初中物理 第12單元：棱鏡、光的色散、實(shí)驗(yàn)

1、 8/8初中物理 第12單元：棱鏡、光的色散、實(shí)驗(yàn) 第12單元：棱鏡、光的色散、實(shí)驗(yàn) 一、黃金知識(shí)點(diǎn)： 1、棱鏡、全反射棱鏡； 2、平行透明板對(duì)光路的作用； 3、折射率與波長(zhǎng)波速的關(guān)系； 4、光的色散； 5、實(shí)驗(yàn)：測(cè)玻璃磚的折射率； 二、要點(diǎn)大揭密： （一）棱鏡、全反射棱鏡： 1、三棱鏡： （1）橫截面為三角形的三棱柱透明體。有正三棱鏡、等腰直角三棱鏡等。 （2）棱鏡對(duì)光線的偏折規(guī)律：光線向低面偏折，虛象向頂角偏移（注意：頂角、底面是相對(duì)于入射光線和折射光線的位置而言的） 2、全反射棱鏡： （1）光線垂直于等腰直角三棱鏡的一邊入射時(shí)將在另一側(cè)面上發(fā)生全反射， 故此玻璃三棱鏡稱(chēng)為全反射棱鏡。 （

2、2）全反射棱鏡既能使光路發(fā)生900偏斜，也能使光線1800全反射折回。 （3）應(yīng)用：作反射鏡改變光的傳播方向。其效率和清晰度都優(yōu)于平面反射鏡。 （二）平行透明板對(duì)光路的作用： 1、平行透明板對(duì)光路的改變作用是側(cè)移，側(cè)移量的大小與入射角有關(guān)，與透明板 的厚度有關(guān)，與透明板的折射率有關(guān)，這些量越大，側(cè)移量越大。 2、平行透明板對(duì)光線的方向沒(méi)有影響，出射光線和原入射光線保持平行關(guān)系。 （三）折射率與波速、波長(zhǎng)，頻率與光的顏色之間的關(guān)系。 1、折射率與波長(zhǎng)、波速之間的關(guān)系： 當(dāng)光從真空進(jìn)入介質(zhì)時(shí)，頻率不變，波速減小，因而波長(zhǎng)也減小(滿足vf )，在同一介質(zhì)中，頻率大的光波速小、波長(zhǎng)短。 2、光的顏色由

3、光的頻率決定，從紅光到紫光，光的頻率依次增加，在同一介質(zhì)中，波長(zhǎng)依 次變短。 （四）光的色散： 1、一束白光通過(guò)三棱鏡后入射光變?yōu)榧t橙黃綠藍(lán)靛紫七色光的現(xiàn)象，稱(chēng)為光的色散。 2、光的色散現(xiàn)象一方面說(shuō)明白光是由上述七種單色光復(fù)合而成的復(fù)色光；另一方面說(shuō)明玻璃（包括其他各種透明物質(zhì)）對(duì)不同單色光的折射率不同，即同一種介質(zhì)對(duì)紅光折射率 最小，對(duì)紫光折射率最大（平常所說(shuō)的介質(zhì)折射率是對(duì)波長(zhǎng)為5893埃的黃光而言）。 （五）測(cè)定玻璃的折射率： 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）驗(yàn)證光的折射定律； （2）學(xué)會(huì)測(cè)定物體折射率的方法； （3）測(cè)定兩面平行的玻璃磚的折射率。 2、實(shí)驗(yàn)原理： 當(dāng)光線AO 以一定的入射角穿過(guò)兩面

4、平行的玻璃磚時(shí)，其光路圖如圖所示，只要畫(huà)出入射光線AO 、出射光線O B 及界面aa 、bb ，就能夠畫(huà)出折射光線OO ，量出入射角i 、折射角，代入n = sini/sin 就能算出n 。 3、實(shí)驗(yàn)器材： 長(zhǎng)方形玻璃磚一塊，白紙一張，大頭針?biāo)拿叮U筆一支，直尺一把，量角器一個(gè)，圖釘四顆。 4、實(shí)驗(yàn)步驟： （1）在平板上鋪白紙，并用圖釘固定，在白紙上畫(huà)一直線aa 作為界面，過(guò)aa 上的一點(diǎn)O 畫(huà)出界面的法線MN ，并畫(huà)出一條線段AO 作為入射光線。 （2）把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使其一邊跟aa 重合，再畫(huà)出玻璃磚的另一邊bb ； （3）在線段AO 上豎直的插上兩枚大頭針P 1、P 2，并使它

