2019-2020年高二物理棱鏡 光的色散 人教版.doc

2019-2020年高二物理棱鏡 光的色散 人教版【教學(xué)目標(biāo)】 1、棱鏡的概念及其對(duì)光線的偏折作用； 2、全反射棱鏡對(duì)光路的控制； 3、了解光的色散及物體的顏色等生活常識(shí)。【教學(xué)重點(diǎn)】1、棱鏡對(duì)光線的偏折作用；【教學(xué)難點(diǎn)】2、全反射棱鏡對(duì)光路的控制；【授課時(shí)數(shù)】2課時(shí)【教學(xué)過(guò)程】預(yù)習(xí)導(dǎo)讀1、棱鏡1）、定義： 叫做棱鏡。通常所作的是橫截面為 的棱鏡叫三棱鏡。2、通過(guò)棱鏡的光線：1）、通過(guò)棱鏡的光線要向棱鏡 偏折； 2）、 光線和 光線之間的夾角稱(chēng)為偏向角。 3、棱鏡成像 隔著棱鏡看物體的像是 （正、倒）立的 （虛、實(shí)）像，像的位置向棱鏡 方向偏移。4、全反射棱鏡1、定義：橫截面為 形的棱鏡叫全反射棱鏡。2、全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn)：全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱鏡成像更清析，光能損失更少。5、光的色散 1）、在真空中，不同顏色的光的傳播速度都相同，為C。2）、不同顏色的光，在同一種介質(zhì)中傳播速度不同。 光的傳播速度還與光的顏色有關(guān)：在同一種介質(zhì)中，紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色的光中 的光傳播速度最小，； 的光傳播速度最大。光的色散1）、單色光：不能分解為其它顏色的光，稱(chēng)為單色光。2）、復(fù)色光：由若干種單色光合成的光叫做復(fù)色光。3）、光的色散：把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散。結(jié)論：白光通過(guò)棱鏡后，被分解為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色的光。新授【知識(shí)要點(diǎn)】一、通過(guò)棱鏡的光線1、棱鏡：1）、定義：各平面相交的透明體叫做棱鏡。通常所作的是橫截面為三角形的棱鏡叫三棱鏡。2）、作用：A、改變光的傳播方向；B、分光。2、通過(guò)棱鏡的光線：1）、棱鏡對(duì)光線的偏折規(guī)律：如圖1所示：A、通過(guò)棱鏡的光線要向棱鏡底面偏折； B、出射光線和入射光線之間的夾角稱(chēng)為偏向角。 C、棱鏡要改變光的傳播方向，但不改變光束的性質(zhì)。a、平行光束通過(guò)棱鏡后仍為平行光束；b、發(fā)散光束通過(guò)棱鏡后仍為發(fā)散光束；c、會(huì)聚光束通過(guò)棱鏡后仍為會(huì)聚光束。2）、棱鏡成像 隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像，像的位置向棱鏡頂角方向偏移。如圖。二、全反射棱鏡1、定義：橫截面為等腰三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。2、反射棱鏡對(duì)光路的控制 如圖所示。3、全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn)：全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱鏡成像更清析，光能損失更少。三、光的色散 白光通過(guò)三棱鏡后，在光屏上形成的彩色光帶.【疑難辯析】正確理解光的色散：1偏向角：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色的光以同一入射角i進(jìn)入棱鏡時(shí)不同顏色的光在同種介質(zhì)中 光的折射角r最小。所以白光進(jìn)入某種媒質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，紫光偏折得最厲害，紅光偏折最小。2光的傳播速度1）、在真空中，不同顏色的光的傳播速度都相同，為C。2）、 由=可知，不同顏色的光，在同一種介質(zhì)中傳播速度不同。 在同一種介質(zhì)中光的傳播速度還與光的顏色有關(guān)：在同一種介質(zhì)中，紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色的光中 的光傳播速度最小，； 的光傳播速度最大。3. 折射率：由n=可知同一媒質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，不同顏色的光在同種介質(zhì)中 光的折射率最小。