第十九章光的直線傳播

1、第十九章光的直線傳播授課時間月 日 星期 （ ）課型課時 104課 題一光的直線傳播 光速教學(xué)目的及要求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C3.0105kms3.0108ms。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。重 點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。難 點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 具教 學(xué) 過 程備 注一引入簡介本部分學(xué)習(xí)的內(nèi)容及在物理學(xué)中的地位二新課教學(xué)（一）光源1、定義: 能發(fā)光的物體叫做光源。2、分類: 1 ) 、天然光源和人造光源：A、太陽等恒星都是天然光源（火星不是恒

2、星）。B、白熾燈、水銀燈、熒光燈和蠟燭等是人造光源。2）、按光的激發(fā)方式分：冷光源和熱光源。A、熱光源：利用熱能激發(fā)的光源（白熾燈、弧光燈等）。B、冷光源：利用化學(xué)能、電能激發(fā)的光源（螢火蟲、霓虹燈等）。3）、按光線特點分：點光源、線光源、面光源和體光源。（著重介紹點光源）A、定義：凡是光源本身的大小與它被照到的物體間的距離相比可以忽略不計時，這樣的光源都可以看作是“點光源”。B、點光源是一種理想模型. 點光源并非數(shù)學(xué)上的點,而是物理意義上的點,即光源本身有一定線度.（二）光的直線傳播1、光線: 表示光傳播方向和路徑的幾何線叫做光線。在光線上標(biāo)明箭頭，表示光的傳播方向。2、介質(zhì)：光能夠在其中傳

3、播的物質(zhì)叫做介質(zhì)。光的傳播可以在真空中進(jìn)行，依靠電磁場這種特殊物質(zhì)來傳播。 3、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。（說明幾何光學(xué)的來由）例：潮州俗語：“日出雞蛋影”。：人在路燈下以速度v勻速行走，判斷人頭影的運動情況？（勻速運動）2)、證據(jù)：影、日食和月食的形成，小孔成像。3)、光的傳播過程，也是能量傳遞的過程。 4、影的形成：1)、定義: 點光源發(fā)出的光，照到不透明的物體上時，物體向光的表面被照亮，在背光面的后方形成一個光照不到的黑暗區(qū)域，這就是物體的影。影區(qū)是發(fā)自光源并與被照物體的表面相切的光線圍成的。2)、分類：本影與半影。 A、本影:光源上所有發(fā)光點都照不到的區(qū)域

4、。對同一個物體，其本影區(qū)的大小，與光源發(fā)光面的大小和光源到物體的距離有關(guān)：光源到物體的距離一定時，光源發(fā)光面越大，則物體的本影越小；光源發(fā)光面越小，則物體的本影越大。光源發(fā)光面一定時，光源到物體的距離越小，則物體的本影區(qū)越大；光源到物體的距離越大，則物體的本影區(qū)越小。 B、半影: 光源上一部分發(fā)光點能照到,而另一部分發(fā)光點照不到的區(qū)域成為半明半暗的半影。 本影與半影都是光的直線傳播的結(jié)果.3)、日食和月食的形成A、日食:如圖所示.a、 在月球的本影區(qū)里，可看到日全食（完全看不到太陽）；b、在月球的半影區(qū)里，可看到日偏食（只能看到一部分太陽）；c、在月球的半影區(qū)里，可看到日環(huán)食（只能看到太陽的邊

5、緣部分）。 B、月食: a、當(dāng)月球處于里時，看不到月食；b、當(dāng)月球一部分處于里時，可看到月偏食（只能看到一部分月亮）；c、當(dāng)月球全部處于里時，可看到月全食（完全看不到月亮）。 4)、小孔和小縫成像A、小孔成像是由于光的直線傳播形成的;B、小孔成像與孔的形狀無關(guān)；C、小孔成像中，像就是光斑； D、小孔成像中像是倒立的實像；E、小縫可看作無數(shù)小孔并行排列而成的，小縫成像的規(guī)律與小孔成像的規(guī)律相同，這也說明了小孔成像與小孔的形狀無關(guān)。三、光速 1、光速:光的傳播速度.1)、真空中的光速：各種不同頻率的光在真空中的傳播速度都相同，均為:C3.0105kms3.0108ms。2)、光在空氣中的速度近似等

