2019-2020年高三物理 第十九章 光的傳播 四、光的色散(備課資料).doc

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2019-2020年高三物理 第十九章 光的傳播 四、光的色散(備課資料) ●本節(jié)教材分析 與以前的教材相比，這一部分把重點從棱鏡移到了光的色散.從課后練習看，棱鏡對光的偏折作用及全反射棱鏡仍應給予適當?shù)年P注，全反射棱鏡被安排在閱讀材料里并介紹了它的一些應用，對這些應用不宜深講，作為了解性的內容即可，有興趣的學生可以組織它們課后進行小制作、小觀察，如潛望鏡、自行車尾燈. 光的色散的知識并不難，這一部分可組織學生直接觀察太陽光通過三棱鏡時的色散、用分光鏡觀察太陽光譜和氣體發(fā)光光譜.增加學生的感性認識，還可以借助CAI課件展示白光通過棱鏡后的色散現(xiàn)象.虹霓的形成原因，以擴大學生的知識面，培養(yǎng)學習物理的興趣. 色散現(xiàn)象的成因是不同色光在同一介質中傳播速度不同從而折射率不同進而導致偏折不同.學生可能會發(fā)出這樣的疑問.為什么我們在日常生活中并沒有經常地看到光的色散現(xiàn)象？關于這一點可引導學生看課本中冕牌玻璃對不同色光的折射率數(shù)據(jù)及課本最后方框內的解釋，說明光通過棱鏡時實際發(fā)生了兩次偏折，才把不同色光區(qū)分開來. ●教學目標 一、知識目標 1.理解棱鏡能使射向棱鏡側面的光線向底面偏折的道理. 2.知道光的色散現(xiàn)象. 3.理解光的色散現(xiàn)象的成因. 4.知道不同色光在同一介質中傳播速度不同. 5.知道同一介質對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大. 二、能力目標 1.會應用棱鏡進行有關的光路控制. 2.會根據(jù)折射定律分析判斷白光色散的結果. 三、德育目標 通過自然界中的光現(xiàn)象——虹霓的教學及色散現(xiàn)象的教學激發(fā)學生對大自然的熱愛以及對自然之謎的求知欲望. ●教學重點 1.棱鏡對光線的作用. 2.光的色散現(xiàn)象及其成因. ●教學難點 用光的折射定律分析不同色光通過同一介質后的偏折情況. ●教學方法 本節(jié)課通過實驗觀察、理論分析,輔助以CAI課件對棱鏡對光的偏折作用、光的色散現(xiàn)象及其形成原因等進行多途徑的教學.同時介紹一些相關的科普知識開闊學生的視野，盡量增加學生的觀察以達到身臨其境、興趣盎然的效果. ●教學用具 同上節(jié)課的光學演示儀，三棱鏡若干.CAI課件（單色光通過棱鏡后的偏折情況，白色光通過棱鏡的色散現(xiàn)象，虹霓的形成） ● 課時安排 1 課時 ● 教學過程 一、引入新課 ［師］同學們看過雨后天空的彩虹嗎？ （學生有的回答看過，有的回答沒看過） （教師用課件播放彩虹圖片，學生驚嘆其美麗） ［師］彩虹的美麗一直是為人們所贊嘆的，但是在座的有誰知道彩虹是怎樣形成的嗎？［無人回答］我們學完這一節(jié)的內容大家就會知道了，想知道嗎？［生回答想］那就好好的跟我學吧. 二、新課教學 （一）棱鏡棱鏡對光線的作用 1.介紹棱鏡 教師出示若干個棱鏡（大約十幾個）給學生傳著看.讓學生知道什么是棱鏡. 2.棱鏡對光線的作用 a.在黑板上畫出棱鏡的截面如圖19—44，讓一個學生到黑板上畫出在光線從空氣入射到AC面時的折射光.再請一位同學畫出從棱鏡進入空氣時在AB面上的折射情況. 圖19—44 b.用實驗演示驗證一下同學畫的對不對. c.歸納結論——光在棱鏡的兩個側面發(fā)生折射時，每次折射都使光線向棱鏡的底面偏折. d.讓學生猜想出入射光的偏折程度可能與哪些因素有關. ［學生］與折射率有關. e.入射光方向不變，若折射率比原來大，再讓一位學生畫出此時光線的兩次偏折情況.得出折射率越大，偏折越大的結論. （二）光的色散 1.光的色散現(xiàn)象 ［教師］剛才我們是用紅光做的實驗.如果讓一束白光通過棱鏡你能想象出將是什么樣的嗎？ ［生甲］還是白色.（其他學生猶豫） ［教師］猜的不是完全沒有道理.因為剛才紅光折射后出來時還是紅光嘛.但是還是讓我們用實驗來驗證一下.這樣心里才踏實對不對？ (1)實驗演示白光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象. (2)再讓學生用發(fā)給他們的棱鏡對著太陽光轉動.可在教室墻壁上看到鮮艷的彩色亮帶. (3)引導學生歸納總結出白光是復色光. (4)給出光的色散定義及光譜概念. 2.光的色散原因分析 （1）重做課本圖19—25甲所示的實驗，讓學生仔細觀察，在光屏上最上端是紅色，最下端是紫色. （2）分析現(xiàn)象背后的實質性原因. ［教師引導］白光通過棱鏡后變成了彩色光除了說明白光是復色光外，還說明棱鏡對不同色光的折射率是… ［學生］不同的. ［教師］折射率不同.說明不同色光在棱鏡中傳播時速度是… ［學生］不同的. ［教師］紅光在屏上最上端，表明紅光的偏折程度… ［學生］最小. ［教師］棱鏡對紅光的折射率… ［學生］最小. ［教師］對紫光的折射率… ［學生］最大. (3)光在真空中傳播速度相同. ［教師］我們現(xiàn)在看到的太陽光是太陽現(xiàn)在發(fā)出的嗎？ ［學生］不是 ［教師］如果不同色光在真空中傳播速度不同.則將先后到達地球.那么我們看到的還是白光嗎？ ［學生］不是 ［教師］因此可以知道光在真空中傳播速度都是相同的.c=3108 m/s而在介質中傳播速度是不同的.（根據(jù)n=） （4）歸納總結如下表 顏色 紅 橙 黃 綠 藍 靛 紫 頻率ν 低 高 折射率n 小 大 介質中速度v 大 小 臨界角C 大 小 （三）課堂鞏固訓練 1.課本練習四第（1）題. 2.如圖19—45，ABC 為一玻璃三棱鏡的截面，一束光MN垂直AB射入，在AC面發(fā)生全反射后從BC射出，則在屏PQ上的彩帶DE的D點是________光，E點是________光.（填顏色） 圖19—45 3.在上題中，若∠MNB變小，最先從AC透出的是________光. 參考答案：1.略2.紫紅3.紅 （四）知識拓展——虹霓的形成 虹的形成 雨后初霽，我們常常看見天上出現(xiàn)美麗的七色彩虹，虹是太陽光沿著一定角度射入空氣中的水滴引起的比較復雜的折射和反射所造成的一種色散現(xiàn)象.如圖19—46（a），假設太陽光水平射向一水珠，光線經兩次折射和一次全反射后射出水珠. 霓的形成經過了二次折射和二次全反射，如圖19—46（b）.虹和霓一般同時出現(xiàn).但兩者還是有區(qū)別的，不能混為一談，虹霓有兩個弓形彩帶，內彩帶較亮，其外圈是紅色，內圈是紫色，稱為虹；外彩帶較暗，有時看不見.其顏色分布與虹恰好相反，即外紫內紅，稱為霓. 圖19—46 ［用CAI課件展示虹霓的圖景及形成過程］ 講：夏天常常下雷陣雨，雨后半邊天空露出了太陽，另外半邊天空卻仍有厚厚的云層.同時，夏天地面溫度較高.蒸發(fā)很快，雨后天空還飄浮著水汽和小水滴.因此，當太陽光穿過云層中和空氣中的小水滴時，就被折射出七色虹霓來.冬天大多是連綿不斷的小雨.而且雨后太陽不會立即出現(xiàn).同時，冬天氣溫較低.蒸發(fā)較慢，雨后天空中不會像夏天那樣充滿水汽和小水滴，故冬天不易出現(xiàn)虹霓. 虹霓在地面上看起來是彩色的弧狀，但在天空中看起來，卻是彩色環(huán)狀，異常美麗.有時當太陽靠近地平線時，在高山頂上也可以看到虹，如我國著名的風景區(qū)峨眉山的一大奇景——“峨眉佛光”，其成因與虹霓相似，寶光紫色在內、紅色在外，圈中的“佛”實際上是由于日光從人的背后射來，把人的身體投影于云層上. 三、小結 ［用CAI課件打出］ 1.橫截面為三角形或梯形的透明體叫棱鏡. 2.光線通過棱鏡后將向棱鏡的底面偏折.［CAI課件再現(xiàn)］ 3.光的色散現(xiàn)象是指復色光分解為單色光的現(xiàn)象.［CAI課件再現(xiàn)］ 4.不同色光在真空中傳播速度相同，在介質中傳播速度不同，其中紅光最快，紫光最慢. 5.