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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(yīng)給予適當?shù)年P(guān)注，全反射棱鏡被安排在閱讀材料里并介紹了它的一些應(yīng)用，對這些應(yīng)用不宜深講，作為了解性的內(nèi)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(zhì)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(jīng)常地看到光的色散現(xiàn)象？關(guān)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(nèi)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(cè)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(zhì)中傳播速度不同. 5.知道同一介質(zhì)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(yīng)用棱鏡進行有關(guān)的光路控制. 2.會根據(jù)折射定律分析判斷白光色散的結(jié)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(zhì)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(guān)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(nèi)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(jié)論——光在棱鏡的兩個側(cè)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(guān). ［學生］與折射率有關(guān). 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(jié)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(zhuǎn)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(jié)出白光是復(fù)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(zhì)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(fù)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(zhì)中傳播速度是不同的.（根據(jù)n=） （4）歸納總結(jié)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(zhì)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?？匆娞焐铣霈F(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(fù)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(shè)太陽光水平射向一水珠，光線經(jīng)兩次折射和一次全反射后射出水珠. 霓的形成經(jīng)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(nèi)彩帶較亮，其外圈是紅色，內(nèi)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(nèi)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(nèi)、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(jié) ［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(fù)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(zhì)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(zhì)進入另一種介質(zhì)顏色不變因而頻率不變. 6.不同色光對同一介質(zhì)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(shè)計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設(shè)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(jié)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(zhì).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(jīng)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(jié)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(nèi)，入射角i= 45.研究經(jīng)折射進入球內(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(nèi)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(jié)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(guān)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