6、C3.0105kms3.0108ms。3)、光在其它介質(zhì)中的速度都小于C,其大小除了與媒質(zhì)性質(zhì)有關(guān)外,還與光的頻率有關(guān)(這一點與機械波不同,機械波的波速僅由媒質(zhì)的性質(zhì)即密度、彈性和溫度等決定) 2、光年:1)、定義：光在真空中一年時間內(nèi)傳播的距離叫做光年.注意:;光年不是時間單位,而是長度單位.2)、大小:1光年 Ct3.0108ms365243600s9.461015m. 3、光速的測定方法簡介:1)、伽利略測量法,未獲成功;2)、丹麥天文學(xué)家羅默的天文觀測法;3)、荷蘭惠更斯在羅默的基礎(chǔ)上第一次測出C2.0108ms;4)、1849年斐索旋轉(zhuǎn)齒輪法;1862年傅科旋轉(zhuǎn)棱鏡法;5)、1879

7、邁克爾孫重做斐索傅科實驗,1926年改用旋轉(zhuǎn)棱鏡法.三練習(xí)見教材練習(xí)一課后回顧 授課時間月 日 星期 （ ）課型課時 105課 題二光的反射和折射教學(xué)目的及要求1了解介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系；2掌握光的折射定律；3掌握介質(zhì)的折射率的概念重 點光的折射定律、折射率折射率是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，由介質(zhì)來決定難 點光的折射定律和折射率的應(yīng)用通過問題的分析解決加深對折射率概念的理解，學(xué)會解決問題的方法教 具教 學(xué) 過 程備 注一引入我們在初中已學(xué)過光的折射規(guī)律：折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；當(dāng)光從空氣斜射入水或玻璃中時，折射角小于入射角；當(dāng)光從水或玻璃斜

8、射入空氣中時，折射角大于入射角初中學(xué)的光的折射規(guī)律只是定性地描述了光的折射現(xiàn)象，而我們今天要定量地進(jìn)行研究二新課教學(xué)（一）光的反射定律由學(xué)生簡述光的反射定律內(nèi)容（二）光的折射定律1定律的發(fā)展史：經(jīng)歷了近1500年才得到完善的定律(1)歷史發(fā)展：公元2世紀(jì)古希臘天文學(xué)家托勒密通過實驗得到：A折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)；B折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；C折射角正比于入射角德國物理學(xué)家開普勒也做了研究(2)折射定律：最終在1621年，由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳找到了入射角和折射角之間的關(guān)系將一組測量數(shù)據(jù)抄寫在黑板上讓學(xué)生進(jìn)行計算(用計算器)，光線從空氣射入某種玻璃入射角i()折射角r()i/

9、rsini/sinr106.71.501.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.671.517038.61.811.508040.61.971.51通過分析表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比如果用n來表示這個比例常數(shù)，就有：這就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律說明：如果使光線逆著原來的折射光線到界面上，折射光線就逆著原來的入射光線射出，這就是說，在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的(在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的)2折射率n光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)n

10、，但是對不同的介質(zhì)來說，這個常數(shù)n是不同的這個常數(shù)n跟介質(zhì)有關(guān)系，是一個反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，我們把它叫做介質(zhì)的折射率（1）定義式：i是光線在真空中與法線之間的夾角 r是光線在介質(zhì)中與法線之間的夾角光從真空射入某種介質(zhì)時的折射率，叫做該種介質(zhì)的絕對折射率，也簡稱為某種介質(zhì)的折射率相對折射率在高中不作要求又因為空氣的絕對折射率為1.00028，在近似計算中認(rèn)為空氣和真空相同，故有時光從空氣射入某種介質(zhì)時的折射率當(dāng)作絕對折射率進(jìn)行計算（2）折射率的定義式為量度式折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率不能小于1。（水的折射率為1.33，玻璃的折射率一般為1.50）例1見教材例題（3）介質(zhì)的折射率與光速

