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 光速教學目的及要求1了解光在同一種均勻介質中沿直線傳播；2記住光在真空中的傳播速度C3.0×105kms3.0×108ms。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 過 程備 注一引入簡介本部分學習的內容及在物理學中的地位二新課教學（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

2、都是天然光源（火星不是恒星）。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. 點光源并非數學上的點,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。在光線上標明箭頭，表示光的傳播方向。

3、2、介質：光能夠在其中傳播的物質叫做介質。光的傳播可以在真空中進行，依靠電磁場這種特殊物質來傳播。 3、光的直線傳播：1)、光在同一種均勻介質中是沿直線傳播的。（說明幾何光學的來由）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：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

4、所有發(fā)光點都照不到的區(qū)域。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：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?。还庠窗l(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

5、日環(huán)食（只能看到太陽的邊緣部分）。 B、月食: a、當月球處于里時，看不到月食；b、當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；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。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:C3.0×105kms3.0&#

6、215;108ms。2)、光在空氣中的速度近似等C3.0×105kms3.0×108ms。3)、光在其它介質中的速度都小于C,其大小除了與媒質性質有關外,還與光的頻率有關(這一點與機械波不同,機械波的波速僅由媒質的性質即密度、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 Ct3.0×108ms×365×24×3600s9.46×1015m. 3、光速的測定方法簡介:1)、伽利略測量法,未獲成功;2)、丹麥天文學家羅默的天文觀測法;

7、3)、荷蘭惠更斯在羅默的基礎上第一次測出C2.0×108ms;4)、1849年斐索旋轉齒輪法;1862年傅科旋轉棱鏡法;5)、1879邁克爾孫重做斐索傅科實驗,1926年改用旋轉棱鏡法.三練習見教材練習一課后回顧 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目的及要求1了解介質的折射率與光速的關系；2掌握光的折射定律；3掌握介質的折射率的概念重 點光的折射定律、折射率折射率是反映介質光學性質的物理量，由介質來決定難 點光的折射定律和折射率的應用通過問題的分析解決加深對折射率概念的理解，學會解決問題的方法教 具教 學 過 程備 注一引入我們在初中已學過光的折射

8、規(guī)律：折射光線跟入射光線和法線在同一平面內；折射光線和入射光線分居在法線的兩側；當光從空氣斜射入水或玻璃中時，折射角小于入射角；當光從水或玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角初中學的光的折射規(guī)律只是定性地描述了光的折射現象，而我們今天要定量地進行研究二新課教學（一）光的反射定律由學生簡述光的反射定律內容（二）光的折射定律1定律的發(fā)展史：經歷了近1500年才得到完善的定律(1)歷史發(fā)展：公元2世紀古希臘天文學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；B折射光線和入射光線分居在法線的兩側；C折射角正比于入射角德國物理學家開普勒也做了研究(2)折射定律：最終在1621年，由荷蘭數

9、學家斯涅耳找到了入射角和折射角之間的關系將一組測量數據抄寫在黑板上讓學生進行計算(用計算器)，光線從空氣射入某種玻璃入射角i(°)折射角r(°)i/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通過分析表中數據可以得出結論：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，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

10、來的入射光線射出，這就是說，在折射現象中光路也是可逆的(在反射現象中，光路是可逆的)2折射率n光從一種介質射入另一種介質時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數n，但是對不同的介質來說，這個常數n是不同的這個常數n跟介質有關系，是一個反映介質的光學性質的物理量，我們把它叫做介質的折射率（1）定義式：i是光線在真空中與法線之間的夾角 r是光線在介質中與法線之間的夾角光從真空射入某種介質時的折射率，叫做該種介質的絕對折射率，也簡稱為某種介質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，在近似計算中認為空氣和真空相同，故有時光從空氣射入某種介質時的折射率當作絕對折射率

11、進行計算（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）介質的折射率與光速的關系理論和實驗的研究都證明：某種介質的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質中的速度之比例2光在某介質中的傳播速度是2.122×108m/s，當光線以30°入射角，由該介質射入空氣時，折射角為多少？解：由介質的折射率與光速的關系得：（1）又根據介質折射率的定義式得：（2）r為在空氣中光線、法線間的夾角即為所求i為在介質中光線與法線間的夾角30°由(1)、(2)兩式解得：所以r=45°

12、;例3光線從空氣射入甲介質中時，入射角i45°，折射角r=30°，光線從空氣中射入乙介質中時，入射角i/60°，折射角r/30°求光在甲、乙兩種介質中的傳播速度比解：設光在甲介質中傳播的速度為v甲，光在乙介質中傳播的速度為v乙根據折射率的定義式得：根據折射率與光速的關系得：，得：，所以，練習：1光線從空氣射入n的介質中，反射光線恰好垂直于折射光線，則入射角約為多少？解：根據光的反射定律有入射角i跟反射角相等i=，根據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

13、據折射率的定義式：所以 i60°2一束寬度為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光線由空氣射入某種介質，折射光線與反射光線恰好垂直，已知入射角是53°，則這種介質可能是什么？水課后回顧1光的折射定律是幾何光學的三大基本規(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)是研究幾何光學的重要法寶高中階段只研究在兩種介質中其中一種是空氣的兩界

