高三物理光的传播教案

1、第十五章 光的传播考纲要求1光的直线传播，本影和半影 2光的反射，反射定律，平面镜成像作图法 3光的折射，折射定律，折射率，全反射和临界角 4光导纤维 5棱镜，光的色散 知识网络：应用光的传播光在同种均匀介质中光在两种介质的界面上光的直线传播光的反射光的折射小孔成像本影半影日食月食镜面反射漫反射全反射棱镜透镜放大镜照相机幻灯机说明：最新考试大纲已经将透镜部分删掉，故本教案不再涉及透镜部分知识。单元切块：本章以光的直线传播为基础，利用几何知识，研究光传播到两种介质的界面时发生的反射、折射、全反射、色散等现象和它们表现的规律，即光的反射和折射，难点是光的全反射及其应用，考试大纲已将透镜部分删掉，大

2、大减小了本章在高考中的难度，复习过程中不再另外切块。1 / 13教学目标：1了解光在同一种均匀介质中沿直线传播；2记住光在真空中的传播速度c=3.0105kms=3.0108ms。3能用光的直线传播原理解释影的形成、小孔成像和日食月食的形成。教学重点：光的反射和折射教学难点：全反射教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、光的直线传播 1光在同一种均匀介质中是沿直线传播的注意前提条件：在同一种介质中，而且是均匀介质。否则，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（介质不均匀）。点评：光的直线传播是一个近似的规律。当障碍物或孔的尺寸和波长可以比拟或者比波长小时

3、，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向。lSAhxvt解题方法指导：解光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）关键是画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算。【例1】如图所示，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，小球在点光源照射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=gt2，根据相似形知识可以由比例求得，因此影子在墙上的运动是匀速运动。一题多变：一束平行光垂直照射竖直的墙壁，今将

4、一小球在墙前以垂直于墙的初速度水平抛出，则小球在墙上的影的运动情况是A自由落体运动 B匀速直线运动C平抛运动 D以上说法都不对解析：由于光平行垂直照射竖直的墙壁，小球在墙前以垂直于墙的初速度被水平抛出，所以小球在墙上的影与小球始终在一条水平线上，即小球的影和小球在竖直方向的运动性质相同。小球在竖直方向做自由落体运动，所以小球的影的运动为自由落体运动。答案：A点评：以上两题中球的运动情况相同，但由于光源的性质不同，从而导致影的运动情况截然不同。所以我们平时解题要灵活，不要死搬硬套。GFEDCBA【例2】某人身高1.8 m，沿一直线以2 m/s的速度前进，其正前方离地面5 m高处有一盏路灯，试求人

5、的影子在水平地面上的移动速度。解析：如图所示，设人在时间t内由开始位置运动到G位置，人头部的影子由D点运动到C点。因为三角形ABCFGC，所以有因为三角形ACDAFE，所以有由以上各式可以得到即= 解得S影=3.125t 。可见影的速度为3.125m/s 。点评：关于影的计算问题往往综合应用光学运动学知识，结合几何知识充分利用三角形知识处理问题。2光速光在真空中的转播速度为c=3.00108m/s。光在不同介质中的传播速度是不同的。根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过c。近年来（1999-2001年）科学家们在极低的压强（10-9Pa）和极低的温度（10-9K）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中

6、的速度降低到17m/s，甚至停止运动。也有报道称在实验中测得的光速达到1011m/s，引起物理学界的争论。二、反射 平面镜成像1点光源发光体可以认为是由无数个发光点所组成，每一个发光点均可视为一个点光源从点光源发出的光是一同心光束（即由同一中心点发出的光束）点光源是一个理想化的物理模型2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，若能会聚在一点，则该会聚点称为实像点；若被反射镜反射或被透射镜折射后光束仍是发散的，但这光束的反向延长线交于一点，则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察；虚像不能用光屏接收，只能用肉眼观察3反射定律光射到两种

7、介质的界面上后返回原介质时，其传播规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4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。5光路图作法根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补画光路图。6充分利用光路可逆SS /M NP Q在平面镜的计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围和在A点放一个点光源，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。）7利用边缘光线作图确定范围【例3】 如图所示，画出人眼在S处通过平面镜可看到障碍物后地面

8、的范围。解：先根据对称性作出人眼的像点S /，再根据光路可逆，设想S处有一个点光源，它能通过平面镜照亮的范围就是人眼能通过平面镜看到的范围。图中画出了两条边缘光线。【例4】如图所示，用作图法确定人在镜前通过平面镜可看到AB完整像的范围。解：先根据对称性作出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围，再找到它们的公共区域（交集）。就是能看到完整像的范围。三、折射与全反射1折射定律光射到两种介质的界面上后从第一种介质进入第二种介质时，其传播规律遵循折射定律折射定律的基本内容包含如下三个要点： 折射光线、法线、入射光线共面； 折射光线与入射光线分居法线两侧； 入射角的正弦

9、与折射角的正弦之比等于常数，即折射定律的各种表达形式： (1为入、折射角中的较大者，C为全反射时的临界角。)注意：折射光路也是可逆的。2各种色光性质比较可见光中，红光的折射率n最小，频率最小，在同种介质中（除真空外）传播速度v最大，波长最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要，一定要牢记。【例5】(2004年全国理综卷)发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图。现考虑线光源a b发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，