11、的關(guān)系理論和實驗的研究都證明：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質(zhì)中的速度之比例2光在某介質(zhì)中的傳播速度是2.122108m/s，當(dāng)光線以30入射角，由該介質(zhì)射入空氣時，折射角為多少？解：由介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系得：（1）又根據(jù)介質(zhì)折射率的定義式得：（2）r為在空氣中光線、法線間的夾角即為所求i為在介質(zhì)中光線與法線間的夾角30由(1)、(2)兩式解得：所以r=45例3光線從空氣射入甲介質(zhì)中時，入射角i45，折射角r=30，光線從空氣中射入乙介質(zhì)中時，入射角i/60，折射角r/30求光在甲、乙兩種介質(zhì)中的傳播速度比解：設(shè)光在甲介質(zhì)中傳播的速度為v甲，光在乙介質(zhì)中傳播的速度為v

12、乙根據(jù)折射率的定義式得：根據(jù)折射率與光速的關(guān)系得：，得：，所以，練習(xí)：1光線從空氣射入n的介質(zhì)中，反射光線恰好垂直于折射光線，則入射角約為多少？解：根據(jù)光的反射定律有入射角i跟反射角相等i=，根據(jù)題意折射光線與反射光線垂直，即兩光線的夾角為90，則反射角與折射角r互余，即+r=90，則ir=90又根據(jù)折射率的定義式：所以i602一束寬度為10 cm的平行光束，以 60的入射角從空氣射入折射率為的介質(zhì)中界面光滑平整，求反射光束和折射光束的寬度。（10cm、17.3cm）3見教材練習(xí)二作業(yè)：1已知水的折射率是，某種玻璃的折射率是，則光在水中和在這種玻璃中傳播的速度之比是多少？（98）2光線由空氣射

13、入某種介質(zhì)，折射光線與反射光線恰好垂直，已知入射角是53，則這種介質(zhì)可能是什么？水課后回顧1光的折射定律是幾何光學(xué)的三大基本規(guī)律之一(另外兩個規(guī)律是：光的直線傳播規(guī)律，光的反射定律)是研究幾何光學(xué)的重要法寶高中階段只研究在兩種介質(zhì)中其中一種是空氣的兩界面間的折射情況及所遵循的規(guī)律在應(yīng)用時，一定要注意作圖突出幾何的特點2折射率是幾何光學(xué)中非常重要的基本概念之一它反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)每一種介質(zhì)在一定條件下有一個確切的折射率，不同種類的介質(zhì)在相同的條件下，一般具有不同的折射率例如：玻璃的折射率是1.50，水的折射率是1.33授課時間月 日 星期 （ ）課型課時 106課 題三全反射教學(xué)目的及要求1理解

14、光的全反射現(xiàn)象2掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件3了解全反射現(xiàn)象的應(yīng)用重 點掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件，折射角等于90時的入射角叫做臨界角，當(dāng)光線從光密介質(zhì)射到它與光疏介質(zhì)的界面上時，如果入射角等于或大于臨界角就發(fā)生全反射現(xiàn)象難 點反射的應(yīng)用，對全反射現(xiàn)象的解釋光導(dǎo)纖維、自行車的尾燈是利用了全反射現(xiàn)象制成的；海市蜃樓、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈現(xiàn)的自然現(xiàn)象教 具教 學(xué) 過 程備 注一引入上節(jié)課學(xué)習(xí)了光的折射現(xiàn)象，知道了光的折射定律，那么由光的可逆性當(dāng)光從折射率較大的介質(zhì)射向折射率較小的介質(zhì)時會發(fā)生什么現(xiàn)象？二新課教學(xué)1光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)對于兩種介質(zhì)來說，光在其中傳播速度較小