5、們距離遠(yuǎn)一些，P 2距離玻璃磚近一些； （4）透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P 1、P 2的像，調(diào)整視線的方向直到P 1的像被P 2的像擋住為止，再在觀察這一側(cè)插上兩枚大頭針P 3、P 4，使P 3擋住P 1、P 2的像，P 4擋住P 1、P 2的像及P 3本身，同時(shí)注意使P 3距離玻璃磚近一些，P 4距P 3遠(yuǎn)一些。 （5）移去玻璃磚，在拔掉P 1、P 2、P 3、P 4的同時(shí)分別記出它們的位置，過(guò)P 3、P 4作直線O B 交bb 于O 。連接OO ，OO 就是折射光線的方向。AON 為入射角，O ON 為折射角。 （6）用量角器量出入射角和反射角的度數(shù)，查出它們的正弦值，并把這些數(shù)據(jù)填入記錄表格里

6、。 （7）用上述方法分別求出入射角是150、300、 450、 600、750 時(shí)的折射角，查出入射角 和折射角的正弦值，記錄進(jìn)表格。 （8）算出不同入射角時(shí)的sini/sin 值，求出幾次實(shí)驗(yàn)中sini/sin 的平均值就是玻璃的折射率。 *實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)： （1）插針P 1與P 2 、P 3與P 4的間距要適當(dāng)?shù)拇笮?，不要靠得太近，選擇玻璃時(shí)，寬度宜大些，這樣可以減小確定光路方向時(shí)出現(xiàn)的誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。 （2）入射角不能太?。ń咏愣龋?，也不能太大（接近900），因?yàn)槿肷浣翘r(shí)，折射角就更小，測(cè)量時(shí)相對(duì)誤差就增加；入射角太大時(shí)，導(dǎo)致反射光太強(qiáng)，折射光太弱，不易觀察，很難

7、確定P 3、P 4的位置。 （3）如果插針P 1、P 2的連線過(guò)分射向玻璃磚的右側(cè)，切入射角大于某一數(shù)值會(huì)出現(xiàn)隔著玻璃磚沿P 2P 1方向觀察不到P 1、P 2的兩插針的情況。遇到這種情況，可將玻璃磚沿界面aa 向右平移。 （4）實(shí)驗(yàn)中一旦玻璃磚寬度所定的界面線aa 和bb 畫(huà)好后，放置的玻璃磚就不要隨便移動(dòng)， a b 4 如果稍微上下平移了玻璃磚對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響，若玻璃磚稍微斜向移動(dòng)，則測(cè)得的折射率肯定發(fā)生變化。 （5）本實(shí)驗(yàn)中如果采用的不是兩面平行的玻璃磚，如采用三棱鏡、半圓形玻璃磚，只是出射光線不平行，但一樣能測(cè)出折射率。 三、好題解給你： （一）本課預(yù)習(xí)題： 1、光線斜射入三棱鏡的一

8、側(cè)面，從另一側(cè)面射出的光線跟入射光線相比，將向_偏移，隔著棱鏡看物體，物體虛象的位置比物體的實(shí)際位置向_偏移。 2、一束平行光射到玻璃三棱鏡的一個(gè)面上后發(fā)生色散現(xiàn)象，下圖中，符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的是： 3、如圖所示的等腰直角棱鏡，一束白光垂直于AC 邊入射，入射點(diǎn)為O ，若讓白光束以O(shè) 為軸，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則從AB 邊首先射出的光線是 _色光。 4、下列關(guān)于測(cè)玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)要求敘述正確的是： A 、玻璃磚的寬度宜大些； B 、大頭針應(yīng)垂直插在紙面上； C 、每邊的兩個(gè)大頭針的距離近些容易觀察； D 、在插P 4的時(shí)候，只要能擋住P 3的光線就行，與P 1、P 2無(wú)關(guān)。 5、下列關(guān)于測(cè)玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)

9、中的一些說(shuō)法中正確的是： A 、為了提高測(cè)量精確度，入射角應(yīng)取得很大； B 、為了提高測(cè)量的精確度，入射角應(yīng)取得很小； C 、如果入射角太大，則反射光線強(qiáng)，折射光線太弱，不易觀察； D 、如果入射角太大，則折射光線將會(huì)在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射，而使實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。 參考答案： 1、底面，頂角； 2、A 3、紅 4、A 、B 5、C 紅紫 A B C D B （二）基礎(chǔ)題： 1、太陽(yáng)光經(jīng)三棱鏡后將得到一彩色光帶，按折射率從小到大的順序排列應(yīng)是_，其中偏折角最大的是_光。 2、用薄玻璃片制成的一個(gè)中間空的三棱鏡放入水中，當(dāng)一束白光從一個(gè)側(cè)面斜射入并從三棱鏡通過(guò)時(shí)，下面的說(shuō)法中正確的是： A 、各色

