高中物理：第13章 光 选修34.ppt

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1、高中物理新人教版选修 4系列课件 第十三章 光 13 1 光的折射 教学目标 一 知识目标1 知道反射定律的确切含义 并能用来解释有关现象 2 知道反射现象中光路是可逆的 并能用来处理有关问题 3 知道平面镜成像特点及作图方法 4 理解折射定律的确切含义 并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题 5 知道折射光路是可逆的 并能用来处理有关的问题 6 知道折射率的定义及其与光速的关系 并能用来进行有关的计算 二 能力目标1 会用反射定律解释有关现象和处理有关问题 2 会用折射定律计算有关的问题 能理解折射率与光速的关系 并能用来进行有关的计算 三 德育目标1 通过观察演示实验 培养学生的观察 概

2、括能力 通过相关物理量变化规律的教学 培养学生分析 推理能力 2 渗透物理研究和学习的科学态度教育 教学重点光的折射定律 折射率概念 教学难点光的折射定律和折射率的应用 教学方法本节课成功的关键在于做好实验 通过实验先定性观察再定量测量 引导学生对测量数据进行分析 归纳 再来领略前人所做的思考从而领会数据分析的几种常用方法 比值法 乘积法 加减法 图象法等 为学生今后对实验数据的处理打开思路 最后通过例题练习巩固所学内容 光的反射现象 光被两种介质的分界面反射回原来的介质中 1 反射光线 入射光线和法线同平面 2 反射光线和入射光线分居法线两侧 3 反射角和入射角相等 光路可逆 O A B 2

3、 光的折射现象 折射光线 入射光线 法线在同一平面内 折射光线和入射光线分居法线两侧 当光从空气斜射入水或玻璃中时 折射角小于入射角 当入射角增大时 折射角也随着增大 当光从水或玻璃斜射入空气中时 折射角大于入射角 光由空气射入玻璃时入射角 1和出射角 2的数值表 1 2 5 6 7 8 3 4 4 折射率 1 折射率 是光从真空射入某种介质中时的折射率 2 n的大小与介质有关 与i和r无关 对于确定的介质 n是定值 不能说n sini或n 1 sinr 3 折射率无单位任何介质的折射率皆大于1 强调说明 4 折射率 反映介质对光的折射作用 几种介质的折射率 真空本身的折射率 1 某介质的折射

4、率 等于光在真空中的速度C与光在介质中的速度之比 n 1 光在不同介质中的速度不同 这正是发生折射的原因 研究表明 例一 如图一个储油桶的底面直径与高均为d 当桶内没有油时 从某点 恰能看到桶底边缘的某点 当桶内油的深度等于桶高的一半时 仍沿 方向看去 恰好看到桶低上的点c 两点距离d 4 求油的折射率和光在油中传播的速度 O 因底面直径和桶高相等 由此可知 AOF ABG 450 又 OD 2CD 油的折射率 光在油中的传播速度 解 问题 玻璃是一种透明介质 光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射 如何把玻璃的折射率测出来 1 根据折射率的定义 要测折射率 必须知道与一个折射现象对应的折射角和

5、入射角 空气 玻璃 i r 界面 法线 Sini Sinr n 光在某种介质中的传播速度是2 122 108m s 当光线以30 入射角由该介质射入空气时 折射角为多少 例 如果用激光能射中吗 后羿射日能射中吗 应用1 13 2 光的干涉 教学目标 一 知识目标1 通过实验观察认识光的干涉现象 知道从光的干涉现象说明光是一种波 2 掌握光的双缝干涉现象是如何产生的 何处出现亮条纹 何处出现暗条纹 3 掌握明条纹 或暗条纹 间距的计算公式及推导过程 4 知道不同色光的频率不同 掌握波长 波速 频率的关系 5 通过实验初步认识薄膜干涉现象 了解其应用 二 能力目标1 通过了解杨氏把一个点光源发出的

6、一束光分成两束 理解相干光源的设计思想 2 通过根据波动理论分析单色光双缝干涉 培养学生比较推理 探究知识的能力 3 在认真观察实验事实的基础上 加强抽象思维能力的培养 三 德育目标通过对光的本性的初步认识 建立辩证唯物主义的世界观 教学重点双缝干涉图象的形成实验及分析 教学难点1 亮纹 或暗纹 位置的确定 2 亮纹 或暗纹 间距公式的推导 教学方法通过机械波干涉现象的复习 过渡到光波的叠加 进而提出问题 引发思考 在实验观察的基础上通过探究现象成因 总结规律 完成本节课的教学目标 最后通过对薄膜干涉成因的分析达到拓展应用 提高能力的目的 光的直线传播 彩虹 海市蜃楼 假设光真的是一种波 我们

