激光笔原理

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《三光现象》现象、知识和方法

班级：_________姓名_____________

一、光的色彩颜色

（一）光源

1．定义：本身发光的物体叫作光源。例如太阳、、闪电、各种发光的电灯、燃气火焰、

发光的水母（萤火虫）、电视机显像管、手机屏幕等物体。

注意：钻石、月亮（卫星）、地球（行星）、电影银幕、波光粼粼的水面等不是光源。

2．光源可以分为天然光源与人造光源两类。

（二）光的色彩

1．光的色散：

（1）实验——活动3.1分解太阳光

器材：平面镜、狭缝、三棱镜、光屏

做法：将平面镜伸出窗外并调整使太阳光照射到狭缝上；将三棱镜置于狭缝光束中，

转动三棱镜，同时调整光屏的位置，直到光屏上出现彩色光带为止。

现象：太阳光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光（这种现象叫作光的色散）。

结论：①太阳光是由多种色光混合而成的；

②白光是复色光，红、绿、蓝等色光是单色光；

③不同色光通过三棱镜后传播方向偏折的角度不同。

（2）生活常见的光的色散现象：雨后彩虹、日晕等。

（3）最早研究光的色散现象的是英国物理学家牛顿。

2．色光的混合：

（1）现象：红光和绿光混合，得到黄光；红光和蓝光混合得到品红光；绿光和蓝光

混合呈现青光；等比例的红光、绿光和蓝光混合，得到白光；色散光带通过三棱镜后也得

到白光。

（2）结论：白光色散后得到的各种色光混合后可以重新得到白光。这进一步证明白

光确实是由多种色光组成的。

（3）光的三原色：红、绿、蓝三种色光按不同比例混合，能产生任何一种颜色的光，

而自身却无法用其他的色光混合而成。因此，我们将红、绿、蓝叫做光的三原色。

（三）物体的颜色

1．透明体的颜色

（1）实验——活动3.2观察白光透过有色玻璃纸的现象

现象：当太阳光通过有色玻璃纸时，红色玻璃纸只能通过红光，绿色玻璃纸只能通过

绿光，蓝色玻璃纸只能通过蓝光，无色透明体能通过所有色光。即，透明物体只能透过和

它颜色相同的色光，而吸收其他颜色的光。

结论：透明物体的颜色由它所能透过的色光决定的。

（2）应用：制作滤色镜。

2．不透明体的颜色

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（1）现象：在暗室中，太阳光色散光带照射到有色彩纸上，红色彩纸只能反射红光，

