2019-2020年高二物理棱镜 光的色散 人教版.doc

2019-2020年高二物理棱镜 光的色散 人教版【教学目标】 1、棱镜的概念及其对光线的偏折作用； 2、全反射棱镜对光路的控制； 3、了解光的色散及物体的颜色等生活常识。【教学重点】1、棱镜对光线的偏折作用；【教学难点】2、全反射棱镜对光路的控制；【授课时数】2课时【教学过程】预习导读1、棱镜1）、定义： 叫做棱镜。通常所作的是横截面为 的棱镜叫三棱镜。2、通过棱镜的光线：1）、通过棱镜的光线要向棱镜 偏折； 2）、 光线和 光线之间的夹角称为偏向角。 3、棱镜成像 隔着棱镜看物体的像是 （正、倒）立的 （虚、实）像，像的位置向棱镜 方向偏移。4、全反射棱镜1、定义：横截面为 形的棱镜叫全反射棱镜。2、全反射棱镜的优点：全反射棱镜和平面镜在改变光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱镜成像更清析，光能损失更少。5、光的色散 1）、在真空中，不同颜色的光的传播速度都相同，为C。2）、不同颜色的光，在同一种介质中传播速度不同。 光的传播速度还与光的颜色有关：在同一种介质中，红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色的光中 的光传播速度最小，； 的光传播速度最大。光的色散1）、单色光：不能分解为其它颜色的光，称为单色光。2）、复色光：由若干种单色光合成的光叫做复色光。3）、光的色散：把复色光分解为单色光的现象叫光的色散。结论：白光通过棱镜后，被分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色的光。新授【知识要点】一、通过棱镜的光线1、棱镜：1）、定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。通常所作的是横截面为三角形的棱镜叫三棱镜。2）、作用：A、改变光的传播方向；B、分光。2、通过棱镜的光线：1）、棱镜对光线的偏折规律：如图1所示：A、通过棱镜的光线要向棱镜底面偏折； B、出射光线和入射光线之间的夹角称为偏向角。 C、棱镜要改变光的传播方向，但不改变光束的性质。a、平行光束通过棱镜后仍为平行光束；b、发散光束通过棱镜后仍为发散光束；c、会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。2）、棱镜成像 隔着棱镜看物体的像是正立的虚像，像的位置向棱镜顶角方向偏移。如图。二、全反射棱镜1、定义：横截面为等腰三角形的棱镜叫全反射棱镜。2、反射棱镜对光路的控制 如图所示。3、全反射棱镜的优点：全反射棱镜和平面镜在改变光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱镜成像更清析，光能损失更少。三、光的色散 白光通过三棱镜后，在光屏上形成的彩色光带.【疑难辩析】正确理解光的色散：1偏向角：红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色的光以同一入射角i进入棱镜时不同颜色的光在同种介质中 光的折射角r最小。所以白光进入某种媒质发生折射时，紫光偏折得最厉害，红光偏折最小。2光的传播速度1）、在真空中，不同颜色的光的传播速度都相同，为C。2）、 由=可知，不同颜色的光，在同一种介质中传播速度不同。 在同一种介质中光的传播速度还与光的颜色有关：在同一种介质中，红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色的光中 的光传播速度最小，； 的光传播速度最大。3. 折射率：由n=可知同一媒质对不同色光的折射率不同，不同颜色的光在同种介质中 光的折射率最小。小结：物理量 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫原 理折射率小 大实验测定同种媒质中光速小 大同种媒质中偏向角小 大4. 在具体问题的研究时，是否考虑色散，应根据具体问题的情况确定。【学法指导】【典型例析】【例1】.如图所示，水盆中盛有一定深度的水，盆底处水平放置一个平面镜.平行的红光束和蓝光束斜射入水中，经平面镜反射后，从水面射出并分别投射到屏MN上两点，则有（ ） A. 从水面射出的两束光彼此平行，红光投射点靠近M端 B. 从水面射出的两束光彼此平行，蓝光投射点靠近M端 C. 从水面射出的两束光彼此不平行，红光投射点靠近M端 D. 从水面射出的两束光彼此不平行，蓝光投射点靠近M端【例2】如图所示，是两个同种玻璃制成的棱镜，顶角1略大于2，两束单色光A和B分别垂直入射于三棱镜后，出射光线与第二界面的夹角1=2，则在棱镜中 光束的传镜速度大，把两束光由水中射向空气，产生全反射， 光的临界角大【例3】abc为全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线）。（ ）A.使入射光按图中所示顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光将首先射出B.使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光将首先射出C.使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面D.使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面【例3】解析 本题为1991年全国高考试题白光由从红到紫七种色组成，同一种介质对它们的折射率，从红光到紫光逐渐增大。在同一种介质中产生全反射，它们的临界角不同。由公式sinC=，n越小，C越大。