小結(jié)：物理量 紅 橙 黃 綠 藍(lán) 靛 紫原 理折射率小 大實(shí)驗(yàn)測(cè)定同種媒質(zhì)中光速小 大同種媒質(zhì)中偏向角小 大4. 在具體問(wèn)題的研究時(shí)，是否考慮色散，應(yīng)根據(jù)具體問(wèn)題的情況確定?！緦W(xué)法指導(dǎo)】【典型例析】【例1】.如圖所示，水盆中盛有一定深度的水，盆底處水平放置一個(gè)平面鏡.平行的紅光束和藍(lán)光束斜射入水中，經(jīng)平面鏡反射后，從水面射出并分別投射到屏MN上兩點(diǎn)，則有（ ） A. 從水面射出的兩束光彼此平行，紅光投射點(diǎn)靠近M端 B. 從水面射出的兩束光彼此平行，藍(lán)光投射點(diǎn)靠近M端 C. 從水面射出的兩束光彼此不平行，紅光投射點(diǎn)靠近M端 D. 從水面射出的兩束光彼此不平行，藍(lán)光投射點(diǎn)靠近M端【例2】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，則在棱鏡中 光束的傳鏡速度大，把兩束光由水中射向空氣，產(chǎn)生全反射， 光的臨界角大【例3】abc為全反射棱鏡，它的主截面是等腰直角三角形，如圖所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上發(fā)生全反射，若光線入射點(diǎn)O的位置保持不變，改變光線的入射方向（不考慮自bc面反射的光線）。（ ）A.使入射光按圖中所示順時(shí)針?lè)较蛑饾u偏轉(zhuǎn)，如果有色光射出ab面，則紅光將首先射出B.使入射光按圖中所示的順時(shí)針?lè)较蛑饾u偏轉(zhuǎn)，如果有色光射出ab面，則紫光將首先射出C.使入射光按圖中所示的逆時(shí)針?lè)较蛑饾u偏轉(zhuǎn)，紅光將首先射出ab面D.使入射光按圖中所示的逆時(shí)針?lè)较蛑饾u偏轉(zhuǎn)，紫光將首先射出ab面【例3】解析 本題為1991年全國(guó)高考試題白光由從紅到紫七種色組成，同一種介質(zhì)對(duì)它們的折射率，從紅光到紫光逐漸增大。在同一種介質(zhì)中產(chǎn)生全反射，它們的臨界角不同。由公式sinC=，n越小，C越大。紅光折射率最小，則臨界角最大。光垂直入射ac面，在ab面發(fā)生全反射，則臨界角C45。當(dāng)光沿順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)入射，其入射角C減小，如圖（1）所示，首先小到紅光臨界角以下，紅光先射出ab面。當(dāng)光沿逆時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)入射，其入射角增大，不可能有光線在ab面上射出。如圖（2）所示。說(shuō)明 該題求解的關(guān)鍵在于通過(guò)作圖找出順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)光在底邊的入射角如何變化，再結(jié)合折射率n越大，則臨界角越小，即可求解。【例4】.半徑為R的玻璃半圓柱體，橫截面如圖所示，圓心為O，放在水平桌面上，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(diǎn)為圓心O，光線2的入射點(diǎn)為A，OA=，已知該玻璃對(duì)紅光的折射率n=（1）求兩條光線與桌面交點(diǎn)間的距離d 12AO（2）若入射的是單色藍(lán)光，則距離d將比上面求得的結(jié)果大還是小？【例4】、(1) (2)變小【例5】 單色細(xì)光束射到折射率n=的透明球表面，光束在過(guò)球心的平面內(nèi)，入射角i=45。經(jīng)折射進(jìn)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，如圖所示，（圖上已畫(huà)出入射光和出射光）。 （1）在圖上大致畫(huà)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。（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(wèn)哪種顏色光的角最大，哪種顏色的角最小？【例5】解析 本題為1997年上海高考試題（1）如圖8-14-6（2）由折射定律=n得sinr=r=30由幾何關(guān)系及對(duì)稱(chēng)性，有=r-(i-r)=2r-i=4r-2i以r=30,i=45代入得=30（3）紅光最大，紫光最小。說(shuō)明 （3）的判斷有兩種方法，一是可根據(jù)作圖得到，當(dāng)折射率n越大，出射線與入射線的交點(diǎn)越靠外，角也越小。二是由題可得=4r-2i=4r-90，因此，n越大，r越小，也就越小。