10、光都向頂角偏折； B 、各色光都向底面偏折； C 、紅光的偏折角比紫光大； D 、紫光的偏折角比紅光大； 3、關(guān)于測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中不正確的是： A 、有一組入射角（i 0）和折射角，便可以得出玻璃的折射率； B 、在本實(shí)驗(yàn)中采用玻璃磚，這是因?yàn)橹挥胁ＡТu才能測(cè)出玻璃的折射率； C 、本實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)步驟，都是為了找到給定的入射角的折射角而設(shè)計(jì)的； D 、棱鏡、半圓形玻璃磚等都可以用來(lái)測(cè)定玻璃的折射率。 參考答案： 1、 紅橙黃綠藍(lán)靛紫，紫光 ； 2、 A D ； 3、 A C D 。 （三）應(yīng)用題： 1、一束白光從頂角為的一邊以較大的入射角i 射入并通過(guò)三棱鏡后，在屏P 上可得到

11、彩色光帶，如圖所示，在入射角i 逐漸減小到零的過(guò)程中，假如屏上的彩色條紋光帶先后全部消失，則： A 、紅光最先消失，紫光最后消失； B 、紫光最先消失，紅光最后消失； C 、紫光最先消失，黃光最后消失； D 、紅光最先消失，黃光最后消失。 2、人透過(guò)玻璃窗看到戶(hù)外的景物是否是景物的本身？ 3、如圖所示，點(diǎn)光源發(fā)出的白光，經(jīng)三棱鏡分光，人在側(cè)面AC 一側(cè)沿折射后的出射光線 的方向觀察S ，可看到：（ ） A 、一個(gè)白光點(diǎn)； B 、光點(diǎn)上部是紅色，下部是紫色； C 、光點(diǎn)上部是紫色，下部是紅色； D 、看不到S 的像。 參考答案： 1、分析和解答作出白光的折射光路圖，如圖所示， 可看出，白光從AB

12、 射入玻璃后，由于紫光偏折大， 從而到達(dá)另一側(cè)面AC 時(shí)的入射角較大，且因紫光 折射率大，sinC=1/n ，因而其全反射的臨界角最小， 故隨著入射角i 的減小，進(jìn)入玻璃后的各色光中紫光 首先發(fā)生全反射不從AC 面射出，后依次是靛、藍(lán)、 B C A C S 綠、黃、橙、紅逐漸發(fā)生全反射而不從AC 面射出。 故B 選項(xiàng)正確。 小結(jié)對(duì)棱鏡的折射和色散問(wèn)題分析，關(guān)鍵是要抓住各色光的折射率n 不同，熟記：折射率越大的光偏折越厲害，發(fā)生全反射的臨界角越小，同時(shí)應(yīng)能結(jié)合光路圖分析。 2、解答玻璃窗是一塊兩面平行的透明板，從S 發(fā)出的一束光經(jīng)過(guò)玻璃板發(fā)生兩次折射后，折射光線的延長(zhǎng)線相交于S ，人們隔著玻璃窗

13、看到的不是S 而是S 的虛象S ，所以透過(guò)玻璃窗所看到的戶(hù)外的景物，不是景物本身而是景物的虛象。 3、答案：C ； 分析與提示S 發(fā)出的白光，經(jīng)過(guò)三棱鏡之后，分為紅橙黃綠藍(lán)靛紫 紫光向底面偏折程度最大，而人的眼睛在光源的另一側(cè)看到的像，好 象是折射光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)出發(fā)出，把紅光與紅光、藍(lán)光與藍(lán)光、紫光與紫光等等一一對(duì)應(yīng)起來(lái)的反向延長(zhǎng)線相交，發(fā)現(xiàn)紫光與紫光的反向延長(zhǎng)線的像點(diǎn)在最上端，依次向下是靛藍(lán)綠黃橙紅。故選C 。 （四）提高題： 1、利用折射定律設(shè)計(jì)一種測(cè)定液體折射率的方法： 2、利用全反射的知識(shí)設(shè)計(jì)一種測(cè)定液體折射率的方法： 3、試用插針?lè)y(cè)定一塊半圓形玻璃磚的折射率： 參考答案：

14、1、設(shè)計(jì)思路： 利用折射定律測(cè)定液體折射率。在一個(gè)燒杯內(nèi)盛水， 將直尺AB 緊挨燒杯壁豎直插入杯中，如圖所示，這時(shí) 在直尺對(duì)面的P 點(diǎn)觀察水面，能同時(shí)看到直尺在水中 的部分和露出水面的部分。讀出看到的直尺水下部分最 低點(diǎn)的刻度S 1以及跟這個(gè)刻度相重合的水上部分的刻 度S 2的像S 2 ，量出燒杯的直徑d ，即可計(jì)算出液體 的折射率。 計(jì)算方法如下：光線從O 點(diǎn)射出液面時(shí)，入射角為1， 折射角為2，由光的折射定律 n = 1sin 2sin 。式中sin 1 = O S d 1=2012S S d d + ，sin 2=20022 S S d d O S d +=， 所以n = 2022201

