2022年教科版高中物理教案光学.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第十三章 光学学问网络:光的传播光在同种匀称介质中日食光在两种介质的界面上透镜幻灯机光的直线传播光的反射光的折射小本影镜漫全反射棱镜孔月食面反应用成反射像半影射放大镜照相机第一单元光的传播几何光学一、光的直线传播1、几个概念光源:能够发光的物体点光源:忽视发光体的大小和外形,保留它的发光性;(力学中的质点,抱负化)光能:光是一种能量,光能可以和其他形式的能量相互转化(使被照物体温度上升,使底片感光、热水器电灯、蜡烛、太阳万物生长靠太阳、光电池)光线: 用来表示光束的有向直线叫做光线,直线的方向表示光束的传播方向,光线实际上不存
2、在,它是细光束的抽象说法;(类比:磁感线 电场线)实像和虚像点光源发出的同心光束被反射镜反射或被透射镜折射后,称为实像点; 如被反射镜反射或被透射镜折射后光束仍是发散的,如能会聚在一点, 就该会聚点 但这光束的反向延长线交于一点,就该点称为虚像点实像点构成的集合称为实像,实像可以用光屏接收,也可以用 肉眼直接观看;虚像不能用光屏接收,只能用肉眼观看2光在同一种匀称介质中是沿直线传播的 留意前提条件:在同一种介质中,而且是匀称介质;否就,可能发生偏折;如光从空气斜射入水中(不是同一种介质);“ 海市蜃楼” 现象(介质不均S A vt l h x 匀);点评 :光的直线传播是一个近似的规律;当障碍
3、物或孔的尺寸和波长可以比拟或者比波长小时,将发生明显的衍射现象,光线将可能偏离原先的传播方向;【例 1】如下列图,在A 点有一个小球,紧靠小球的左方有一个点光源S;现将小球从A 点正对着竖直墙平抛出去,打到竖直墙之前,小球在点光源照耀下的影子在墙上的运动是A. 匀速直线运动 B.自由落体运动2,依据相像5 m 高处有C.变加速直线运动 D.匀减速直线运动解:小球抛出后做平抛运动,时间t 后水平位移是vt ,竖直位移是h=1 gt 2形学问可以由比例求得xgltt,因此影子在墙上的运动是匀速运动;2 v【例 2】某人身高1.8 m ,沿始终线以2 m/s 的速度前进,其正前方离地面一盏路灯,试求
4、人的影子在水平地面上的移动速度;名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 解析: 如下列图, 设人在时间学习必备欢迎下载G位置,人头部的影子由D点运动t 内由开头位置运动到到 C点;三角形 ABCFGC,有 CF FGFA AB FG由于三角形 ACDAFE,所以有D E FACFCDEFFAEF由以上各式可以得到CDEFFGCGBEFABFG即S 影2t=51 . 8 解得 S 影=3.125 t ;1 8.3.125m/s ;2 t可见影的速度为二、反射平面镜成像1、反射定律光射到两种介质的界面上后返回原介质时,其传播规
5、律遵循反射定律反射定律的基本内容包含如下三个要点: 反射光线、法线、入射光线共面; 反射光线与入射光线分居法线两侧; 反射角等于入射角,即122平面镜成像的特点平面镜成的像是正立等大的虚像,像与物关于镜面对称3光路图作法依据成像的特点,在作光路图时,可以先画像,后补画光路图;4充分利用光路可逆在平面镜的运算和作图中要充分利用光路可逆;(眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范畴和在 亮的范畴是完全相同的; )A点放一个点光源, 该点光源发出的光经平面镜反射后照5利用边缘光线作图确定范畴 / SP Q 【例 3】 如下列图,画出人眼在S 处通过平面镜可看到障碍物后地面的范畴;S/ ,再依据光路可逆,设
6、S 解:先依据对称性作出人眼的像点想 S 处有一个点光源, 它能通过平面镜照亮的范畴就是人眼能通过平面镜看到的范畴;图中画出了两条边缘光线;【例 4】如下列图,用作图法确定人在镜前通过平面镜可看到 AB完整像的范畴;解:先依据对称性作出AB的像 A /B /,分别作出A 点、B 点发出的光经平面镜反射后能射到的范畴,再找到它们的公共区域(交集) ;就是能看到完整像的范畴;三、折射与全反射1折射定律 荷兰 斯涅尔 光射到两种介质的界面上后从第一种介质进入其次种介质时,其传播规律遵循折射定律折射定律的基本内容名师归纳总结 包含如下三个要点:1sin1i 第 2 页,共 9 页 折射光线、法线、入射