绿色彩纸只能反射绿光，蓝色彩纸只能反射蓝光，其他部位是黑色的。太阳光色散光带照

射到白纸上，白纸能反射所有色光。若各种色光都被吸收，则是黑色的。即，不透明物体

只能反射和它颜色相同的色光，而吸收其他颜色的光。

（2）结论：不透明物体的颜色由它所能反射的色光决定的。

注意：光照射在物体上时，一部分光被物体反射，一部分光被物体吸收，若物体是有

色透明的，则还有一部分光会透过它。

（四）光能

1．含义：光具有的能量叫作光能。

2．转化：通过植物的光合作用，光能可以转化为化学能；通过太阳能热水器，光能

可以转化为内能；通过太阳能电池，光能可以转化为电能。

二、人眼看不见的光

（一）可见光与不可见光

人眼能感觉到的光称为可见光。人眼无法察觉的光称为不可见光。

（二）红外线

1．定义：在色散光带红光外侧存在能使物体发热的不可见光。

2．发现：1800年，英国科学家赫胥尔在研究各种色光的热效应时发现：当温度计放

在色散光带红光的外侧时，其示数也会增大。这种探究方法称为转化法。

3．性质：①红外线使被照射的物体发热，热效应显著。②自然界所有的物体都能不

停地向外辐射红外线，物体的温度越高，向外辐射红外线强度越强。太阳的热主要就是以

红外线的形式传递到地球上的。

4．应用：红外烤箱、红外烤漆；红外线照相机（红外热图）、红外线温度计、红外制

导（响尾蛇导弹）、红外遥感（监视森林火灾、预测农作物的长势和收成、寻找水源）；红

外线夜视仪；红外线遥控器等等。

（三）紫外线

1．定义：在色散光带紫光外侧存在能使照相底片感光的不可见光。

2．发现：1801年，德国物理学家里特将照相底片放在色散光带紫光外侧时被感光了。

3．性质：最显著的性质是使荧光物质发光。另外紫外线具有较强的能量，能灭菌。

4．应用：日光灯、黑光灯、验钞机、鉴别古画；杀菌消毒（医用紫外线灯、消毒柜）；

促进维生素D的合成从而有利于钙的吸收等等。

5．危害：过量照射紫外线对人体有害主要是眼角膜（引发白内障）和皮肤（导致皮

肤过早衰老，甚至发生癌变）。焊接时带防护面罩、用防紫外线伞。

臭氧层是地球的保护伞，它能吸收绝大部分来自太阳的紫外线，我们要保护臭氧层（禁

止排放氟氯碳化物）。

三、光的直线传播

（一）光沿直线传播规律的探究

1．观察：打开液晶投影仪或强光手电筒，让光正对着投影幕布或墙壁照射。将手放

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在光束中，观察手影的形状、颜色和大小。改变手的形状，重做几次实验，观察手影的形

状、颜色和大小的变化。

现象：A.影子的形状与物体的形状相似。B.影子的颜色总是黑色的。C.影子的大小可

以变化。

2．提出问题：光从光源出来后，怎样向外传播呢？

3．猜想与假设：光从光源射出后，在某种介质中可能是沿直线向外传播的。

4．设计实验方案：

（1）让一束光射向某一种介质，例如空气、水和玻璃，观察光传播的特征。

信息快递：看不见光的传播路径，怎么办？用转化法。可以在空气中喷水雾、烟雾、

粉笔灰等；可以在水中滴入少量牛奶、细泥土等；可以选用有色玻璃。

（2）让一束光射向两种介质的交界面，观察光传播的特征。

（3）让一束光射向不均匀的介质（可以在水中倒入盐或糖，不搅拌），观察光传播的

特征。

5．进行实验与搜集证据：

（1）在气体中（2）在液体中（3）在固体中

（4）在两种介质的交界面（5）在不均匀介质中

6．分析与论证：光在同种均匀介质中沿直线传播。

7．光线：人们常用一条带箭头的直线表示光的传播路径和方向，这样的直线叫作光

线。

注意：“光线”是人们为了形象地描述光的传播路径而建立的理性化模型，并不真实

存在。（建立模型法）

（二）光沿直线传播有关现象的解释

1．影子的形成原因

当光遇到不透明的物体时，由于光沿直线传播，在该物体后面，会形成一个光不能直

接照射到的，跟物体轮廓相似的黑暗区域，这个区域称为物体的影子。

2．月食：

（1）发生条件：太阳、地球、月球近似在一条直线上，

且地球位于两者之间。

（2）发生原因：光的直线传播，地球位于太阳与月球

的中间，地球挡住太阳光，在地球后面出现地球的影子，使

月球全部或部分不能反光，从而形成月食。

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（3）当月球运动到a位置发生月全食；当月球运动到b位置发生月偏食；当月球运