不同頻率的光顏色不同，光從一種介質進入另一種介質顏色不變因而頻率不變. 6.不同色光對同一介質的折射率不同，紅光最小，紫光最大. 7.發(fā)生全反射的臨界角紅光最大，紫光最小，所以紅光較不易發(fā)生全反射. 四、布置作業(yè) 1.課后自學閱讀材料《全反射棱鏡》并在課本上完成練習四第（2）題及第（4）題. 2.計算紅光和紫光在冕牌玻璃中的傳播速度.（折射率參照課本） 五、板書設計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.紅光和紫光相比 A.在真空中傳播時，紫光的速度比較大 B.在玻璃中傳播時，紅光的速度比較大 C.玻璃對紅光的折射率較紫光大 D.從玻璃到空氣的界面上，紅光的臨界角較紫光大 2.如圖19—47所示,ab兩束不同的單色平行光從空氣射入水中，發(fā)生如圖所示的折射，則下述結論正確的是 圖19—47 A.水對光束a的折射率較大 B.水中光束b的光速較小 C.光束a的頻率較大 D.若從水射向空氣，光束a的臨界角較光束b的臨界角大 3.在水底同一深處并排放置五種顏色的球，如從水面正上方垂直俯視五只色球，感覺最淺的球是 A.紫色球 B.藍色球 C.黃色球 D.紅色球 E.綠色球 F.五個球同樣深淺 4.圖19—48為一束白光通過三棱鏡的光路圖，其中正確的是 圖19—48 5.如圖19—49所示，兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC，兩者的AC面是平行放置的，在它們之間是均勻的未知透明介質.一單色細光束O垂直于AB面入射，在圖示的出射光線中 圖19—49 A.1、2、3（彼此平行）中的任一條都有可能 B.4、5、6（彼此平行）中的任一條都可能 C.7、8、9（彼此平行）中的任一條都可能 D.只能是4、6中的某一條 6.半徑為R的玻璃半圓柱體，橫截面如圖19—50所示，圓心為O，兩條平行單色紅光沿截面射向圓柱面，方向與底面垂直.光線1的入射點A為圓柱面的頂點，光線2的入射點為B，∠AOB=60.已知該玻璃對紅光的折射率n=. 圖19—50 （1）求兩條光線經柱面和底面折射后的交點與O點的距離d. （2）若入射的是單色藍光，則距離d將比上面求得的結果大還是??？ 7.單色細光束射到折射率n=的透明球表面，光束在過球心的平面內，入射角i= 45.研究經折射進入球內后又經內表面反射一次，再經球面折射后射出的光線，如圖19—51（圖上已畫出入射光和出射光） 圖19—51 （1）在圖上大致畫出光線在球內的路徑和方向； （2）求入射光與出射光之間的夾角 α； （3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情況與玻璃相仿，問哪種顏色光的α角最大，哪種顏色光的α角最?。? 8.如圖19—52所示，寬為a的平行光束從空氣斜向入射到兩面平行的玻璃板上表面，入射角為45，光束中包含兩種顏色的光，玻璃對這兩種色光的折射率分別為n1=1.5,n2=. 圖19—52 （1）求每種顏色的光射入上表面后的折射角θ1、θ2； （2）為使光束從玻璃板下表面出射時能分成不交疊的兩束，玻璃板的厚度d至少為多少？并畫出光路示意圖. 參考答案：1.BD 2.BD 3.A 4.D 5.B 6.簡答：作光路如圖19—53. 圖19—53 （1）光線1不偏折 光線2:i=60,sinr==,r=30 i′=60-r=30,sinr′=nsini′=, r′=60 =R/cos30=R d== tan30=R （2）d比上面結果小. 7.解答：（1）如圖19—54. 圖19—54 （2）由折射定律=n sinr==,r=30 由幾何關系及對稱性有 =r-(i-r)=2r-i α=4r-2i 以r=30i=45代入得α=30 （3）紅光α最大，紫光α最小 8.解答：畫出光路示意圖19—55 圖19—55 （1）=n sinθ1=,sinθ2= θ1=arcsin,θ2=arcsin （2）dtanθ1-dtanθ2= d=a