7、光线共面; 折射光线与入射光线分居法线两侧;r 入射角的正弦与折射角的正弦之比等于常数,即nsin2折射定律的各种表达形式:nsin1cC 1为入、折射角中的较大者,sin2vsinC为全反射时的临界角; - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载折射光路是可逆的;n 1 介质确定, n 确定;(空气 1.00028 水 n1.33 酒精 n1.6)(不以密度为标准)光密介质和光疏介质(1)与密度不同 2相对性(3)n 大角小, n 小角大 2全反射现象(1)现象:光从光密介质进入到光速介质中时,随着入射角的增加,折射光线远离法线,强度越来越
8、弱, 但是反射光线在远离法线的同时强度越来越强,当折射角达到90 度时,折射光线认为全部消逝,只剩下反射光线全反射;(2)条件:光从光密介质射向光疏介质;入射角达到临界角,即11C(3)临界角 : 折射角为90 0(发生全发射)时对应的入射角,sinCC n【例 5】 直角三棱镜的顶角 =15 , 棱镜A 材料的折射率n=1.5 ,一细束单色光如下列图垂直于左侧面射入, 试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线;D 解:由 n=1.5 知临界角大于30 小于 45 ,B 边画边算可知该光线在射到A、B、C、D 各点时D点入射角才第的入射角依次是75 、60 、45 、30 ,因此在 A、
9、B、C均发生全反射,到一次小于临界角,所以才第一次有光线从棱镜射出;3光导纤维,海市蜃楼和内窥镜 全反射的一个重要应用就是用于光导纤维(简称光纤);光纤有内、外两层材料,其中内层是光密介质,外层是光疏介质;光在光纤中传播时,每次射到内、外两层材料的界面,都要求入射角大于临界角,从而发生全反射;这样使从一个端面入射的光,经过多次全反射能够没有缺失地全部从另一个端面射出;【例 6】如下列图, 一条长度为 L=5.0m 的光导纤维用折射率为 n= 2 的材料制成; 一细 束激光由其左端的中心点以 = 45 的入射角射入光导纤维内,经过一系列全反射后从右端射出; 求:该激光在光导纤维中的速度 v 是多
10、大?该 激光在光导纤维中传输所经受的时间是多少?解:由 n=c/v 可得 v =2.1 10 8m/s 由 n=sin /sin r 可得光线从左端面射入后的折射 角为 30 ,射到侧面时的入射角为 60 ,大于临界角 45 ,因此发生全反射, 同理光线每次在侧面都将发生全反射,直到光线达到右端面;由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为 s=2L/ 3 ,因此该激光在光导纤维中传输所经受的 时间是 t =s/ v=2.7 10-8 s;四、棱镜和玻璃砖对光路的作用1棱镜对光的偏折作用 一般所说的棱镜都是用光密介质制作的;入射光线经三棱镜两次折射后,射出方向与入射方向相比,向底边偏折,虚像
11、向顶角偏移;【例 7】如下列图,一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上, 经折射后交于光屏上的同一个点M,如用 n1 和 n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率,以下说法中正确选项a M A. n1n2,a 红光 ,b蓝光 B.n1n2,a 红光, b蓝光 D.n1n2, a 蓝光, b 红光b 解:由图可知,b 光线经过三棱镜后的偏折角较小,因此折射率较小,是红光;2全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜;挑选适当的入射点, 可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出 后偏转 90 o(右图 1)或 180 o(右图 2);要特殊留意两种用 法中光线在哪个表面发生全反射;名