动到c位置不发生月食，但月球较暗。

3．日食：

（1）发生条件：太阳、月球、地球近似在一条直线上，

且月球位于两者之间。

（2）发生原因：光的直线传播，月球位于太阳与地球

的中间，月球挡住太阳光，在月球后面出现月球的影子，使

地球上的人不能看到太阳或只看到太阳的一部分。

（3）地球上a区的人看到日全食；地球上b区的人看到日偏食；地球上c区的人看

到的是日环食。

4．小孔成像：

（1）成像条件：小孔足够小，一般5mm左右。若小孔比

较大，但像距足够大时，较大的小孔也能出现小孔成像现象。

（2）成像原因：光沿直线传播。

（3）成像性质：实像，上下颠倒、左右相反。

（三）光沿直线传播规律的应用

（1）用激光引导掘进机开凿笔直大山隧道。

（2）利用激光贴地面砖、墙面砖，保证地面水平、墙壁竖直。

（3）排队时，每一位同学只看见前一名同学的后脑勺，看不见前面其他同学时，队

伍就排直了。

（4）射击瞄准时，当准星挡住被射击的物体（即目标、准星、眼睛“三点一线”）时，

扣动扳机，即可命中目标。

（5）木匠闭一只眼观察木块的边线是否为直线。

（四）光的速度

1．光的传播需要时间。地球接受到的太阳光，其实是500秒之前发出的，

2．1607年，伽利略进行了最早的测量光速的实验，虽没有成功，但揭开了人类历史

上对光速进行研究的序幕。

3．光速的大小：在真空中c=3×108m/s，在空气中约为3×108m/s，在水中的光速约

是真空中光速的3/4，在玻璃中的光速约是真空中光速的2/3，所以，光速的大小决定于介

质的种类。

4．应用：激光测距。

四、平面镜

（一）平面镜的基本知识

1．含义：表面平整、光滑且能够成像的物体叫做平面镜。

2．种类：种类繁多，古代多用铜镜，明代传入玻璃镜。生活中平静的水面、抛光的

金属面、平滑的地面砖等等也是平面镜。

（二）探究平面镜成像的特点

1．猜想与假设：对像的性质、位置、像的大小、像到镜面的距离和物到镜面距离的

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大小关系等作出猜想。

2．设计方案：

（1）确定像的位置：将茶色玻璃板竖直放置在水平桌面上，将棋子A放在玻璃板前

某一位置；再将另一个等大的棋子B放到玻璃板后，前后左右移动，人眼在玻璃板前（棋

子A一侧）观察，直到看上去B和A的像重合为止。此时棋子B的位置就是棋子A的像

的位置。这是等效替代法。

用玻璃板代替平面镜的好处：利用玻璃板透明（玻璃具有透光性）的特点，使人眼在看到物体A的

像的同时也看到物体B，从而便于确定像的位置以及比较像和物的大小关系。

用玻璃板代替平面镜的坏处：

①由于玻璃板是透明的，光射到玻璃板上后，大部分光透过去了，少部分光反射成像，所以物体在

玻璃板中所成的像的亮度较小，背景光很亮时看不清像。应对方法：降低背景亮度（选用茶色玻璃板，

拉上窗帘、桌上铺有色彩纸）；增加物的亮度（选用灯泡、蜡烛灯做成像的物，用光源照射物体）。

②与镜子相比，玻璃板前后两个表面都反射光，都能成像，所以将有两个像，可能会导致像距测量

出现错误，难以得出正确结论。应对方法：尽可能选用较薄的玻璃板做实验。

（2）探究像的特点：

在确定了像的位置后，用棋子A的像是否与等大的棋子B重合，来比较像和物的大

小关系；用刻度尺测量出像距和物距，来比较像距和物距的大小关系；用量角器（或方格

纸）来比较像和物连线段与镜面是否垂直。

3．进行实验与收集证据：

（1）放好平面镜；（2）放棋子A，判断像的位置；（3）放棋子B，确定像的位置；（4）

判断像和物的大小关系；（5）判断像距和物距大小关系，以及像和物连线段与镜面的位置

关系；（6）判断像的虚实；（7）改变位置，多次实验。（避免偶然性，增加可信度，以便

得到普遍性的结论。）

4．分析与论证：

平面镜成像的特点：平面镜所成的像是虚像，像的大小与物体的大小相等，像和物到

平面镜的距离相等。像与物关于镜面对称。

注意：（1）平面镜成等大、正立、虚像；（2）镜面是物像的连线段的垂直平分线。

（三）平面镜成像的原理

1．成像原理：

①在烛焰上取一个发光点S，以从S点发出的两条

光线为例，它们射到平面镜上，将发生光的反射现象，

如图所示；

②反射光线的反向延长线相交于平面镜后的S

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点；

③两条反射光线进入人眼后，人逆着反射光线看过去，与右图相比，两种情况引起的

视觉感受相同，人会感到S

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处有一个“发光点”，这个“发光点”就是S点的虚像。同理，烛

