2022年高三物理 第十九章 光的传播四、光的色散(第一课时)

2022年高三物理 第十九章 光的传播 四、光的色散(第一课时)本节教材分析与以前的教材相比，这一部分把重点从棱镜移到了光的色散.从课后练习看，棱镜对光的偏折作用及全反射棱镜仍应给予适当的关注，全反射棱镜被安排在阅读材料里并介绍了它的一些应用，对这些应用不宜深讲，作为了解性的内容即可，有兴趣的学生可以组织它们课后进行小制作、小观察，如潜望镜、自行车尾灯.光的色散的知识并不难，这一部分可组织学生直接观察太阳光通过三棱镜时的色散、用分光镜观察太阳光谱和气体发光光谱.增加学生的感性认识，还可以借助CAI课件展示白光通过棱镜后的色散现象.虹霓的形成原因，以扩大学生的知识面，培养学习物理的兴趣.色散现象的成因是不同色光在同一介质中传播速度不同从而折射率不同进而导致偏折不同.学生可能会发出这样的疑问.为什么我们在日常生活中并没有经常地看到光的色散现象？关于这一点可引导学生看课本中冕牌玻璃对不同色光的折射率数据及课本最后方框内的解释，说明光通过棱镜时实际发生了两次偏折，才把不同色光区分开来.教学目标一、知识目标1.理解棱镜能使射向棱镜侧面的光线向底面偏折的道理.2.知道光的色散现象.3.理解光的色散现象的成因.4.知道不同色光在同一介质中传播速度不同.5.知道同一介质对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大.二、能力目标1.会应用棱镜进行有关的光路控制.2.会根据折射定律分析判断白光色散的结果.三、德育目标通过自然界中的光现象虹霓的教学及色散现象的教学激发学生对大自然的热爱以及对自然之谜的求知欲望.教学重点1.棱镜对光线的作用.2.光的色散现象及其成因.教学难点用光的折射定律分析不同色光通过同一介质后的偏折情况.教学方法本节课通过实验观察、理论分析,辅助以CAI课件对棱镜对光的偏折作用、光的色散现象及其形成原因等进行多途径的教学.同时介绍一些相关的科普知识开阔学生的视野，尽量增加学生的观察以达到身临其境、兴趣盎然的效果.教学用具同上节课的光学演示仪，三棱镜若干.CAI课件（单色光通过棱镜后的偏折情况，白色光通过棱镜的色散现象，虹霓的形成） 课时安排1 课时 教学过程一、引入新课师同学们看过雨后天空的彩虹吗？（学生有的回答看过，有的回答没看过）（教师用课件播放彩虹图片，学生惊叹其美丽）师彩虹的美丽一直是为人们所赞叹的，但是在座的有谁知道彩虹是怎样形成的吗？无人回答我们学完这一节的内容大家就会知道了，想知道吗？生回答想那就好好的跟我学吧.二、新课教学（一）棱镜棱镜对光线的作用1.介绍棱镜教师出示若干个棱镜（大约十几个）给学生传着看.让学生知道什么是棱镜.2.棱镜对光线的作用a.在黑板上画出棱镜的截面如图1944，让一个学生到黑板上画出在光线从空气入射到AC面时的折射光.再请一位同学画出从棱镜进入空气时在AB面上的折射情况.图1944b.用实验演示验证一下同学画的对不对.c.归纳结论光在棱镜的两个侧面发生折射时，每次折射都使光线向棱镜的底面偏折.d.让学生猜想出入射光的偏折程度可能与哪些因素有关.学生与折射率有关.e.入射光方向不变，若折射率比原来大，再让一位学生画出此时光线的两次偏折情况.得出折射率越大，偏折越大的结论.（二）光的色散1.光的色散现象教师刚才我们是用红光做的实验.如果让一束白光通过棱镜你能想象出将是什么样的吗？生甲还是白色.（其他学生犹豫）教师猜的不是完全没有道理.因为刚才红光折射后出来时还是红光嘛.但是还是让我们用实验来验证一下.这样心里才踏实对不对？(1)实验演示白光通过三棱镜后的色散现象.(2)再让学生用发给他们的棱镜对着太阳光转动.可在教室墙壁上看到鲜艳的彩色亮带.(3)引导学生归纳总结出白光是复色光.(4)给出光的色散定义及光谱概念.2.光的色散原因分析（1）重做课本图1925甲所示的实验，让学生仔细观察，在光屏上最上端是红色，最下端是紫色.（2）分析现象背后的实质性原因.教师引导白光通过棱镜后变成了彩色光除了说明白光是复色光外，还说明棱镜对不同色光的折射率是学生不同的.教师折射率不同.说明不同色光在棱镜中传播时速度是学生不同的.教师红光在屏上最上端，表明红光的偏折程度学生最小.教师棱镜对红光的折射率学生最小.教师对紫光的折射率学生最大.(3)光在真空中传播速度相同.教师我们现在看到的太阳光是太阳现在发出的吗？学生不是教师如果不同色光在真空中传播速度不同.则将先后到达地球.那么我们看到的还是白光吗？学生不是教师因此可以知道光在真空中传播速度都是相同的.c=3108 m/s而在介质中传播速度是不同的.（根据n=）（4）归纳总结如下表颜色红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫频率低 高折射率n小 大介质中速度v大 小临界角C大 小（三）课堂巩固训练1.课本练习四第（1）题.2.如图1945，ABC 为一玻璃三棱镜的截面，一束光MN垂直AB射入，在AC面发生全反射后从BC射出，则在屏PQ上的彩带DE的D点是_光，E点是_光.（填颜色）图19453.在上题中，若MNB变小，最先从AC透出的是_光.参考答案：1.略2.紫红3.红（四）知识拓展虹霓的形成虹的形成雨后初霁，我们常常看见天上出现美丽的七色彩虹，虹是太阳光沿着一定角度射入空气中的水滴引起的比较复杂的折射和反射所造成的一种色散现象.如图1946（a），假设太阳光水平射向一水珠，光线经两次折射和一次全反射后射出水珠.霓的形成经过了二次折射和二次全反射，如图1946（b）.