2019-2020年高二物理棱鏡 光的色散 人教版.doc
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2019-2020年高二物理棱鏡 光的色散 人教版【教學(xué)目標(biāo)】 1、棱鏡的概念及其對(duì)光線的偏折作用; 2、全反射棱鏡對(duì)光路的控制; 3、了解光的色散及物體的顏色等生活常識(shí)?!窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、棱鏡對(duì)光線的偏折作用;【教學(xué)難點(diǎn)】2、全反射棱鏡對(duì)光路的控制;【授課時(shí)數(shù)】2課時(shí)【教學(xué)過程】預(yù)習(xí)導(dǎo)讀1、棱鏡1)、定義: 叫做棱鏡。通常所作的是橫截面為 的棱鏡叫三棱鏡。2、通過棱鏡的光線:1)、通過棱鏡的光線要向棱鏡 偏折; 2)、 光線和 光線之間的夾角稱為偏向角。 3、棱鏡成像 隔著棱鏡看物體的像是 (正、倒)立的 (虛、實(shí))像,像的位置向棱鏡 方向偏移。4、全反射棱鏡1、定義:橫截面為 形的棱鏡叫全反射棱鏡。2、全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn):全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面,效果是相同的,相比之下,全反射棱鏡成像更清析,光能損失更少。5、光的色散 1)、在真空中,不同顏色的光的傳播速度都相同,為C。2)、不同顏色的光,在同一種介質(zhì)中傳播速度不同。 光的傳播速度還與光的顏色有關(guān):在同一種介質(zhì)中,紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色的光中 的光傳播速度最小,; 的光傳播速度最大。光的色散1)、單色光:不能分解為其它顏色的光,稱為單色光。2)、復(fù)色光:由若干種單色光合成的光叫做復(fù)色光。3)、光的色散:把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散。結(jié)論:白光通過棱鏡后,被分解為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色的光。新授【知識(shí)要點(diǎn)】一、通過棱鏡的光線1、棱鏡:1)、定義:各平面相交的透明體叫做棱鏡。通常所作的是橫截面為三角形的棱鏡叫三棱鏡。2)、作用:A、改變光的傳播方向;B、分光。2、通過棱鏡的光線:1)、棱鏡對(duì)光線的偏折規(guī)律:如圖1所示:A、通過棱鏡的光線要向棱鏡底面偏折; B、出射光線和入射光線之間的夾角稱為偏向角。 C、棱鏡要改變光的傳播方向,但不改變光束的性質(zhì)。a、平行光束通過棱鏡后仍為平行光束;b、發(fā)散光束通過棱鏡后仍為發(fā)散光束;c、會(huì)聚光束通過棱鏡后仍為會(huì)聚光束。2)、棱鏡成像 隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像,像的位置向棱鏡頂角方向偏移。如圖。二、全反射棱鏡1、定義:橫截面為等腰三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。2、反射棱鏡對(duì)光路的控制 如圖所示。3、全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn):全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面,效果是相同的,相比之下,全反射棱鏡成像更清析,光能損失更少。三、光的色散 白光通過三棱鏡后,在光屏上形成的彩色光帶.【疑難辯析】正確理解光的色散:1偏向角:紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色的光以同一入射角i進(jìn)入棱鏡時(shí)不同顏色的光在同種介質(zhì)中 光的折射角r最小。所以白光進(jìn)入某種媒質(zhì)發(fā)生折射時(shí),紫光偏折得最厲害,紅光偏折最小。2光的傳播速度1)、在真空中,不同顏色的光的傳播速度都相同,為C。2)、 由=可知,不同顏色的光,在同一種介質(zhì)中傳播速度不同。 在同一種介質(zhì)中光的傳播速度還與光的顏色有關(guān):在同一種介質(zhì)中,紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色的光中 的光傳播速度最小,; 的光傳播速度最大。3. 折射率:由n=可知同一媒質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同,不同顏色的光在同種介質(zhì)中 光的折射率最小。