焰上其他发光点也都能通过平面镜产生对应的虚像点，无数个像点共同组成了烛焰的虚像

点。

由此可见，烛焰的虚像上并没有光发出，我们看到的虚像是由射入眼中的反射光所形

成的视觉。

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平面镜是利用光的反射成像的，所有反射光线的反向延长线都过像点。

2．实像和虚像：

实像是指从物体发出或反射的光线，经过光学元件反射或折射后，反射或折射光线实

际会聚所成的像，它是由真实的光点会聚而成的明亮区域，是真实存在的，既可以用眼睛

观察到，又可以呈现在光屏上。

虚像是从物体发出的或反射的光线经过光学元件反射或折射后，反射或折射光线并没

有会聚而是变得发散，人们逆着反射光或折射光看过去，感觉到这些发散的光线是从它们

的反向延长线的交点发出的。所以，虚像不是实际光线会聚而成，并不真实存在，因此虚

像只能用眼睛观察到，而不能在呈现在光屏上。

（四）平面镜的应用

1．在日常生活中的应用：（1）成像（梳妆、纠正姿势）；（2）扩大视野空间。

2．在医学、军事上的应用：（1）潜水艇的潜望镜；（2）牙医借助平面镜观察牙齿背

面的情况。

3．从物理学的角度概括：（1）成像（照镜子）；（2）改变光的传播方向（潜望镜、自

行车尾灯）。

平面镜应用不当，也会带来光污染。

五、光的反射

（一）光的反射

1．定义：光射到物体表面时，有一部分会被物体表面反射回

来，这种现象叫作光的反射。

2．有关的术语：

（1）法线：过入射点和镜面垂直的直线，用虚线表示。

（2）入射角：入射光线与法线的夹角。

（3）反射角：反射光线与法线的夹角。

（二）探究光的反射规律

1．猜想与假设：反射角与入射角的大小关系；反射光线、入射光线和法线的位置关

系。

2．设计实验与制定计划：要获得相关信息和数据，关键是要在实验中显示入射光和

反射光（选用白色硬纸板、激光笔），并能方便地改变和测量入射角和反射角（在白色硬

纸板上标出法线、测量角度大小的刻度）。

如何验证反射光线和入射光线、法线是否在同一平面内？标有刻度的白色硬纸板由A、

B两部分组成，可以绕接缝ON旋转。

3．进行实验：

将平面镜水平放置，将标有刻度的白色纸板竖直地立在平面镜上。纸板由A、B两部

分组成，可以绕接缝ON翻折。

（1）使一束光紧贴纸板A射向平面镜上的O点，并将纸板B绕接缝ON向前或向后

翻折，观察在什么情况下纸板B上能呈现反射光束。

现象：当纸板由A、B在同一平面内时，同时看见入射光束和反射光束，向前或向后

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翻折纸板A后，在纸板B上看不到反射光束。

（2）将纸板B翻折到能呈现反射光束的位置，读出入射角和反射角的大小，再多次

改变入射光的方向，多测几组数据，并将有关数据填入表格。

数据：反射角和入射角大小相等。

4．分析与论证——光的反射定律

光反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在法

线两侧，反射角等于入射角。

理解：（1）包括两层含义，一讲了三条线的关系，二讲了两个角的关系。

（2）法线是反射、入射光线所夹角的角平分线，反射光线和入射光线关于法线对称。

（3）光反射时，光路是可逆的。若后来的入射光沿着原来的反射光的路径传播，则

后来的反射光必然沿着原来的入射光的路径传播。

（三）镜面反射与漫反射

镜面反射漫反射

