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2019-2020年高三物理 第十九章 光的傳播 一、光的直線傳播(第一課時) ●本節(jié)教材分析 光在同一種均勻介質中沿直線傳播是幾何光學的基礎，用光線來表示光的傳播方向是一種理想處理方法，物理學中的理想化模型還有很多，可引導學生體會理想化模型的簡練及完美. 人眼在觀察物體時，是根據(jù)射入眼睛那部分光線的方向和光沿直線傳播的經驗，來判斷物體位置的，知道這一點，對于解釋像的位置和觀察范圍之類的問題都是必須的，因此可在課堂上讓學生親自嘗試用一只眼睛和用兩只眼睛確定物體的位置準確度是不相同的，并讓他們討論是為什么.影及日、月食現(xiàn)象也是光的直線傳播形成的，可讓學生適當了解. ●教學目標 一、知識目標 1.知道什么是光源，什么是點光源，知道光束射入人眼，才能引起人的視覺. 2.知道在同一均勻介質中光是沿直線傳播的，并能用來解釋一些光現(xiàn)象. 3.知道光線的概念并會畫出光線. 4.知道人眼根據(jù)什么判斷物體的位置. 5.知道光在真空中的傳播速度. 二、能力目標 1.能根據(jù)光的直線傳播性質解釋日、月食現(xiàn)象. 2.能根據(jù)光的直線傳播性質確定物體的位置——測量遠處的一棵樹到自己的距離，測量旗桿的高度等. 三、德育目標 1.通過對“光線”概念的學習，體會科學研究中去粗存精、變復雜為簡練的思想方法. 2.通過動手測量旗桿的高度體會科學理論對實際工作的指導作用，并培養(yǎng)實驗能力，動手能力及合作精神. ●教學重點 1.光在同一均勻介質中沿直線傳播. 2.人眼判斷物體位置的原理. 3.光速. ●教學難點 人眼是怎樣判斷物體位置的. ●教學方法 “光源”的教學采用議論法；光在同一介質中沿直線傳播及光的直線傳播性質涉及到的影、日食和月食現(xiàn)象分別用實驗法和CAI課件進行生動、直觀的展示.人眼判斷物體的位置部分用討論法.光速的教學采用講授法. ●教學用具 激光發(fā)生器，小手電筒一支，CAI課件（影、本影、半影、“無影”燈、日食、月食現(xiàn)象形成）. ●課時安排 1 課時 ●教學過程 一、引入新課 金色的朝霞，蔚藍的天空，郁郁蔥蔥的青山，姹紫嫣紅的花朵…是誰把大自然點綴得如此美麗多彩？它的化妝師就是光.據(jù)統(tǒng)計，人類由感覺器官接收到的信息中，有90%以上是通過眼睛得來的. 人類很早就開始了對光的觀察研究，逐漸積累了豐富的知識.遠在2400多年前，我國的墨翟及其弟子們所著的《墨經》一書中，就記載了光的直線傳播、影的形成、光的反射、平面鏡和球面鏡成像等現(xiàn)象，可以說是世界上最早的光學著作. 現(xiàn)在，光學已成為物理學的一個重要分支，它既是物理學中一門古老的基礎科學，又是現(xiàn)代科學領域中最活躍的前沿科學之一，具有強大的生命力和不可估量的發(fā)展前景. 著名的詩人顧城有句名詩：黑夜給了我黑色的眼睛，我卻用它來尋找光明.同學們，就讓我們睜大眼睛，探尋光之秘密吧. 二、新課教學 （一）光源 ［教師］光源者，顧名思義，光之“源頭”，請問，同學甲是不是光源？ ［學生］哄笑，答：不是. ［教師］那么你們說什么是光源？ ［生1］電燈. ［生2］太陽. ［生3］點燃的蠟燭. ［教師］月亮是不是光源？ ［生齊］不是. ［教師］為什么？ ［生齊］它是反射的太陽光. ［教師］我們來歸納一下.光源是指能自行發(fā)光的物體.反射別處光的不能算. 對不對？ ［生齊］對. ［教師］光有沒有能量？ ［生］有. ［教師］請舉例. ［生1］太陽能熱水器.光能把水加熱. ［生2］植物吸收光生長. ［生3］光電池. ［教師］對.光源發(fā)光要消耗其他能.比如電燈發(fā)光消耗電能.蠟燭發(fā)光消耗化學能等.光源把其他形式的能轉化為光能.光能又可以再轉化為其他形式的能.自然界的總能量是…… ［生］守恒的. 板書歸納兩點：光源——點光源—— （二）光的直線傳播光線 1.光的直線傳播 （1）實驗：拉上窗簾，關上所有的燈.在暗室里打開激光發(fā)生器.學生看到一細束激光在屏上沿直線行進的路徑. （2）打開小手電筒，學生也可以看到光束沿直線行進. （3）在激光束行進的路途中放上一塊玻璃磚,可看到傳播方向發(fā)生變化. ［總結］光在同一均勻介質中，是沿直線傳播的. 2.光線 ［教師］如果沿著光的傳播方向作一條線，并標上箭頭.