小結(jié):物理量 紅 橙 黃 綠 藍(lán) 靛 紫原 理折射率小 大實(shí)驗(yàn)測(cè)定同種媒質(zhì)中光速小 大同種媒質(zhì)中偏向角小 大4. 在具體問題的研究時(shí),是否考慮色散,應(yīng)根據(jù)具體問題的情況確定?!緦W(xué)法指導(dǎo)】【典型例析】【例1】.如圖所示,水盆中盛有一定深度的水,盆底處水平放置一個(gè)平面鏡.平行的紅光束和藍(lán)光束斜射入水中,經(jīng)平面鏡反射后,從水面射出并分別投射到屏MN上兩點(diǎn),則有( ) A. 從水面射出的兩束光彼此平行,紅光投射點(diǎn)靠近M端 B. 從水面射出的兩束光彼此平行,藍(lán)光投射點(diǎn)靠近M端 C. 從水面射出的兩束光彼此不平行,紅光投射點(diǎn)靠近M端 D. 從水面射出的兩束光彼此不平行,藍(lán)光投射點(diǎn)靠近M端【例2】如圖所示,是兩個(gè)同種玻璃制成的棱鏡,頂角1略大于2,兩束單色光A和B分別垂直入射于三棱鏡后,出射光線與第二界面的夾角1=2,則在棱鏡中 光束的傳鏡速度大,把兩束光由水中射向空氣,產(chǎn)生全反射, 光的臨界角大【例3】abc為全反射棱鏡,它的主截面是等腰直角三角形,如圖所示,一束白光垂直入射到ac面上,在ab面上發(fā)生全反射,若光線入射點(diǎn)O的位置保持不變,改變光線的入射方向(不考慮自bc面反射的光線)。( )A.使入射光按圖中所示順時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn),如果有色光射出ab面,則紅光將首先射出B.使入射光按圖中所示的順時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn),如果有色光射出ab面,則紫光將首先射出C.使入射光按圖中所示的逆時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn),紅光將首先射出ab面D.使入射光按圖中所示的逆時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn),紫光將首先射出ab面【例3】解析 本題為1991年全國(guó)高考試題白光由從紅到紫七種色組成,同一種介質(zhì)對(duì)它們的折射率,從紅光到紫光逐漸增大。在同一種介質(zhì)中產(chǎn)生全反射,它們的臨界角不同。由公式sinC=,n越小,C越大。紅光折射率最小,則臨界角最大。光垂直入射ac面,在ab面發(fā)生全反射,則臨界角C45。當(dāng)光沿順時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)入射,其入射角C減小,如圖(1)所示,首先小到紅光臨界角以下,紅光先射出ab面。當(dāng)光沿逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)入射,其入射角增大,不可能有光線在ab面上射出。如圖(2)所示。說明 該題求解的關(guān)鍵在于通過作圖找出順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)光在底邊的入射角如何變化,再結(jié)合折射率n越大,則臨界角越小,即可求解?!纠?】.半徑為R的玻璃半圓柱體,橫截面如圖所示,圓心為O,放在水平桌面上,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(diǎn)為圓心O,光線2的入射點(diǎn)為A,OA=,已知該玻璃對(duì)紅光的折射率n=(1)求兩條光線與桌面交點(diǎn)間的距離d 12AO(2)若入射的是單色藍(lán)光,則距離d將比上面求得的結(jié)果大還是小?【例4】、(1) (2)變小【例5】 單色細(xì)光束射到折射率n=的透明球表面,光束在過球心的平面內(nèi),入射角i=45。經(jīng)折射進(jìn)入球內(nèi)后又經(jīng)內(nèi)表面反射一次,再經(jīng)球面折射后射出的光線,如圖所示,(圖上已畫出入射光和出射光)。 (1)在圖上大致畫出光線在球內(nèi)的路徑和方向。(2)求入射光與出射光之間的夾角。(3)如果入射的是一束白光,透明球的色散情況與玻璃相仿,問哪種顏色光的角最大,哪種顏色的角最?。俊纠?】解析 本題為1997年上海高考試題(1)如圖8-14-6(2)由折射定律=n得sinr=r=30由幾何關(guān)系及對(duì)稱性,有=r-(i-r)=2r-i=4r-2i以r=30,i=45代入得=30(3)紅光最大,紫光最小。說明 (3)的判斷有兩種方法,一是可根據(jù)作圖得到,當(dāng)折射率n越大,出射線與入射線的交點(diǎn)越靠外,角也越小。二是由題可得=4r-2i=4r-90,因此,n越大,r越小,也就越小。