7、必然能看到波特有的现象 1801年 英国物理学家托马斯 杨在实验室里成功的观察到了光的干涉现象 二 光的干涉 单色光 单色激光束 屏 等间距 双缝干涉图样 图样有何特征 S1 S2 亮条纹的中心线 亮条纹的中心线 双缝 中央亮条纹 明暗相间 亮条纹 亮条纹 探究2 出现明暗相间条纹的条件 S1 S2 亮条纹 出现亮条纹的条件 n 0 1 2 3 暗条纹 探究2 出现明暗相间条纹的条件 S1 S2 亮条纹 暗条纹 出现亮条纹和暗条纹的条件 n 0 1 2 3 n 0 1 2 3 探究3 用双缝观察白光干涉图样 13 3 实验 用双缝干涉测量光的波长 如图所示的双缝实验中 屏离开挡板越远 条纹间的

8、距离越大 另一方面 实验所用光波的波长越大 条纹间的距离也越大 这是为什么 r2 r1 dsin X ltan lsin 当两列波的路程差为波长的整数倍 即dx l k k 0 1 2 时才会出现亮条纹 亮条纹位置为 X kl d r1 r2 d x 一 实验原理 相邻两个明 或暗 条纹之间的距离为 其中 波长用 表示 d表示两个狭缝之间的距离 l为挡板与屏间的距离 实验步骤 1 安装双缝干涉仪2 单缝到双缝的距离为5 10cm3 通过目镜 可看见白光的双缝干涉条纹4 放红光虑光片 观测红光的双缝干涉条纹调节d比较 x的变化换绿色虑光片5 测量出n条亮条纹间距a6 察看说明书 得出d和L7 代

9、入公式 求出波长 二 观察双缝干涉图样 注意事项 1 安装仪器的顺序 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏2 双缝与单缝相互平行 且竖直放置3 光源 虑光片 单缝 双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上4 若出现在光屏上的光很弱 由于不共轴所致5 若干涉条纹不清晰 与单缝和双缝是否平行有很大关系 第二条亮纹 第一条亮纹 第一条亮纹 第二条亮纹 螺旋测微器的读数 三 测定单色光的波长 游标尺的读数 测量结果求波长 测出n个亮条纹间的举例a 就可以求出相邻两个亮条纹的距离 再由 得 13 4 光的颜色色散 教学目标 知识与能力1 棱镜的概念及其对光线的偏折作用 全反射棱镜对光路的控制 了解光的色散及物

10、体的颜色等生活常识 2 知道白光的色散现象 知道白光是复色光知道匀变速运动的位移与时间的关系 能用来进行简单的计算 3 知道薄膜干涉是如何获得相干光源的 了解薄膜干涉产生的原因 知道薄膜干涉在技术上的应用 过程与方法1 通过对光的色散和薄膜干涉实验探索 加强学生动手能力 观察能力 加深对知识的理解 2 感悟一些数学方法的应用特点 情感 态度与价值观1 知道学好物理的重要性 2 具有科学精神和正确的世界观 人生观 价值观 截面为三角形或梯形的透明体 等腰棱镜 直角等腰棱镜 四棱镜 一 棱镜 1 棱镜对光线的作用 2 棱镜成像特征 成虚象 虚象的位置比物体的实际位置向顶角方向偏移 光线经过棱镜后向

11、棱镜的底面偏折 思考 如果这个棱镜用极薄的玻璃制成 里面是空气 周围是水 当光线通过这个空气棱镜时 射出的光线将如何 作图说明 二 光的色散 实验现象分析 1 太阳光是一种颜色的光吗 不是 太阳光是由红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫七种颜色的光组成 复色光 2 光的偏折程度与什么有关 折射率越大 偏折的程度越大 与折射率有关 3 白光经过棱镜后 不同颜色的光 向底面偏折的程度不同 说明了什么 不同颜色的光在同一介质中的折射率不同 由红光到紫光折射率越来越大 4 光学中与折射率有关的几个物理量 结论 在同一介质中 由红光到紫光 光的折射率越来越大 传播速度越来越小 相同的入射角 紫光越容易发生全反射