O【基礎(chǔ)訓(xùn)練】1如圖所示, 已知紅光臨界角為,紫光臨界角為，在水面以下有一個(gè)平面鏡水平放置,一束白光由空氣垂直射入水中,照到平面鏡上的O點(diǎn),現(xiàn)讓平面鏡繞入射點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng),要使該光束不會(huì)從水中射出水面,平面鏡轉(zhuǎn)過(guò)的角度不能小于(A )A B、 C、 D、2.如圖所示，半圓形玻璃磚ACB，O為圓心，C為圓弧頂點(diǎn)，一束很細(xì)的平行白光束從CO方向射入玻璃磚?，F(xiàn)保持光的入射方向不變，將玻璃磚沿順時(shí)針?lè)较蚶@O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，則首先在界面AB上發(fā)生全反射的應(yīng)是白光中的（ C ）A. 紅光成分，因玻璃對(duì)紅光折射率較大； B.紅光成分，因玻璃對(duì)紅光折射率較小C。紫光成分，因玻璃對(duì)紫光折射率較大 D.紫光成分，因玻璃對(duì)紫光折射率較小3如圖所示，從點(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經(jīng)過(guò)三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏的ab間形成一條彩色光帶.下面的說(shuō)法中正確的是( )Aa側(cè)是紅色光，b側(cè)是紫色光B b側(cè)是紅色光，a側(cè)是紫色光C三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率大于對(duì)b側(cè)光的折射率D在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率大于b側(cè)光的傳播速率4如圖所示，半徑為R的半圓形透明材料，折射率n=20，一束平行光從空氣以垂直于其底面方向射入，則下列說(shuō)法中正確的是（ ） A所有光線都能通過(guò)這種材料 B只有距圓心O兩側(cè)R/2范圍內(nèi)的光才能通過(guò) C射出的光束會(huì)形成發(fā)散光束 D射出的光束會(huì)形成會(huì)聚光束5如圖有A、B兩束光平行射到三棱鏡上，兩次折射后匯聚一點(diǎn)則在棱鏡中的速度：( )的較大的較大一樣大無(wú)法比較6某棱鏡頂角=41.300，一束白光以較大的入射角從棱鏡的一個(gè)側(cè)面射入，通過(guò)棱鏡后從另一個(gè)側(cè)面射出，在光屏上形成由紅到紫的彩色光帶（如圖示）。當(dāng)入射角i漸漸減小到零的過(guò)程中彩色光帶變化情況是（ ） 色光紫藍(lán)綠黃橙紅折射率153215281519151715141513臨界角407504088041170412304134041370A、紫光最先消失，最后只剩下橙光，紅光。B、 紫光最先消失，最后只剩下黃，橙，紅光。C、 紅光最先消失，最后只剩下紫，靛，藍(lán)光。紅光最先消失，最后只剩下紫，靛，藍(lán)光和綠光。abcdO7如圖所示，一細(xì)束白光由空氣沿Od方向斜射到橫截面為矩形的玻璃磚abcd的ab邊上。下列說(shuō)法中正確的是 D可能在ab界面發(fā)生全反射可能射到bd面，并在bd界面發(fā)生全反射一定能到達(dá)cd面，并在cd界面發(fā)生色散一定能到達(dá)cd面，射出光線中的各種色光一定互相平行 【能力提高】8如右圖所示，一束平行光射到折射率為的玻璃球體上.(1)說(shuō)明凡能射入玻璃球的光線，都不會(huì)在玻璃球里發(fā)生全反射現(xiàn)象；(2)計(jì)算說(shuō)明圖中所示入射角為60的光線進(jìn)入玻璃球后第二次射出玻璃球時(shí)的方向.(注：應(yīng)作圖配合說(shuō)明)9.雨過(guò)天晴，人們?？吹教炜罩谐霈F(xiàn)彩虹，它是由陽(yáng)光照射到空中彌漫的水珠上時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象，在說(shuō)明這個(gè)現(xiàn)象時(shí)，需要分析光線射入水珠后的光路。一細(xì)束光線射入水珠，水珠可視為一個(gè)半徑為R的球，球心O到入射光線的垂直距離為d，水的折射率為n。（1）在圖上畫(huà)出該束光線射入水珠內(nèi)徑一次反射后又從水珠中射出的光路圖。（2）求這束光線從射向水珠到射出水珠每一次偏轉(zhuǎn)的角度。9.（1）光路圖如圖所示（2）以i，r表示入射光的入射角、折射角，由折射定律sini=nsinr以1、2、3表示每一次偏轉(zhuǎn)的角度，如圖所示，由反射定律、折射定律和幾何關(guān)系可知sini=1=i-r2=-2r3=i-r由以上各式解得1=sin-1-sin-12=-2sin-13=sin-1-sin-1說(shuō)明 注意正確作出光路圖，并利用平面幾何和三角形知識(shí)進(jìn)行求解。