表示光的傳播方向，這樣的線就叫做光線.要注意，光線這個概念是一種科學的抽象，用來表示光的傳播方向.光線并非實際存在.在剛才的實驗中我們也已經看到了，即便是很窄的一束激光，也是有一定粗細的.不存在像幾何線那樣的光線. 我們所說的光線只是一種簡練的符號語言，以便于我們用幾何學的方法研究光的傳播. ［歸納］ 光線 表示光的傳播方向 幾何抽象、非實際存在 （三）人眼是怎樣判斷物體位置的 ［教師］人眼在什么情況下能看到物體？ ［生1］白天，有光源. ［生2］眼睛沒有問題. ［哄笑］ ［教師］兩位同學說的都對.光射入人的眼睛里，可以使人眼產生視覺反應.我們能看到光源，是因為它發(fā)出的光射入了眼睛.我們能夠看到花草、樹木及彼此，是因為它們向四面八方反射的太陽光射入了我們的眼睛. ［教師］請同學們一起來做一個小實驗.請預備按我說的來做. （學生活動） ［教師］每人拿兩支筆.（學生照做） ［教師］閉上眼睛.（學生笑做） ［教師］睜開一只眼.（生大笑做） ［教師］從左、右方向移動.不要前后移動，將兩只筆筆尖相碰. ［學生有興趣地做］ ［很多學生沒有成功，再做］ ［教師］兩只眼睛都睜開，再做做看. ［學生做，很容易完成］ ［教師］知道上帝為什么給我們兩只眼睛了吧. ［學生大笑］ ［教師］設想如果我們都是獨眼龍. ［生笑］那交通事故就會增多了. ［生開心地笑，興趣盎然］ ［教師］現(xiàn)在讓我們來解釋一下剛才的實驗.我們可以把筆尖看成是點光源.眼睛的瞳孔是很小的，我們可以粗略地認為只有一條光線進入一個瞳孔（如圖19—1），人眼按照直線傳播的經驗，只能判斷出發(fā)光點在這條直線上，但無法確定它的遠近.當兩只眼睛都睜開時，情況就如圖19—2那樣，我們就能準確確定物點的位置了. 圖19—1 圖19—2 ［生甲］好像一只眼睛也能差不多的判斷.只是比兩只眼睛的準確性稍差一些而已. ［教師］你說的有道理，這是由于兩個原因造成的.第一是你的經驗.第二是進入一個瞳孔的光用一條光線來代表也是一種粗略的處理.但我們可以這樣說，由于瞳孔很小，只根據(jù)一只眼睛進入的光束來判斷往往是無法準確的.因為光束是有粗細的，可以認為一個物點發(fā)出的光只有一束可以進入一個瞳孔. ［生稱］是. ［教師］現(xiàn)在讓我們來歸納一下人眼判斷物體位置的依據(jù). （1）人眼的經驗是——光沿直線傳播. （2）兩條光線反向延長線的交點即為物點的位置. （四）光的直線傳播現(xiàn)象舉例 ［CAI課件展示］ 1.影 a.點光源形成的影 b.面光源——本影、半影 c.面光源線度遠大于物體線度——本影區(qū)小 d.多個面光源——無本影區(qū) 2.日食現(xiàn)象（日食和月食現(xiàn)象播放錄像） 3.月食現(xiàn)象 4.小孔成像（CAI課件） （五）光速 ［教師］如果我們晚上在室內打開燈.我們會感覺房間內的各處同時沐浴在光輝中，而不是由近及遠地漸亮.所以在歷史上很長一段時間里，人們一直認為光的傳播是不需要時間的.直到17世紀才發(fā)現(xiàn)光是以有限速度傳播的；只不過由于光傳播得很快，在日常接觸到的距離內，憑感覺無法覺察而已.現(xiàn)在已知的光速值為：光在真空中的傳播速度c=3108 m/s. 這么快的速度是怎樣測定的呢？同學們一定有興趣知道，就請看看課本的閱讀材料吧. ［學生看閱讀材料：光速的測定.用時5分鐘］ ［教師］當然，現(xiàn)在已知的光速是用更先進的方法測定的.同學們如果有興趣，可以到網(wǎng)上查查看. （六）課堂討論 1.現(xiàn)在需要知道學校里升國旗的旗桿的高度，你能否利用光的直線傳播想出一種測量的辦法來？（太陽光可看作平行光） ［教師提示］認為太陽光是平行. ［學生思考討論］ 有學生畫出如圖19—3所示的光路圖. 圖19—3 ［教師再啟發(fā)］按照你們現(xiàn)在的設想. 如果能知道哪些量就可以了？BC是什么？ ［學生］∠ACB.BC是影長，可以用直尺測出來. ［教師］有什么方法可以知道∠ACB？再想想，太陽光是平行光這個條件有什么用？ ［學生熱烈討論］ ［學生甲］再拿一個長度已知的桿，用來測角度. 圖19—4 ［教師在黑板上畫出圖19—4］ ［教師］課后請你們去實地測量然后把報告交上來. 2.舉出幾個利用光的直線傳播解決實際問題的例子. ［學生討論］ ［討論結果］ （1）隊伍是否排整齊，是根據(jù)光沿直線傳播觀察的. （2）瞄準射擊 （3）木工檢查木板是否平直 （4）眼睛確定物體的位置 （七）課堂鞏固訓練 1.