O【基礎(chǔ)訓(xùn)練】1如圖所示, 已知紅光臨界角為,紫光臨界角為,在水面以下有一個(gè)平面鏡水平放置,一束白光由空氣垂直射入水中,照到平面鏡上的O點(diǎn),現(xiàn)讓平面鏡繞入射點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng),要使該光束不會(huì)從水中射出水面,平面鏡轉(zhuǎn)過的角度不能小于(A )A B、 C、 D、2.如圖所示,半圓形玻璃磚ACB,O為圓心,C為圓弧頂點(diǎn),一束很細(xì)的平行白光束從CO方向射入玻璃磚?,F(xiàn)保持光的入射方向不變,將玻璃磚沿順時(shí)針方向繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),則首先在界面AB上發(fā)生全反射的應(yīng)是白光中的( C )A. 紅光成分,因玻璃對(duì)紅光折射率較大; B.紅光成分,因玻璃對(duì)紅光折射率較小C。紫光成分,因玻璃對(duì)紫光折射率較大 D.紫光成分,因玻璃對(duì)紫光折射率較小3如圖所示,從點(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏的ab間形成一條彩色光帶.下面的說法中正確的是( )Aa側(cè)是紅色光,b側(cè)是紫色光B b側(cè)是紅色光,a側(cè)是紫色光C三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率大于對(duì)b側(cè)光的折射率D在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率大于b側(cè)光的傳播速率4如圖所示,半徑為R的半圓形透明材料,折射率n=20,一束平行光從空氣以垂直于其底面方向射入,則下列說法中正確的是( ) A所有光線都能通過這種材料 B只有距圓心O兩側(cè)R/2范圍內(nèi)的光才能通過 C射出的光束會(huì)形成發(fā)散光束 D射出的光束會(huì)形成會(huì)聚光束5如圖有A、B兩束光平行射到三棱鏡上,兩次折射后匯聚一點(diǎn)則在棱鏡中的速度:( )的較大的較大一樣大無法比較6某棱鏡頂角=41.300,一束白光以較大的入射角從棱鏡的一個(gè)側(cè)面射入,通過棱鏡后從另一個(gè)側(cè)面射出,在光屏上形成由紅到紫的彩色光帶(如圖示)。當(dāng)入射角i漸漸減小到零的過程中彩色光帶變化情況是( ) 色光紫藍(lán)綠黃橙紅折射率153215281519151715141513臨界角407504088041170412304134041370A、紫光最先消失,最后只剩下橙光,紅光。B、 紫光最先消失,最后只剩下黃,橙,紅光。C、 紅光最先消失,最后只剩下紫,靛,藍(lán)光。紅光最先消失,最后只剩下紫,靛,藍(lán)光和綠光。abcdO7如圖所示,一細(xì)束白光由空氣沿Od方向斜射到橫截面為矩形的玻璃磚abcd的ab邊上。下列說法中正確的是 D可能在ab界面發(fā)生全反射可能射到bd面,并在bd界面發(fā)生全反射一定能到達(dá)cd面,并在cd界面發(fā)生色散一定能到達(dá)cd面,射出光線中的各種色光一定互相平行 【能力提高】8如右圖所示,一束平行光射到折射率為的玻璃球體上.(1)說明凡能射入玻璃球的光線,都不會(huì)在玻璃球里發(fā)生全反射現(xiàn)象;(2)計(jì)算說明圖中所示入射角為60的光線進(jìn)入玻璃球后第二次射出玻璃球時(shí)的方向.(注:應(yīng)作圖配合說明)9.雨過天晴,人們常看到天空中出現(xiàn)彩虹,它是由陽(yáng)光照射到空中彌漫的水珠上時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象,在說明這個(gè)現(xiàn)象時(shí),需要分析光線射入水珠后的光路。一細(xì)束光線射入水珠,水珠可視為一個(gè)半徑為R的球,球心O到入射光線的垂直距離為d,水的折射率為n。(1)在圖上畫出該束光線射入水珠內(nèi)徑一次反射后又從水珠中射出的光路圖。(2)求這束光線從射向水珠到射出水珠每一次偏轉(zhuǎn)的角度。9.(1)光路圖如圖所示(2)以i,r表示入射光的入射角、折射角,由折射定律sini=nsinr以1、2、3表示每一次偏轉(zhuǎn)的角度,如圖所示,由反射定律、折射定律和幾何關(guān)系可知sini=1=i-r2=-2r3=i-r由以上各式解得1=sin-1-sin-12=-2sin-13=sin-1-sin-1說明 注意正確作出光路圖,并利用平面幾何和三角形知識(shí)進(jìn)行求解。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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