12、师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载【例 8】如下列图,自行车的尾灯采纳了全反射棱镜的原理;它虽然本身不发光,但在夜间骑行时, 从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后,会有较强的光被反射回去,使汽车司机留意到前面有自行车;尾灯的原理如下列图,下面说法中正确选项( C )A. 汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射B. 汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射红C. 汽车灯光应从右面射过来在尾灯 的 左表面发生全反射灯 的 右D. 汽车灯光应从右面射过来在尾表面发生全反射紫3光的折射和色散一束
13、白光经过三棱镜折射后形式色散,构成红橙黄绿蓝靛紫的七条彩色光带,形成光谱; 光谱的产生说明白光是由各种单色光组成的复色光,各种单色光的偏转角度不同;偏转角红小大紫折射率 n v 小大同介质速率大小频率 小大波长 大小4玻璃砖 所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱;当光线从上表面入射,从下表面射出时, 其特点是:射出光线和入射光线平行;各种色光在第一次入射后就发生色散;射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关; 可利用玻璃砖测定玻璃的折射率;【例 9】 透亮材料做成一长方体形的光学器材,要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出,那么所选的材料的折射率应满意B 1 2 A. 折射率必需大于2
14、B.折射率必需小于2C.折射率可取大于1 的任意值 D.无论折射率是多大都不行能解:从图中可以看出, 为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出,1 和2 都必需小于临界角C,即1C,245 , n=1/sin C2 ,选 B答案;其次单元光的本性物理光学学问网络:微粒说(牛顿)波动说(惠更斯)光的本性学说进展史 电磁说(麦克斯韦)光子说(爱因斯坦)物理光学光的波粒二象说 光的干涉波动性光的波粒二象性 光的衍射粒子性光电效应一、粒子说和波动说1、 微粒说(牛顿)认为个光是粒子流,从光源动身,在匀称介质中遵循力学规律做匀速直线运动;胜利直线传播(匀速直线运动)困难干涉,衍射(波的特性)、反射(
15、经典粒子打在界面上),折射(粒子受到界面的吸引和排斥:折射角、名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载不能一视同仁) ,光线交叉2、波动说(荷兰)惠更斯、(法)菲涅尔,光在“ 以太” 中以某种振动向外传播胜利反射、折射、干涉、衍射困难光电效应、康普顿效应、偏振19 世纪以前,微粒说始终占上风(1)人们习惯用经典的机械波的理论去懂得光的本性;(2)牛顿的威望(3)波动理论本身不够完善(以太、惠更斯无法科学的给出周期和波长的概念)3、光的电磁说(英)麦克斯韦,光是一种电磁波4、光电效应证明光具有粒子性二、光的
16、双缝干涉证明光是一种波1、 试验 1801年,(英)托马斯 杨接收屏单色光单孔屏双孔屏2、现象(1)接收屏上看到明暗相间的等宽等距条纹;中心亮条纹(2)波长越大,条纹越宽(3)假如用复色光(白) ,显现彩色条纹;中心复色(白)缘由:相干光源在屏上叠加(加强或减弱)3、 小孔的作用:产生同频率的光双孔的作用:产生相干光源(频率相同,步调一样,两小孔出来的光是完全相同的;)4、 条纹的亮暗 L 2L1=(2K+1) / 2 弱 L 2L1=2K* / 2 =K 强5、 条纹间距波长 X = L / d 6、波长双缝到屏的距离 10 A 双缝距离1 m = 10 9nm 1 m = 10【例 1】
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- 2022 年教科版 高中物理 教案 光学
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