10、由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则A l1 l2 l2l0 Cl2 l1l0 Dl2 l1l0答案：D解析：红光的折射率n1小于蓝光的折射率n1，b点的像红光比蓝光靠下，所以l2 l1l03全反射现象（1）现象：当光从光密介质射向光疏介质，且入射角达到临界角时，折射光线将消失，只剩下反射光线，这一现象叫做光的全反射现象（2）条件： 必要条件：光从光密介质射向光疏介质； 充分条件：入射角达到临界角，即（3）临界角若光从光密介质（折射率为n）射向真空或空气时，发生全反射的临界角C 可由如下公式求得4边作图边计算有关光的折射和全反射，在解题时要把计算和作

11、图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步再根据需要算一步。作图要依据计算结果，力求准确。ABCD【例6】 直角三棱镜的顶角=15， 棱镜材料的折射率n=1.5，一细束单色光如图所示垂直于左侧面射入，试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。解：由n=1.5知临界角大于30小于45，边画边算可知该光线在射到A、B、C、D各点时的入射角依次是75、60、45、30，因此在A、B、C均发生全反射，到D点入射角才第一次小于临界角，所以才第一次有光线从棱镜射出。5光导纤维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

12、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损失地全部从另一个端面射出。【例7】如图所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=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是多大？该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？解：由n=c/v可得v =2.1108m/s由n=sin/sinr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

13、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/，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是t=s/v=2.710-8s。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。（若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。）作图时尽量利用对称性（把棱镜中的光线画成与底边平行）。由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象（红光偏折最小，紫光偏折最大。）abM【例8】 如图所示，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

14、M，若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是A.n1n2，a为红光，b为蓝光 B.n1n2，a为红光，b为蓝光 D.n1n2，a为蓝光，b为红光 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。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o（右图1）或180o（右图2）。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。【例9】 如图所示，自行车的尾灯采用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

15、汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所示，下面说法中正确的是 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C.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射D.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射 解：利用全反射棱镜使入射光线偏折180，光线应该从斜边入射，在两个直角边上连续发生两次全反射。所以选C。3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

16、。a b【例10】 如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法中正确的有 A.进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了D.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同 yaxoAB y xo yxo yxo yxo【例11】 如图所示，AB为一块透明的光学材料左侧的端面。建立直角坐标系如图，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点O以某一入射角由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的

17、光路是下图中的哪一个A. B. C. D. i1i2解：如图所示，由于该材料折射率由下向上均匀减小，可以设想将它分割成折射率不同的薄层。光线射到相邻两层的界面时，如果入射角小于临界角，则射入上一层后折射角大于入射角，光线偏离法线。到达更上层的界面时入射角逐渐增大，当入射角达到临界角时发生全反射，光线开始向下射去直到从该材料中射出。12【例12】 如图所示，用透明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足A.折射率必须大于 B.折射率必须小于C.折射率可取大于1的任意值 D.无论折射率是多大都不可能 解：从图中可以看出，为使上表面射入的光线

18、经两次折射后从右侧面射出，1和2都必须小于临界角C，即1C，245，n=1/sinC，选B答案。a【例13】 如图所示，一束平行单色光a垂直射向横截面为等边三角形的棱镜的左侧面，棱镜材料的折射率是。试画出该入射光射向棱镜后所有可能的射出光线。解：由折射率为得全反射临界角是45。光线从左侧面射入后方向不发生改变，射到右侧面和底面的光线的入射角都是60，大于临界角，因此发生全反射。反射光线分别垂直射向底面和右侧面。在底面和右侧面同时还有反射光线。由光路可逆知，它们最终又从左侧面射出。所有可能射出的光线如图所示。针对练习（一）光的直线传播：12 m长的旗杆竖立在地面上，测得其影长为1.5m；旁边有一

19、烟囱影长为7.5m，则这烟囱的实际高度是m日月2如图所示，图中作出分析产生日环食的必要光线，当地球上的观察者随同地球一起进入图中1、2、3、4、5中的哪个区域，可能观察到日环食（）A进入区域1中B进入区域2中C进入区域3或5中 D进入区域4中3身高1.6m的人以1.0m/s的速度沿直线向路灯走去，在某一时刻影长1.8m，2s后影长变为1.3m，求路灯的高度。（二）光的反射、反射定律、平面镜成像及其特点：4如图所示，M是平面镜只用刻度尺，不用量角器，你能否较准确地画出光源S射向平面镜的各条光线的反射线？作图说明你的方法5某台钟的面上没有数字，只有刻度线，右图是从平面镜里看到的这个钟面的像，指针表示的时刻是（）A1点20分B11点20分C10点40分 D10点20分AB6如图，某人从点出发，去河岸边取水送往处，问：此人应如何走路程才最短，试画出他行走的路线3题图4题图5题图7甲乙两人在照同一个镜子，甲在镜中看到了乙的眼睛，以下说法中正确的是（ ）A乙也一定能看到甲的眼睛B乙一定只能看到甲的眼睛C乙不可能看到甲的眼睛 D乙不可能看到甲的全身8某汽车驾驶室外有一用平面镜制作的观后镜，当