高三物理光的傳播教案

1、第十五章 光的傳播考綱要求1光的直線傳播，本影和半影 2光的反射，反射定律，平面鏡成像作圖法 3光的折射，折射定律，折射率，全反射和臨界角 4光導(dǎo)纖維 5棱鏡，光的色散 知識網(wǎng)絡(luò)：應(yīng)用光的傳播光在同種均勻介質(zhì)中光在兩種介質(zhì)的界面上光的直線傳播光的反射光的折射小孔成像本影半影日食月食鏡面反射漫反射全反射棱鏡透鏡放大鏡照相機幻燈機說明：最新考試大綱已經(jīng)將透鏡部分刪掉，故本教案不再涉及透鏡部分知識。單元切塊：本章以光的直線傳播為基礎(chǔ)，利用幾何知識，研究光傳播到兩種介質(zhì)的界面時發(fā)生的反射、折射、全反射、色散等現(xiàn)象和它們表現(xiàn)的規(guī)律，即光的反射和折射，難點是光的全反射及其應(yīng)用，考試大綱已將透鏡部分刪掉，大

2、大減小了本章在高考中的難度，復(fù)習過程中不再另外切塊。1 / 13教學目標：1了解光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播；2記住光在真空中的傳播速度c=3.0105kms=3.0108ms。3能用光的直線傳播原理解釋影的形成、小孔成像和日食月食的形成。教學重點：光的反射和折射教學難點：全反射教學方法：講練結(jié)合，計算機輔助教學教學過程：一、光的直線傳播 1光在同一種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的注意前提條件：在同一種介質(zhì)中，而且是均勻介質(zhì)。否則，可能發(fā)生偏折。如光從空氣斜射入水中（不是同一種介質(zhì)）；“海市蜃樓”現(xiàn)象（介質(zhì)不均勻）。點評：光的直線傳播是一個近似的規(guī)律。當障礙物或孔的尺寸和波長可以比擬或者比波長小時

3、，將發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光線將可能偏離原來的傳播方向。lSAhxvt解題方法指導(dǎo)：解光的直線傳播方面的計算題（包括日食、月食、本影、半影問題）關(guān)鍵是畫好示意圖，利用數(shù)學中的相似形等幾何知識計算?！纠?】如圖所示，在A點有一個小球，緊靠小球的左方有一個點光源S?，F(xiàn)將小球從A點正對著豎直墻平拋出去，打到豎直墻之前，小球在點光源照射下的影子在墻上的運動是A.勻速直線運動 B.自由落體運動C.變加速直線運動 D.勻減速直線運動解：小球拋出后做平拋運動，時間t后水平位移是vt，豎直位移是h=gt2，根據(jù)相似形知識可以由比例求得，因此影子在墻上的運動是勻速運動。一題多變：一束平行光垂直照射豎直的墻壁，今將

4、一小球在墻前以垂直于墻的初速度水平拋出，則小球在墻上的影的運動情況是A自由落體運動 B勻速直線運動C平拋運動 D以上說法都不對解析：由于光平行垂直照射豎直的墻壁，小球在墻前以垂直于墻的初速度被水平拋出，所以小球在墻上的影與小球始終在一條水平線上，即小球的影和小球在豎直方向的運動性質(zhì)相同。小球在豎直方向做自由落體運動，所以小球的影的運動為自由落體運動。答案：A點評：以上兩題中球的運動情況相同，但由于光源的性質(zhì)不同，從而導(dǎo)致影的運動情況截然不同。所以我們平時解題要靈活，不要死搬硬套。GFEDCBA【例2】某人身高1.8 m，沿一直線以2 m/s的速度前進，其正前方離地面5 m高處有一盞路燈，試求人

5、的影子在水平地面上的移動速度。解析：如圖所示，設(shè)人在時間t內(nèi)由開始位置運動到G位置，人頭部的影子由D點運動到C點。因為三角形ABCFGC，所以有因為三角形ACDAFE，所以有由以上各式可以得到即= 解得S影=3.125t ?？梢娪暗乃俣葹?.125m/s 。點評：關(guān)于影的計算問題往往綜合應(yīng)用光學運動學知識，結(jié)合幾何知識充分利用三角形知識處理問題。2光速光在真空中的轉(zhuǎn)播速度為c=3.00108m/s。光在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的。根據(jù)愛因斯坦的相對論光速不可能超過c。近年來（1999-2001年）科學家們在極低的壓強（10-9Pa）和極低的溫度（10-9K）下，得到一種物質(zhì)的凝聚態(tài)，光在其中