15、的介質(zhì)，即折射率較大的介質(zhì)，叫光密介質(zhì)，而光在其中傳播速度較大的介質(zhì)，即折射率較小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)，光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對的 空氣介質(zhì)11空氣介質(zhì)1NNOON/N/AAB12323n1n2介質(zhì)1相對介質(zhì)2是光疏介質(zhì)介質(zhì)1與介質(zhì)2相對空氣都是光密介質(zhì)例如：水、空氣和玻璃三種物質(zhì)相比較，水對空氣來說是光密介質(zhì)，而水對玻璃來說是光疏介質(zhì)，根據(jù)折射定律可知，光線由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(例如由空氣射入水)，折射角小于入射角；光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)(例如由水射入空氣)，折射角大于入射角12介質(zhì)NNAOB空氣12介質(zhì)NNAOB空氣2全反射現(xiàn)象既然光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，由此可

16、以預(yù)料，當(dāng)入射角增大到一定程度時，折射角就會增大到90，如果入射角再增大，會出現(xiàn)什么情況呢？12介質(zhì)NNAOB空氣1介質(zhì)NNAOB空氣光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，同時發(fā)生反射和折射，折射角大于入射角，隨著入射角的增大，反射光線越來越強，折射光線越來越弱，當(dāng)折射角增大到90時，折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做全反射光傳播到兩種介質(zhì)的界面上時，通常要同時發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，若滿足了某種條件，光線不再發(fā)生折射現(xiàn)象，而全部返回到原介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象3臨界角：在研究全反射現(xiàn)象中，剛好發(fā)生全反射的，即折射角等于90時的入射角是一個很重要的物理量，叫做臨界角臨界角用C 表示。光從折射

17、率為n的某種介質(zhì)射到空氣(或真空)時的臨界角C 就是折射角等于90時的入射角，根據(jù)折射定律可得：因而：結(jié)論：發(fā)生全反射的條件：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)；入射角等于或大于臨界角。例1已知如圖1所示，介質(zhì)為空氣，介質(zhì)的折射率為，下列說法中正確的是（）A光線a、b都不能發(fā)生全反射B光線a、b都能發(fā)生全反射C光線a發(fā)生全反射，光線b不發(fā)生全反射D光線a不發(fā)生全反射，光線b發(fā)生全反射解析：根據(jù)發(fā)生全反射的條件，光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)中時，介質(zhì)對空氣來說是光密介質(zhì)，所以光線a可能發(fā)生全反射，介質(zhì)的臨界角為：，C450注意圖中光線a給的是與界面的夾角30，而此時的入射角為6045，故光線a能發(fā)生全反射，故

18、正確選擇答案為(C)例2如圖2所示，一束光線從空氣射入某介質(zhì)，入射光線與反射光線夾角為90，折射光線與入射光線延長線間夾角為15，求：(1)該介質(zhì)的折射率；(2)光在該介質(zhì)中傳播的速度；(3)當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣時的臨界角解：根據(jù)題意入射光線與反射光線的夾角為90，又根據(jù)光的反射定律，反射角等于入射角，即=45 r=-=45-15=30（1）（2）（3）C4504應(yīng)用（1）光導(dǎo)纖維：從細(xì)玻璃棒一端射進(jìn)棒內(nèi)的光線，在棒的內(nèi)壁多次發(fā)生全反射，沿著鋸齒形路線由棒的另一端傳了出來，玻璃棒就像一個能傳光的管子一樣實際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑只有幾m到100m左右，而且是由內(nèi)心和外套兩層組成的