虹和霓一般同时出现.但两者还是有区别的，不能混为一谈，虹霓有两个弓形彩带，内彩带较亮，其外圈是红色，内圈是紫色，称为虹；外彩带较暗，有时看不见.其颜色分布与虹恰好相反，即外紫内红，称为霓.图1946用CAI课件展示虹霓的图景及形成过程讲：夏天常常下雷阵雨，雨后半边天空露出了太阳，另外半边天空却仍有厚厚的云层.同时，夏天地面温度较高.蒸发很快，雨后天空还飘浮着水汽和小水滴.因此，当太阳光穿过云层中和空气中的小水滴时，就被折射出七色虹霓来.冬天大多是连绵不断的小雨.而且雨后太阳不会立即出现.同时，冬天气温较低.蒸发较慢，雨后天空中不会像夏天那样充满水汽和小水滴，故冬天不易出现虹霓.虹霓在地面上看起来是彩色的弧状，但在天空中看起来，却是彩色环状，异常美丽.有时当太阳靠近地平线时，在高山顶上也可以看到虹，如我国著名的风景区峨眉山的一大奇景“峨眉佛光”，其成因与虹霓相似，宝光紫色在内、红色在外，圈中的“佛”实际上是由于日光从人的背后射来，把人的身体投影于云层上.三、小结用CAI课件打出1.横截面为三角形或梯形的透明体叫棱镜.2.光线通过棱镜后将向棱镜的底面偏折.CAI课件再现3.光的色散现象是指复色光分解为单色光的现象.CAI课件再现4.不同色光在真空中传播速度相同，在介质中传播速度不同，其中红光最快，紫光最慢.5.不同频率的光颜色不同，光从一种介质进入另一种介质颜色不变因而频率不变.6.不同色光对同一介质的折射率不同，红光最小，紫光最大.7.发生全反射的临界角红光最大，紫光最小，所以红光较不易发生全反射.四、布置作业1.课后自学阅读材料全反射棱镜并在课本上完成练习四第（2）题及第（4）题.2.计算红光和紫光在冕牌玻璃中的传播速度.（折射率参照课本）五、板书设计六、本节优化训练设计1.红光和紫光相比A.在真空中传播时，紫光的速度比较大B.在玻璃中传播时，红光的速度比较大C.玻璃对红光的折射率较紫光大D.从玻璃到空气的界面上，红光的临界角较紫光大2.如图1947所示,ab两束不同的单色平行光从空气射入水中，发生如图所示的折射，则下述结论正确的是图1947A.水对光束a的折射率较大B.水中光束b的光速较小C.光束a的频率较大D.若从水射向空气，光束a的临界角较光束b的临界角大3.在水底同一深处并排放置五种颜色的球，如从水面正上方垂直俯视五只色球，感觉最浅的球是A.紫色球B.蓝色球C.黄色球D.红色球E.绿色球F.五个球同样深浅4.图1948为一束白光通过三棱镜的光路图，其中正确的是图19485.如图1949所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质.一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中图1949A.1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能B.4、5、6（彼此平行）中的任一条都可能C.7、8、9（彼此平行）中的任一条都可能D.只能是4、6中的某一条6.半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图1950所示，圆心为O，两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直.光线1的入射点A为圆柱面的顶点，光线2的入射点为B，AOB=60.已知该玻璃对红光的折射率n=.图1950（1）求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d.（2）若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？7.单色细光束射到折射率n=的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角i=45.研究经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图1951（图上已画出入射光和出射光）图1951（1）在图上大致画出光线在球内的路径和方向；（2）求入射光与出射光之间的夹角 ；（3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的角最大，哪种颜色光的角最小？8.如图1952所示，宽为a的平行光束从空气斜向入射到两面平行的玻璃板上表面，入射角为45，光束中包含两种颜色的光，玻璃对这两种色光的折射率分别为n1=1.5,n2=.图1952（1）求每种颜色的光射入上表面后的折射角1、2；（2）为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的厚度d至少为多少？并画出光路示意图.参考答案：1.BD 2.BD 3.A 4.D 5.B6.简答：作光路如图1953.图1953（1）光线1不偏折光线2:i=60,sinr=,r=30i=60-r=30,sinr=nsini=,r=60=R/cos30=Rd= tan30=R（2）d比上面结果小.7.解答：（1）如图1954.图1954（2）由折射定律=nsinr=,r=30由几何关系及对称性有=r-(i-r)=2r-i=4r-2i以r=30i=45代入得=30（3）红光最大，紫光最小8.解答：画出光路示意图1955图1955（1）=nsin1=,sin2=1=arcsin,2=arcsin（2）dtan1-dtan2=d=a