师:同学们,今天我们要学习人教版八年级上册第四章第一节内容——光的直线传播。一年一度的广州灯光节大家都很期待吧,各色灯光营造出美轮美奂的羊城。(展示图片)这些灯光能发光,物理学中,把能够发光的物体称为光源。老师罗列了一些光源图片,我们一起来分类。像太阳、萤火虫,它们是自然界本身就有的,我们称之为自然光源;而浴室里的浴霸、珠江夜景的彩灯,是人类制造出来的,叫做人造光源。生活中事物分类可以从不同角度进行,比如教室的人,按性别可分为男生和女生,按职业可分为学生和老师。同样,光源分类也能从不同角度分析,大家认真思考下,光源还能怎么分类?请一位同学来说说。
生:老师,像太阳和浴霸温度比较高,可归为一类;萤火虫和彩灯温度比较低,归为一类。
师:这位同学回答得非常好。物理学上,把温度比较高的光源称为热光源,比如太阳和浴霸;温度比较低的光源称为冷光源,比如萤火虫和彩灯。光在我们身边无处不在,那它是怎么传播的呢?我们一起进入演示实验。光在空气中沿直线传播。光在清水中,沿直线传播;光在玻璃中,也是沿直线传播。通过实验发现,光可以在空气、水和玻璃中传播。大家能看到电视里老师授课,证明光可以在空气中传播;在湖边能看见水中的鱼,证明光可以在液体中传播;透过玻璃能看见外面世界,证明光可以在固体中传播。大家注意到了吗,光在同种介质中沿直线传播。那么光在任何情况下都沿直线传播吗?带着这个问题进入下面的探究。光在清水中沿直线传播,光在浓盐水中也沿直线传播。借助漏斗把浓盐水倒入清水中,浓盐水会下沉到溶液底部。我们发现,光在溶液底部沿直线传播,在清水和浓盐水交界处沿曲线传播,在溶液上层沿直线传播。用木棍把溶液搅拌均匀,变成均匀的淡盐水,光在均匀的淡盐水中都沿直线传播。同学们,刚才的实验说明,光只有在同种均匀介质中才沿直线传播,在清水和浓盐水交界处,光会发生偏折。光在同种均匀介质中沿直线传播,所以物理学上通常用一条带箭头的直线来表示光的传播路径和方向,这样的直线叫光线。前面我们学过声音不能在真空中传播,那光可以在真空中传播吗?通过这两张图片分析一下,请一位同学来说说。
生:老师,我来分析。白天能看见太阳,夜晚能看见流星雨,说明光可以穿越真空地带到达地球,所以我认为光可以在真空中传播。
师:谢谢这位同学,分析得非常到位。这两个生活现象说明光可以在真空中传播。光既然能在真空中传播,那它在真空中传播速度有多快呢?通过这个科普视频了解一下。
(播放科普视频后)
师:光速是指静止质量为零的光子在真空或介质中传播的速度,它是速度单位,不是时间和距离。光的传播速度与传播介质有关,在真空中大约能达到每秒30万千米,是人类已知的最快速度。最早一次光速测算是17世纪伽利略在距离较远的山头通过灯光尝试测算的。1676年,丹麦天文学家奥劳斯·罗默利用木卫在木星上的投影周期变化来估算光速。到1983年,第17届国际计量大会才正式确定光在真空中的速度,得出精确值。根据爱因斯坦的质能方程E = mc2,任何有质量的物体运动速度越接近光速,其动质量会变得无限大,就需要无限大的能量来推动,而无限大的能量不存在,所以有质量的物体不可能达到光速。目前人类研究表明,真空中的光速是宇宙中物质运动的最快速度,只有静止质量为零的光子从一开始就能以光速运动,其他有质量的物质不可能达到光速,更不可能超越光速,但理论上可以无限接近光速。