19、，光線在內(nèi)心外套的界面上發(fā)生全反射，如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使其兩端纖維排列的相對位置相同，這樣的纖維就可以傳遞圖像（2）自行車的尾燈：讓學(xué)生觀察自行車尾燈用燈光來照射尾燈時，尾燈很亮，也是利用全反射現(xiàn)象制成的儀器在講完全反射棱鏡再來體會它的原理就更清楚了可先讓學(xué)生觀察自行車尾燈內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，回想在夜間看到的現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生注意生活中的物理現(xiàn)象，用科學(xué)知識來解釋它，從而更好的利用它們?yōu)槿祟惙?wù)（3）海市蜃樓、沙漠里的蜃景：讓學(xué)生閱讀大氣中的光現(xiàn)象蒙氣差，海市蜃樓，沙漠里的蜃景 課后回顧 授課時間月 日 星期 （ ）課型課時 107課 題四光的色散教學(xué)目的及要求1.知道光的色散現(xiàn)象2.知道白光由不同的

20、色光組成3.知道同一介質(zhì)對不同的色光折射本領(lǐng)不同4.知道白光通過三棱鏡折射后，色散光譜的七色排列順序5.初步了解彩虹的成因7.知道透明物體、不透明物體的顏色8.明確棱鏡是利用光的反射及折射規(guī)律來改變和控制光路的光學(xué)儀器。棱鏡可以改變光的傳播方向，出射光線向底面偏折。重 點1.光的色散現(xiàn)象及原因（不同的單色光對同一種介質(zhì)的折射率不同）2.白光通過三棱鏡折射后，色散光譜的七色排列順序難 點知道透明物體、不透明物體的顏色光的色散現(xiàn)象及同一媒質(zhì)對不同色光折射率不同教 具教 學(xué) 過 程備 注一引入從全反射棱鏡引入其它形狀的棱鏡（畫圖）二新課教學(xué)1通過棱鏡的光線明顯地向著棱鏡的底邊偏折來改變光的傳播方向。

21、結(jié)論：光線在棱鏡的兩個側(cè)面上發(fā)生折射時，兩次向底邊偏面的緣故。注意頂角和底面的相對關(guān)系。2光的色散：讓學(xué)生思考幾個問題： 1）、各色光是怎樣排列的？ 2）、各色光偏向角關(guān)系如何？ 3）、同一介質(zhì)對不同色光的折射率大小關(guān)系如何？ 4）、不同色光在同一媒質(zhì)中的速率大小關(guān)系如何？說明：同一介質(zhì)對不同色光折射率不同。光屏上形成的彩色光帶，說明各種色光通過棱鏡后的偏折角度不同，紅光在最上端，紅光的偏折角最小，棱鏡對紅光的折射率最小；紫光的偏折角最大，棱鏡材料對紫光的折射率最大，n紅 n紫。不同色光在介質(zhì)中（真空除外）的速度不同，v紅v紫。各種色光在真空中的傳播速度一樣，都是c，由公式n=c/v，因折射率

22、不同，它們在同一介質(zhì)中的速度不同。紅光的折射率最小，紅光在媒質(zhì)中的速度比其它色光中大?！安屎纭笔浅Ｒ姷囊环N色散現(xiàn)象，形成的原因是太陽光被懸在空中的許多小水珠色散而形成了彩色光帶。光的顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫偏向角 小 大折射率 較小 較大在媒質(zhì)中的光速 較大 較小5單色光單色光：嚴(yán)格說，單色光是指只有一個頻率或波長的光；實際上頻率范圍很窄的光，就可認(rèn)為是單色光。利用單色光源（如氣體放電，激光器）、濾光器或根據(jù)分光原理制成的單色器可以獲得各種純度的單色光。6復(fù)色光復(fù)色光：亦稱“復(fù)合光”。包含多種頻率的光，例如太陽光、弧光等。7三原色紅、綠、藍(lán)叫做色光的三原色，利用這三種色光可以混合出不同的色彩來。彩色電視就是利用色光的混合調(diào)出各種色彩來的。彩色電視機的熒光屏上有很多微小的格子，分別涂有能發(fā)出紅、綠、藍(lán)色光的物質(zhì)，當(dāng)三束電子流分別打到這三種物質(zhì)上時，就發(fā)出紅、綠、藍(lán)色的光，這三束電子流的強弱分別影響著這三種色