6、的速度降低到17m/s，甚至停止運動。也有報道稱在實驗中測得的光速達到1011m/s，引起物理學界的爭論。二、反射 平面鏡成像1點光源發(fā)光體可以認為是由無數(shù)個發(fā)光點所組成，每一個發(fā)光點均可視為一個點光源從點光源發(fā)出的光是一同心光束（即由同一中心點發(fā)出的光束）點光源是一個理想化的物理模型2實像和虛像點光源發(fā)出的同心光束被反射鏡反射或被透射鏡折射后，若能會聚在一點，則該會聚點稱為實像點；若被反射鏡反射或被透射鏡折射后光束仍是發(fā)散的，但這光束的反向延長線交于一點，則該點稱為虛像點實像點構(gòu)成的集合稱為實像，實像可以用光屏接收，也可以用肉眼直接觀察；虛像不能用光屏接收，只能用肉眼觀察3反射定律光射到兩種

7、介質(zhì)的界面上后返回原介質(zhì)時，其傳播規(guī)律遵循反射定律反射定律的基本內(nèi)容包含如下三個要點： 反射光線、法線、入射光線共面； 反射光線與入射光線分居法線兩側(cè)； 反射角等于入射角，即4平面鏡成像的特點平面鏡成的像是正立等大的虛像，像與物關(guān)于鏡面對稱。5光路圖作法根據(jù)平面鏡成像的特點，在作光路圖時，可以先畫像，后補畫光路圖。6充分利用光路可逆SS /M NP Q在平面鏡的計算和作圖中要充分利用光路可逆。（眼睛在某點A通過平面鏡所能看到的范圍和在A點放一個點光源，該點光源發(fā)出的光經(jīng)平面鏡反射后照亮的范圍是完全相同的。）7利用邊緣光線作圖確定范圍【例3】 如圖所示，畫出人眼在S處通過平面鏡可看到障礙物后地面

8、的范圍。解：先根據(jù)對稱性作出人眼的像點S /，再根據(jù)光路可逆，設(shè)想S處有一個點光源，它能通過平面鏡照亮的范圍就是人眼能通過平面鏡看到的范圍。圖中畫出了兩條邊緣光線?！纠?】如圖所示，用作圖法確定人在鏡前通過平面鏡可看到AB完整像的范圍。解：先根據(jù)對稱性作出AB的像A/B/，分別作出A點、B點發(fā)出的光經(jīng)平面鏡反射后能射到的范圍，再找到它們的公共區(qū)域（交集）。就是能看到完整像的范圍。三、折射與全反射1折射定律光射到兩種介質(zhì)的界面上后從第一種介質(zhì)進入第二種介質(zhì)時，其傳播規(guī)律遵循折射定律折射定律的基本內(nèi)容包含如下三個要點： 折射光線、法線、入射光線共面； 折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)； 入射角的正弦

9、與折射角的正弦之比等于常數(shù)，即折射定律的各種表達形式： (1為入、折射角中的較大者，C為全反射時的臨界角。)注意：折射光路也是可逆的。2各種色光性質(zhì)比較可見光中，紅光的折射率n最小，頻率最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）傳播速度v最大，波長最大，從同種介質(zhì)射向真空時發(fā)生全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時的偏折角最?。ㄗ⒁鈪^(qū)分偏折角和折射角）。以上各種色光的性質(zhì)比較在定性分析時非常重要，一定要牢記?！纠?】(2004年全國理綜卷)發(fā)出白光的細線光源ab，長度為l0，豎直放置，上端a恰好在水面以下，如圖。現(xiàn)考慮線光源a b發(fā)出的靠近水面法線（圖中的虛線）的細光束經(jīng)水面折射后所成的像，