红光折射率最小，则临界角最大。光垂直入射ac面，在ab面发生全反射，则临界角C45。当光沿顺时针方向偏转入射，其入射角C减小，如图（1）所示，首先小到红光临界角以下，红光先射出ab面。当光沿逆时针方向偏转入射，其入射角增大，不可能有光线在ab面上射出。如图（2）所示。说明 该题求解的关键在于通过作图找出顺时针或逆时针旋转时光在底边的入射角如何变化，再结合折射率n越大，则临界角越小，即可求解。【例4】.半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为O，放在水平桌面上，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的入射点为圆心O，光线2的入射点为A，OA=，已知该玻璃对红光的折射率n=（1）求两条光线与桌面交点间的距离d 12AO（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？【例4】、(1) (2)变小【例5】 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。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，如图所示，（图上已画出入射光和出射光）。 （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，哪种颜色的角最小？【例5】解析 本题为1997年上海高考试题（1）如图8-14-6（2）由折射定律=n得sinr=r=30由几何关系及对称性，有=r-(i-r)=2r-i=4r-2i以r=30,i=45代入得=30（3）红光最大，紫光最小。说明 （3）的判断有两种方法，一是可根据作图得到，当折射率n越大，出射线与入射线的交点越靠外，角也越小。二是由题可得=4r-2i=4r-90，因此，n越大，r越小，也就越小。O【基础训练】1如图所示, 已知红光临界角为,紫光临界角为，在水面以下有一个平面镜水平放置,一束白光由空气垂直射入水中,照到平面镜上的O点,现让平面镜绕入射点O转动,要使该光束不会从水中射出水面,平面镜转过的角度不能小于(A )A B、 C、 D、2.如图所示，半圆形玻璃砖ACB，O为圆心，C为圆弧顶点，一束很细的平行白光束从CO方向射入玻璃砖。现保持光的入射方向不变，将玻璃砖沿顺时针方向绕O点转动，则首先在界面AB上发生全反射的应是白光中的（ C ）A. 红光成分，因玻璃对红光折射率较大； B.红光成分，因玻璃对红光折射率较小C。紫光成分，因玻璃对紫光折射率较大 D.紫光成分，因玻璃对紫光折射率较小3如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是( )Aa侧是红色光，b侧是紫色光B b侧是红色光，a侧是紫色光C三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率4如图所示，半径为R的半圆形透明材料，折射率n=20，一束平行光从空气以垂直于其底面方向射入，则下列说法中正确的是（ ） A所有光线都能通过这种材料 B只有距圆心O两侧R/2范围内的光才能通过 C射出的光束会形成发散光束 D射出的光束会形成会聚光束5如图有A、B两束光平行射到三棱镜上，两次折射后汇聚一点则在棱镜中的速度：( )的较大的较大一样大无法比较6某棱镜顶角=41.300，一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过棱镜后从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带（如图示）。当入射角i渐渐减小到零的过程中彩色光带变化情况是（ ） 色光紫蓝绿黄橙红折射率153215281519151715141513临界角407504088041170412304134041370A、紫光最先消失，最后只剩下橙光，红光。B、 紫光最先消失，最后只剩下黄，橙，红光。C、 红光最先消失，最后只剩下紫，靛，蓝光。红光最先消失，最后只剩下紫，靛，蓝光和绿光。abcdO7如图所示，一细束白光由空气沿Od方向斜射到横截面为矩形的玻璃砖abcd的ab边上。下列说法中正确的是 D可能在ab界面发生全反射可能射到bd面，并在bd界面发生全反射一定能到达cd面，并在cd界面发生色散一定能到达cd面，射出光线中的各种色光一定互相平行 【能力提高】8如右图所示，一束平行光射到折射率为的玻璃球体上.(1)说明凡能射入玻璃球的光线，都不会在玻璃球里发生全反射现象；(2)计算说明图中所示入射角为60的光线进入玻璃球后第二次射出玻璃球时的方向.(注：应作图配合说明)9.雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象，在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路。一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R的球，球心O到入射光线的垂直距离为d，水的折射率为n。（1）在图上画出该束光线射入水珠内径一次反射后又从水珠中射出的光路图。（2）求这束光线从射向水珠到射出水珠每一次偏转的角度。9.（1）光路图如图所示（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表示每一次偏转的角度，如图所示，由反射定律、折射定律和几何关系可知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说明 注意正确作出光路图，并利用平面几何和三角形知识进行求解。