14、面間的折射情況及所遵循的規(guī)律在應用時，一定要注意作圖突出幾何的特點2折射率是幾何光學中非常重要的基本概念之一它反映介質的光學性質每一種介質在一定條件下有一個確切的折射率，不同種類的介質在相同的條件下，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 題三全反射教學目的及要求1理解光的全反射現象2掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件3了解全反射現象的應用重 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，當光線從光密介質射到它與光疏介質的界面上時，如果入射角等于或大于臨界角就發(fā)生全反射現象難

15、點反射的應用，對全反射現象的解釋光導纖維、自行車的尾燈是利用了全反射現象制成的；海市蜃樓、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈現的自然現象教 具教 學 過 程備 注一引入上節(jié)課學習了光的折射現象，知道了光的折射定律，那么由光的可逆性當光從折射率較大的介質射向折射率較小的介質時會發(fā)生什么現象？二新課教學1光密介質和光疏介質對于兩種介質來說，光在其中傳播速度較小的介質，即折射率較大的介質，叫光密介質，而光在其中傳播速度較大的介質，即折射率較小的介質叫光疏介質，光疏介質和光密介質是相對的 空氣介質11空氣介質1NNOON/N/AAB12323n1n2介質1相對介質2是光疏介質介質1與介質2相對空氣都

16、是光密介質例如：水、空氣和玻璃三種物質相比較，水對空氣來說是光密介質，而水對玻璃來說是光疏介質，根據折射定律可知，光線由光疏介質射入光密介質時(例如由空氣射入水)，折射角小于入射角；光線由光密介質射入光疏介質(例如由水射入空氣)，折射角大于入射角12介質NN'AOB空氣12介質NN'AOB空氣2全反射現象既然光線由光密介質射入光疏介質時，折射角大于入射角，由此可以預料，當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，會出現什么情況呢？12介質NN'AOB空氣1介質NN'AOB空氣光由光密介質射入光疏介質時，同時發(fā)生反射和折射，折射角

17、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，這種現象叫做全反射光傳播到兩種介質的界面上時，通常要同時發(fā)生反射和折射現象，若滿足了某種條件，光線不再發(fā)生折射現象，而全部返回到原介質中傳播的現象叫全反射現象3臨界角：在研究全反射現象中，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。光從折射率為n的某種介質射到空氣(或真空)時的臨界角C 就是折射角等于90°時的入射角，根據折射定律可得：因而：結論：發(fā)生全反射的條件：光從光密介質進入光疏介質；

18、入射角等于或大于臨界角。例1已知如圖1所示，介質為空氣，介質的折射率為，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：根據發(fā)生全反射的條件，光從光密介質射到光疏介質中時，介質對空氣來說是光密介質，所以光線a可能發(fā)生全反射，介質的臨界角為：，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60°45°，故光線a能發(fā)生全反射，故正確選擇答案為(C)例2如圖2所示，一束光線從空氣射入某介質，入射光線與反射光線夾角為90°，折射光線與入

19、射光線延長線間夾角為15°，求：(1)該介質的折射率；(2)光在該介質中傳播的速度；(3)當光從介質射入空氣時的臨界角解：根據題意入射光線與反射光線的夾角為90°，又根據光的反射定律，反射角等于入射角，即=45° r=-=45°-15°=30°（1）（2）（3）C4504應用（1）光導纖維：從細玻璃棒一端射進棒內的光線，在棒的內壁多次發(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纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑只有幾m到100m左右，而且是由內心和外套兩層組成的，光線在內心外套的界面上發(fā)生全反

20、射，如果把光導纖維聚集成束，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生觀察自行車尾燈內部的結構，回想在夜間看到的現象引導學生注意生活中的物理現象，用科學知識來解釋它，從而更好的利用它們?yōu)槿祟惙眨?）海市蜃樓、沙漠里的蜃景：讓學生閱讀大氣中的光現象蒙氣差，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 題四光的色散教學目的及要求1.知道光的色散現象2.知道白光由不同的色光組成3.知道同一介質對不同的

21、色光折射本領不同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.光的色散現象及原因（不同的單色光對同一種介質的折射率不同）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象及同一媒質對不同色光折射率不同教 具教 學 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。結論：光線在棱鏡的兩個側面上發(fā)生

22、折射時，兩次向底邊偏面的緣故。注意頂角和底面的相對關系。2光的色散：讓學生思考幾個問題： 1）、各色光是怎樣排列的？ 2）、各色光偏向角關系如何？ 3）、同一介質對不同色光的折射率大小關系如何？ 4）、不同色光在同一媒質中的速率大小關系如何？說明：同一介質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?。蛔瞎獾钠劢亲畲?，棱鏡材料對紫光的折射率最大，n紅 n紫。不同色光在介質中（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，因折射率不同，它們在同一介質中的速度不同

23、。紅光的折射率最小，紅光在媒質中的速度比其它色光中大?！安屎纭笔浅Ｒ姷囊环N色散現象，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靛紫偏向角 小 大折射率 較小 較大在媒質中的光速 較大 較小5單色光單色光：嚴格說，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）、濾光器或根據分光原理制成的單色器可以獲得各種純度的單色光。6復色光復色光：亦稱“復合光”。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、藍色光的物質，當三束電子流分別打到這三種物質上時，就發(fā)