10、由于水對光有色散作用，若以l1表示紅光成的像的長度，l2表示藍光成的像的長度，則A l1 l2 l2l0 Cl2 l1l0 Dl2 l1l0答案：D解析：紅光的折射率n1小于藍光的折射率n1，b點的像紅光比藍光靠下，所以l2 l1l03全反射現(xiàn)象（1）現(xiàn)象：當光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角達到臨界角時，折射光線將消失，只剩下反射光線，這一現(xiàn)象叫做光的全反射現(xiàn)象（2）條件： 必要條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)； 充分條件：入射角達到臨界角，即（3）臨界角若光從光密介質(zhì)（折射率為n）射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角C 可由如下公式求得4邊作圖邊計算有關(guān)光的折射和全反射，在解題時要把計算和作

11、圖有機地結(jié)合起來，根據(jù)數(shù)據(jù)計算反射角、折射角，算一步畫一步，畫一步再根據(jù)需要算一步。作圖要依據(jù)計算結(jié)果，力求準確。ABCD【例6】 直角三棱鏡的頂角=15， 棱鏡材料的折射率n=1.5，一細束單色光如圖所示垂直于左側(cè)面射入，試用作圖法求出該入射光第一次從棱鏡中射出的光線。解：由n=1.5知臨界角大于30小于45，邊畫邊算可知該光線在射到A、B、C、D各點時的入射角依次是75、60、45、30，因此在A、B、C均發(fā)生全反射，到D點入射角才第一次小于臨界角，所以才第一次有光線從棱鏡射出。5光導(dǎo)纖維全反射的一個重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）。光纖有內(nèi)、外兩層材料，其中內(nèi)層是光密介質(zhì)，外層是光疏

12、介質(zhì)。光在光纖中傳播時，每次射到內(nèi)、外兩層材料的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。這樣使從一個端面入射的光，經(jīng)過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出。【例7】如圖所示，一條長度為L=5.0m的光導(dǎo)纖維用折射率為n=的材料制成。一細束激光由其左端的中心點以= 45的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出。求：該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大？該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是多少？解：由n=c/v可得v =2.1108m/s由n=sin/sinr可得光線從左端面射入后的折射角為30，射到側(cè)面時的入射角為60，大于臨界角45，因此發(fā)生全反射，同理光線每次在側(cè)面都將

13、發(fā)生全反射，直到光線達到右端面。由三角關(guān)系可以求出光線在光纖中通過的總路程為s=2L/，因此該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是t=s/v=2.710-8s。四、棱鏡和玻璃磚對光路的作用1棱鏡對光的偏折作用一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折。（若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反。）作圖時盡量利用對稱性（把棱鏡中的光線畫成與底邊平行）。由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象（紅光偏折最小，紫光偏折最大。）abM【例8】 如圖所示，一細束紅光和一細束藍光平行射到同一個三棱鏡上，經(jīng)折射后交于光屏上的同一個點

14、M，若用n1和n2分別表示三棱鏡對紅光和藍光的折射率，下列說法中正確的是A.n1n2，a為紅光，b為藍光 B.n1n2，a為紅光，b為藍光 D.n1n2，a為藍光，b為紅光 解：由圖可知，b光線經(jīng)過三棱鏡后的偏折角較小，因此折射率較小，是紅光。2全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當?shù)娜肷潼c，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90o（右圖1）或180o（右圖2）。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射?！纠?】 如圖所示，自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理。它雖然本身不發(fā)光，但在夜間騎行時，從后面開來的汽車發(fā)出的強光照到尾燈后，會有較強的光被反射回去，使

15、汽車司機注意到前面有自行車。尾燈的原理如圖所示，下面說法中正確的是 A.汽車燈光應(yīng)從左面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射B.汽車燈光應(yīng)從左面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射C.汽車燈光應(yīng)從右面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射D.汽車燈光應(yīng)從右面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射 解：利用全反射棱鏡使入射光線偏折180，光線應(yīng)該從斜邊入射，在兩個直角邊上連續(xù)發(fā)生兩次全反射。所以選C。3玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：射出光線和入射光線平行；各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；射出光線的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)；可利用玻璃磚測定玻璃的折射率

