晰的像,这是倒立的实像(光屏承接的像是实像,实像皆倒立);物距15cm时,像距20cm,物距小于像距,说明是放大的像.所以此像是倒立、放大的实像,由f2f .代入数据f<15cm<2f,20cm

>2f解得7.5cm

例8现代摄影机、摄像机所用的光学镜头是可以变焦的.当物距改变时,可以不改变镜头到底片的距离(像距),仍可得到清晰的像.如果被拍摄物体远离镜头而去,则镜头的焦距应().

A.变小B.变大

C.先变小后变大D.先变大后变小

讲析设镜头焦距不变,“被拍摄物体远离镜头而去”则说明物距变大,根据“物远像近像变小”,像距也变小,像成在屏的前面.欲使像成在屏上,就必须使折射光线再发散些推迟会聚成像,所以,镜头的焦距就应该变长.本题应选B.

三、创新题选

1.在汶川地震救援中,采用了音频生命探测仪(如图1-6),它的多个探头接触废墟,收集废墟下幸存者的微弱呼救声、呼吸声、心跳声等,探测仪将音频信号放大,救援人员就可以发现幸存者.下列说法错误的是().

A.探测仪收集声音信号时利用了固体可以传声

B.幸存者发出的声音与外界噪声的音调、音色不同

C.幸存者能听见探测仪发出的超声波

D.白天噪声较大,探测仪更适合在安静的夜晚使用

2.小学生聂利为了探究“蜜蜂靠什么发声?”她剪去蜜蜂的双翅,蜜蜂依旧发出“嗡嗡”的声音,结果表明:蜜蜂并不是靠

发声的.她用大头针捅破了蜜蜂翅膀下的小黑点,蜜蜂就不发声了.聂利认为蜜蜂的发声器官就是小黑点,不管聂利的发现是否正确,我们应该学习她的.

3.如图1-7所示,小明与小刚选用棉线和盛可乐饮料的两个纸杯,制成了一个“土电话”.

①他们用“土电话”能实现10m间的通话,这表明:.

②相距同样远,讲话者以同样的响度说话,如果用细铜金属丝连接,则比棉线连接时听到的声音要大些,这一实验现象表明:.

③如果在用“土电话”时,另外一个同学用手捏住棉线上的某一部分,则听的另一方就不能听到了,这是由于.

④如果在用“土电话”时,棉线没有拉直而处于很松弛状态,则另一方(选填“能”或“不能”)听到对方的讲话声音.

4.地球是我们人类赖以生存的“家园”,大气层是这个“家园”的保护伞,没有它,人类将无法生存.请你设想一下,如果地球没有了大气层,在学过的物理现象中哪些将不再发生(在光学现象中任选两种作答).

(1);

(2).

5.如图1-8所示,线段AB表示池塘边的一棵树,请画出处在a点的眼睛看到这棵树的倒影的大致光路图.

6.物体距凸透镜20cm时,可在光屏上得到一个缩小的实像,若把物体向透镜方向移8cm,又可在光屏上得到一个放大的实像,则透镜的焦距是().

A.20cmB.10cmC.9cmD.5cm

7.如图1-9所示,B为AC的中点,蜡烛烛焰通过凸透镜后在右侧的光屏上成一个清晰、缩小的像,则凸透镜().

A.应该放在B、C之间的某处

B.应该放在A、B之间的某处

C.应该放在B点

D.可能放在蜡烛的左侧某处

8.某同学用显微镜观察水中微小生物,图1-10甲中的箭头表示显微镜视野中微生物游走方向,为了不使该微生物从视野中消失,则载玻片移动的方向是图乙中的().

A.A方向B.B方向

C.C方向D.D方向

9.小明站在同一位置用数码相机(焦距可改变)对着无锡著名景点——锡山先后拍摄了两张照片甲和乙,如图1-11所示.他产生了这样的疑问:物体通过凸透镜在光屏上所成像的大小与透镜的焦距有何关系呢?小明对此进行了探究.

(1)小明找来了一些凸透镜,但不知道它们的焦距,请你为他提供一种测量透镜焦距的方法.(可画图说明)

(2)测出凸透镜焦距后,小明先后选用了三个焦距分别为15cm、10cm、5cm的凸透镜,在保持物距始终为35cm的情况下依次进行实验,发现所成的像越来越小.请你根据实验结果判断小明在拍摄哪一张照片时照相机镜头的焦距较大.

(3)在探究过程中,小明总是让物距保持不变,请你说出他这样做的理由.

第一讲“创新题选”参考答案

1.C2.翅膀科学探究的精神

3.①固体能够传声②铜的传声性能比棉线好③琴弦振动停止,阻碍了声音的传播④不能

4.看见日出的时间被推迟不会出现海市蜃楼的现象.

5.

6.C7.A8.D提示:“显微镜视野中微生物游走方向”与实际微生物的游走方向是相反的.

9.(1)将凸透镜正对着太阳,在透镜的另一侧放一张纸,调节透镜到纸面的距离,直至纸面上出现最小、最亮的光斑,测出光斑到凸透镜的距离,即为凸透镜的焦距(也可用其他的方法).

(2)拍摄乙照片时照相机镜头的焦距较大.

(3)凸透镜所成实像的大小与物距、焦距都有关系,因此研究实像的大小与焦距的关系时应控制物距不变.

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