________叫光源.光源是把________能轉化為________能._____________叫點光源，點光源是理想化模型.實際光源可看成由無數(shù)個點光源組成. 2.關于日食和月食的下列說法中正確的是 A.在月球的本影區(qū)里可看到日全食 B.在月球的半影區(qū)里可看到日偏食 C.在月球進入地球的半影區(qū)時，可看到月偏食 D.在月球完全進入地球的本影區(qū)時，可看到月全食 3.盛夏時， 我們在樹陰下常看到一個個圓形的光斑，這現(xiàn)象表明 A.樹葉之間形成的小孔是圓的 B.樹葉的形狀是圓的 C.太陽的形狀是圓的 D.光不是沿直線傳播的 4.光年是天文學上用的長度單位，1光年為光在1年里走過的距離.天狼星距地球約8.7光年，合多少千米？ 5.點光源S和不透明小球A同處于一個水平面上，并位于豎直墻MN的一側，如圖19—5所示.讓小球A做自由落體運動，那么下落的A球在墻上的影子的運動是 圖19—5 A.勻速直線運動 B.自由落體運動 C.加速度增大的直線運動 D.加速度a＞g的勻加速直線運動 參考答案：1.略2. ABD3.C4.2.71013 km 5.簡答：依題意畫出圖19—6.B是A球下落前的影子.A′是A球下落時間t的位置，此時影子為B′. 圖19—6 AA′=gt2① BB′/AA′=② BB′=gt2 即影子運動的加速度a=g 做勻加速運動.因為SB＞SA，所以a＞g.選D. 三、小結 本節(jié)課我們學習的知識主要有： 1.光源.點光源. 2.光在同一均勻介質中沿直線傳播. 3.光的直線傳播性質的應用——如測旗桿的高度等. 4.光直線傳播所形成的一些現(xiàn)象——日食、月食、小孔成像. 5.眼睛是怎樣確定物體位置的——兩條光線的交點及光沿直線傳播. 6.光線概念 7.光速c=3108 m/s（真空中） 四、布置作業(yè) 1.測本校旗桿的高度——給出簡要的實驗步驟,測量數(shù)據(jù)等. 2.宇航員看到的太空是一片漆黑的，為什么？（可到圖書館或網(wǎng)上查找，將資料打印或手寫均可） 光源——能自行發(fā)光的物體 點光源——沒有大小的發(fā)光點 光在同一均勻介質中沿直線傳播 光線——表示光的傳播方向的帶箭頭的直線 光直線傳播的典型現(xiàn)象 光直線傳播的應用 人眼怎樣判斷物體的位置 光速c=3108 m/s（真空中 ） 光沿直線傳播 兩條光線反向延長線的交點為物點 五、板書設計 光的直線傳播 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.對光線的概念，下列說法中正確的是 A.光線是客觀存在的物質 B.光線就是光束 C.光線是用來表示光束傳播方向的直線 D.光線是塵埃微粒對光的反射所呈現(xiàn)的現(xiàn)象 2.當太陽位于頭頂正上方時，設想在屋頂開一個方形孔，則： （1）若孔為邊長3 mm的方形孔，太陽光通過孔照到屋內地板上光斑的形狀是 A.方形 B.圓形 C.長方形 D.無法判定 （2）若孔為邊長30 cm的方形孔，則地板上光斑的形狀是 A.方形 B.圓形 C.長方形 D.無法判定 3.在距豎直墻MN一段距離的A點，有一小球，在球的左邊緊靠小球處有一固定的點光源S，如圖19—7所示.給小球一向右的水平速度讓小球在空中做平拋運動，則小球在碰墻以前，它在墻上的影子由上而下的運動是 圖19—7 A.勻速直線運動 B.自由落體運動 C.變加速直線運動 D.初速度為零的勻加速直線運動 4.身高1.7 m的人以v=1 m/s的速度沿平直路面遠離路燈而去.在某個時刻人影長l1= 1.3 m,2 s后影長l2=1.8 m. （1）求路燈S懸吊的高度H. （2）人是勻速地遠離路燈而去的，他影子的頂端是做勻速運動還是做加速運動？ （3）在影長l1=1.3 m和l2=1.8 m時影子頂端的速度各是多少？ 5.一同學自制了一個針孔照相機，照相機尺寸為10 cm10 cm16 cm（如圖19—8所示）.照機底片尺寸為8 cm8 cm.這位同學用此照相機來照一棵15 m高的樹，他照的樹的像高6 cm，問照相機距離樹多遠？ 圖19—8 參考答案：1.C 2.(1)B (2)A 3.A 4.(1)8.5 m (2)勻速運動（3）1.25 m/s 5.30 m