16、。a b【例10】 如圖所示，兩細束平行的單色光a、b射向同一塊玻璃磚的上表面，最終都從玻璃磚的下表面射出。已知玻璃對單色光a的折射率較小，那么下列說法中正確的有 A.進入玻璃磚后兩束光仍然是平行的B.從玻璃磚下表面射出后，兩束光不再平行C.從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離一定減小了D.從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離可能和射入前相同 yaxoAB y xo yxo yxo yxo【例11】 如圖所示，AB為一塊透明的光學材料左側(cè)的端面。建立直角坐標系如圖，設(shè)該光學材料的折射率沿y軸正方向均勻減小?，F(xiàn)有一束單色光a從原點O以某一入射角由空氣射入該材料內(nèi)部，則該光線在該材料內(nèi)部可能的

17、光路是下圖中的哪一個A. B. C. D. i1i2解：如圖所示，由于該材料折射率由下向上均勻減小，可以設(shè)想將它分割成折射率不同的薄層。光線射到相鄰兩層的界面時，如果入射角小于臨界角，則射入上一層后折射角大于入射角，光線偏離法線。到達更上層的界面時入射角逐漸增大，當入射角達到臨界角時發(fā)生全反射，光線開始向下射去直到從該材料中射出。12【例12】 如圖所示，用透明材料做成一長方體形的光學器材，要求從上表面射入的光線可能從右側(cè)面射出，那么所選的材料的折射率應(yīng)滿足A.折射率必須大于 B.折射率必須小于C.折射率可取大于1的任意值 D.無論折射率是多大都不可能 解：從圖中可以看出，為使上表面射入的光線

18、經(jīng)兩次折射后從右側(cè)面射出，1和2都必須小于臨界角C，即1C，245，n=1/sinC，選B答案。a【例13】 如圖所示，一束平行單色光a垂直射向橫截面為等邊三角形的棱鏡的左側(cè)面，棱鏡材料的折射率是。試畫出該入射光射向棱鏡后所有可能的射出光線。解：由折射率為得全反射臨界角是45。光線從左側(cè)面射入后方向不發(fā)生改變，射到右側(cè)面和底面的光線的入射角都是60，大于臨界角，因此發(fā)生全反射。反射光線分別垂直射向底面和右側(cè)面。在底面和右側(cè)面同時還有反射光線。由光路可逆知，它們最終又從左側(cè)面射出。所有可能射出的光線如圖所示。針對練習（一）光的直線傳播：12 m長的旗桿豎立在地面上，測得其影長為1.5m；旁邊有一

19、煙囪影長為7.5m，則這煙囪的實際高度是m日月2如圖所示，圖中作出分析產(chǎn)生日環(huán)食的必要光線，當?shù)厍蛏系挠^察者隨同地球一起進入圖中1、2、3、4、5中的哪個區(qū)域，可能觀察到日環(huán)食（）A進入?yún)^(qū)域1中B進入?yún)^(qū)域2中C進入?yún)^(qū)域3或5中 D進入?yún)^(qū)域4中3身高1.6m的人以1.0m/s的速度沿直線向路燈走去，在某一時刻影長1.8m，2s后影長變?yōu)?.3m，求路燈的高度。（二）光的反射、反射定律、平面鏡成像及其特點：4如圖所示，M是平面鏡只用刻度尺，不用量角器，你能否較準確地畫出光源S射向平面鏡的各條光線的反射線？作圖說明你的方法5某臺鐘的面上沒有數(shù)字，只有刻度線，右圖是從平面鏡里看到的這個鐘面的像，指針表示的時刻是（）A1點20分B11點20分C10點40分 D10點20分AB6如圖，某人從點出發(fā)，去河岸邊取水送往處，問：此人應(yīng)如何走路程才最短，試畫出他行走的路線3題圖4題圖5題圖7甲乙兩人在照同一個鏡子，甲在鏡中看到了乙的眼睛，以下說法中正確的是（ ）A乙也一定能看到甲的眼睛B乙一定只能看到甲的眼睛C乙不可能看到甲的眼睛 D乙不可能看到甲的全身8某汽車駕駛室外有一用平面鏡制作的觀后鏡，當