不同的

反射面平滑粗糙不平

若入射光平行，则反射光平行不平行

若入射光平行，人眼观察

的效果

人眼只能在某一特定方向

上看到很亮的反射光

人眼在各个不同的方向上

都能看到较暗的反射光

应用平面镜电影银幕

相同点

二者都是光的反射现象。无论镜面反射还是漫反射，

每一条光线的传播都遵守光的反射定律。

（四）凹面镜和凸面镜

凹面镜对光有会聚作用，可以用来做反光罩、太阳灶等。

凸面镜对光有发散作用，可以用来做后视镜、反光镜等，扩大视野。

（五）光的反射的应用

1．自行车尾灯——角反射器。

2．反射式望远镜。

拓展：旋转问题

若入射角增大，则反射角随之增大；

若平面镜不动，入射光线顺时针绕入射点转动了θ角，则反射光线逆时针转动θ角；

若入射光线的位置不动，平面镜顺时针绕入射点转动了θ角，则反射光线顺时针转动

2θ角，法线顺时针转动2θ角，反射角改变θ角。

六、综合实践活动——小孔成像专题

（一）针孔照相机——小孔成像现象

1．制作要点：

（1）在空易拉罐底部的中央戳一个小孔；（2）将易拉罐的顶部剪去，蒙上半透明的

塑料薄膜；（3）用针孔照相机观察窗外的景物，记录呈现在半透明膜上像的特点。

2．成像的特点：

（1）既能被人眼看见，又能呈现在光屏上，属于实像。（2）像和物相比，上下颠倒，

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左右相反，是倒立的实像。（3）与物相比，是放大，或等大，或缩小的倒立实像。

3．成像的原理：光在同种均匀介质中沿直线传播。

4．成像的条件：小孔足够小，一般5mm左右。

5．像的形状规律：实像的形状与物体的形状相似，与小孔的形状无关。

6．像的大小规律：

（1）静态规律：（v表示像距，u表示物距，A'表示像的大小，A表示物的大小）

①若v小于u时，则A'小于A；②若v等于u时，则A'等于A；③若v大于u时，则

A'大于A。

（2）动态规律：因为

A

u

v

A



，像的大小与像距、物距和物的大小等三个因素有关，

①当u、A不变时，则v越大，A'就越大；②若v、A不变，则u越小，A'就越大；③若u、

v不变，则A越大，A'就越大。

7．特殊情况下

如果孔比较大（一般大于1cm），光屏上将出现与孔形状相似的亮斑，周围是黑暗区

域（即物体的影子）。如果孔虽然比较大，但因像距足够大（至少为孔的大小100倍以上），

影子现象又变为小孔成像现象。

（二）树荫下的光斑

树荫下的光斑，有的是小孔成像现象，有的是树叶影子围成的明亮区域。

1．属于小孔成像时，

（1）形状：光斑(像)的形状决定于太阳的形状，与小孔的形状无关，所以该光斑的形

状始终是圆形的。

（2）大小及亮暗：光斑(像)的大小决定于小孔到地面的距离，距离越大，光斑越大，

同时光斑亮度越暗。

2．不属于小孔成像时，属于影子现象时，

（1）大小：亮斑的形状决定于孔的形状。

（2）大小及亮暗：亮斑的大小决定于洞的大小和洞到地面的距离，洞越大，距离越

大，亮斑越大，且其亮度不变。

附：重要方法

1．转化法。利用红外线的热效应证明红外线的存在；利用紫外线使荧光物质发光证

明紫外线的存在；向水中滴入几滴牛奶或向烧杯中冲入烟雾显示光的传播路线。

2．归纳法。从大量光沿直线传播的现象归纳出光在同种均匀介质中沿直线传播。

3．建立理想模型法。光线实际上并不存在，用光线形象地显示光的传播路径和方向。

4．等效替代法。用相同的蜡烛与玻璃板前面蜡烛的像重合替代像的位置。