15、2s s d s s d +。 2、設(shè)計(jì)思路： S S 利用全反射來(lái)測(cè)定液體折射率，用一個(gè)圓形軟 木塞，在其中心處豎直地倒插一枚大頭針，使其漂 浮在待測(cè)液體中，如圖所示，調(diào)整大頭針的插入深 度，使觀察者在液面上方任一位置恰好都不能看到 大頭針的頂部S ，從S 發(fā)出的光線，在軟木塞邊緣 的液體恰好發(fā)生了全反射，此時(shí)的入射角即為該 液體發(fā)生全反射的臨界角。測(cè)出木塞半徑r 和 大頭針頂部的深度h ，則有sin = n h r r 122=+ ， 故液體折射率為n = r h r 2 2+。 3、設(shè)計(jì)思路： 利用光的折射定律來(lái)測(cè)定，將半圓形玻璃磚放在白紙上，記錄下直徑的位置。插下大頭針1和2，使1和2

16、的延長(zhǎng)線通過(guò)玻璃磚的圓心O ，在玻璃磚的另一側(cè)插下大頭針3和4 ，使得3擋住通過(guò)玻璃磚觀察到的1和2的像，使得4擋住3和通過(guò)玻璃磚觀察到的1、2的像。移走玻璃磚連接1、2 及3、4，它們與法線MN 的交角即為折射時(shí)的入射角i 和折射角 。由折射定律可知，玻璃折射率為n = sin / sini ，其中i 和可以用量角器量出。 （五）課后演武場(chǎng)： 1、紫光由折射率為n 的棱鏡進(jìn)入空氣，則下列結(jié)論敘述正確的是： A 、頻率變?yōu)樵瓉?lái)的n 倍 ，波長(zhǎng)變?yōu)樵瓉?lái)的1/n ； B 、波長(zhǎng)為原來(lái)的n 倍，波速為原來(lái)的n 倍； C 、波速為原來(lái)的1/n 倍，波長(zhǎng)為原來(lái)的n 倍； D 、頻率為原來(lái)的1/n ，波長(zhǎng)

17、為原來(lái)的N 倍。 2、紅色、綠色和黃色的三束平行光分別沿主軸射向同一玻璃凸透鏡，經(jīng)過(guò)透鏡后會(huì)聚到軸上，會(huì)聚點(diǎn)到光心的距離分別是f 1、f 2、f 3，則下列正確的是： A 、f 1=f 2=f 3 ； B 、f 1f 2f 3 。 3、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： A 、A 光束的頻率比 B 光束的高； B 、在棱鏡中A 光束的波長(zhǎng)比B 光束的波長(zhǎng)短； C 、在棱鏡中B 光束傳播速度比A 光束的大； D 、把此兩束光由水中射向空氣，產(chǎn)生全反射時(shí)， A 光的臨界角比B 光的臨界角大。 4、某

18、種色光在傳播過(guò)程中，下面的說(shuō)法中正確的是： A 、當(dāng)它的頻率不改變時(shí)，一定是在同一種介質(zhì)中傳播； B 、當(dāng)它的速度由小變大時(shí)，一定是從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)； C 、當(dāng)它的速度由小變大時(shí)，一定是從密度大的介質(zhì)射向密度小的介質(zhì)； D 、當(dāng)它的波長(zhǎng)由長(zhǎng)變短時(shí)，一定是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)。 5、如圖所示的三棱鏡中，BC 面鍍有反射膜，一束白光 射入AB 面，經(jīng)棱鏡后在屏幕的bc 段形成彩色光帶，則 b 點(diǎn)顏色是_色。（屏幕距棱鏡AC 面較近且與AC 面平行） 6、玻璃對(duì)紅光和紫光的折射率分別是n 1和n 2，當(dāng)紫光在玻璃中傳播的距離為L(zhǎng) 時(shí)，紅光傳播的距離為多少？ 7、某同學(xué)在做測(cè)玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，取 入射角i = 450，它移開(kāi)玻璃磚時(shí)，白紙上留下的圖 線如圖所示，請(qǐng)你替他完成剩下的步驟，直到求出 折射率來(lái)，測(cè)得的折射角為約為_(kāi)，求得 折射率為n=_。 8、某同學(xué)做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，用他測(cè)得的多組入射角i 與折