12、光的传播速度 临界角 各种色光的折射率 三 全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱镜 临界角为42 光垂直于任一侧面入射 都会在另一侧面产生全反射 棱镜对光线的作用 课堂小结 1棱镜对光线的作用 2光的色散说明了什么 不同单色光在同一介质中的折射率不同 白光是复色光 由红光到紫光其折射率越来越大 由光密介质到光疏介质时 n越大临界角越小 紫光越容易发生全反射同一介质中红光速率最大紫光最小 一束白光射到玻璃三棱镜的一个面上后发生色散现象 在图示的光路图中 符合实验事实的是 A 课堂练习 一束白光从顶角为的三棱镜的一侧 以较大的入射角射入棱镜后 经棱镜折射在光屏P上可得到彩色光带 如图所示 当入射

13、角逐渐减小到0的过程中 假如屏上的彩色光带先后消失 则 A 红光最先消失 紫光最后消失B 紫光最先消失 红光最后消失C 红光最先消失 黄光最后消失D 紫光最先消失 黄光最后消失 B 一窄束平行白光斜射到两面平行的玻璃砖的AB面上 如图示 从CD面射出的光在靠近C端是什么颜色 A C B D 13 5 光的衍射 教学目标 一 知识目标1 通过实验观察 让学生认识光的衍射现象 知道发生明显的光的衍射现象的条件 从而对光的波动性有进一步的认识 2 通常学习知道 几何光学 中所说的光沿直线传播是一种近似规律 二 能力目标1 通过讨论和对单缝衍射装置的观察 理解衍射条件的设计思想 2 在认真观察课堂演示

14、实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上 培养学生比较推理能力和抽象思维能力 三 德育目标通过 泊松亮斑 等科学小故事的学习 培养学生坚定的自信心 踏实勤奋的工作态度和科学研究品德 教学重点单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件 教学难点衍射条纹成因的初步说明 教学方法1 通过机械波衍射现象类比推理 提出光的衍射实验观察设想 2 通过观察分析实验 归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现 3 通过对比认识衍射条纹的特点及变化 加深对衍射图象的了解 产生明显衍射现象的条件是 障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多 A 一 光的衍射现象 光在传播过程中 遇到障碍

15、物或小孔时 光将偏离直线传播的方向而绕到障碍物到达阴影区域的现象 单色光的衍射图样 中间亮纹较宽较亮 两边 对称的明暗相间条纹 亮条纹强度向两边逐渐较快减弱 1 单缝衍射 衍射图样 单缝衍射图样的光强分布 白光单缝衍射条纹 中间是白色的 两边是减弱很快的彩色条纹 例1 在观察光的衍射现象的实验中 通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝 观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝 灯管或灯丝都要平行于狭缝 可以看到 A 黑白相间的直条纹B 彩色的弧形条纹C 彩色的直条纹D 黑白相间的弧形条纹 2 小孔衍射 光通过小孔 小到一定程度 在屏上会出现 中间较亮 周围明暗相间的圆环 且亮度小这些圆环达到的范围远远超过根

16、据光的直线传播所应照明的面积 思考与讨论 将一个大的不透明障碍物上的正三角形孔从边长10cm逐渐减小到零 让阳光从孔中通过 在障碍板后暗箱中的屏上可看到啥现象 3 泊松亮班 光照到不透明的小圆板上 在屏上圆板的阴影中心 有一个亮斑 这个亮斑取名叫泊松亮斑 在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小的时候衍射现象就十分明显 出现明显的衍射现象 二 光发生明显衍射的条件 例2 下列现象中能产生明显衍射的是 A 光的波长比孔或障碍物的尺寸大得多B 光的波长与孔或障碍物的尺寸可相比C 光的波长等于孔或障碍物的大小D 光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多 衍射现象 衍射现象 狭缝 红光 1 光的干涉和衍射图样区别 双缝干涉图样特点 单缝衍射图象特点 三 光的干涉和光的衍射的比较 2 双缝干涉和单缝衍射都是光波叠加的结果 只是干涉条纹是有限的几束光的叠加 而衍射条纹可认为是极多且复杂的相干光的叠加 明暗相间 中间较宽较亮 两边对称亮度渐减弱 明暗相间 等间距等亮度 红光 例3 在双缝干涉实验中 以白光为光源 在屏幕上观察到了彩色干涉条纹 若在双缝中的一缝前放一红色滤光片 只能透过红光 另一缝