第十九章光的直线传播

61第十九章光的直线传播授课时间月日星期（）课型课时104课题一光的直线传播光速教学目的及要求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＝3.0×105km／s＝3.0×108m／s。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。重点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。难点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。教具教学过程备注一．引入简介本部分学习的内容及在物理学中的地位二．新课教学（一）光源1、定义:能发光的物体叫做光源。2、分类:1)、天然光源和人造光源：A、太阳等恒星都是天然光源（火星不是恒星）。B、白炽灯、水银灯、荧光灯和蜡烛等是人造光源。2）、按光的激发方式分：冷光源和热光源。A、热光源：利用热能激发的光源（白炽灯、弧光灯等）。B、冷光源：利用化学能、电能激发的光源（萤火虫、霓虹灯等）。3）、按光线特点分：点光源、线光源、面光源和体光源。（着重介绍点光源）A、定义：凡是光源本身的大小与它被照到的物体间的距离相比可以忽略不计时，这样的光源都可以看作是“点光源”。B、点光源是一种理想模型.点光源并非数学上的点,而是物理意义上的点,即光源本身有一定线度.（二）光的直线传播1、光线:表示光传播方向和路径的几何线叫做光线。在光线上标明箭头，表示光的传播方向。2、介质：光能够在其中传播的物质叫做介质。光的传播可以在真空中进行，依靠电磁场这种特殊物质来传播。3、光的直线传播：1)、光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。（说明几何光学的来由）62例①：潮州俗语：“……日出鸡蛋影”。②：人在路灯下以速度v匀速行走，判断人头影的运动情况？（匀速运动）2)、证据：影、日食和月食的形成，小孔成像。3)、光的传播过程，也是能量传递的过程。4、影的形成：1)、定义:点光源发出的光，照到不透明的物体上时，物体向光的表面被照亮，在背光面的后方形成一个光照不到的黑暗区域，这就是物体的影。影区是发自光源并与被照物体的表面相切的光线围成的。2)、分类：本影与半影。A、本影:光源上所有发光点都照不到的区域。对同一个物体，其本影区的大小，与光源发光面的大小和光源到物体的距离有关：光源到物体的距离一定时，光源发光面越大，则物体的本影越小；光源发光面越小，则物体的本影越大。光源发光面一定时，光源到物体的距离越小，则物体的本影区越大；光源到物体的距离越大，则物体的本影区越小。B、半影:光源上一部分发光点能照到,而另一部分发光点照不到的区域成为半明半暗的半影。本影与半影都是光的直线传播的结果.3)、日食和月食的形成A、日食:如图所示.a、在月球的本影区①里，可看到日全食（完全看不到太阳）；b、在月球的半影区②里，可看到日偏食（只能看到一部分太阳）；c、在月球的半影区③里，可看到日环食（只能看到太阳的边缘部分）。B、月食:a、当月球处于②③里时，看不到月食；b、当月球一部分处于①里时，可看到月偏食（只能看到一部分月亮）；c、当月球全部处于①里时，可看到月全食（完全看不到月亮）。4)、小孔和小缝成像A、小孔成像是由于光的直线传播形成的;B、小孔成像与孔的形状无关；C、小孔成像中，像就是光斑；D、小孔成像中像是倒立的实像；E、小缝可看作无数小孔并行排列而成的，小缝成像的规律与小孔成像的规律相同，这也说明了小孔成像与小孔的形状无关。三、光速1、光速:光的传播速度.1)、真空中的光速：各种不同频率的光在真空中的传播速度都相同，均为:C＝3.0×105km／s＝3.0×108m／s。2)、光在空气中的速度近似等C＝3.0×105km／s＝3.0×108m／s。3)、光在其它介质中的速度都小于C,其大小除了与媒质性质有关外,还与光的频率有关(这一点与机械波不同,机械波的波速仅由媒质的性质即密度、弹性和温度等决定)2、光年:631)、定义：光在真空中一年时间内传播的距离叫做光年.注意:;光年不是时间单位,而是长度单位.2)、大小:1光年＝Ct＝3.0×108m／s×365×24×3600s＝9.46×1015m.3、光速的测定方法简介:1)、伽利略测量法,未获成功;2)、丹麦天文学家罗默的天文观测法;3)、荷兰惠更斯在罗默的基础上第一次测出C＝2.0×108m／s;4)、1849年斐索旋转齿轮法;1862年傅科旋转棱镜法;5)、1879迈克尔孙重做斐索傅科实验,1926年改用旋转棱镜法.三．练习见教材练习一课后回顾授课时间月日星期（）课型课时105课题二光的反射和折射教学目的及要求1．了解介质的折射率与光速的关系；2．掌握光的折射定律；3．掌握介质的折射率的概念重点光的折射定律、折射率．折射率是反映介质光学性质的物理量，由介质来决定．难点光的折射定律和折射率的应用．通过问题的分析解决加深对折射率概念的理解，学会解决问题的方法．教具教学过程备注一．引入我们在初中已学过光的折射规律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光线分居在法线的两侧；当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角；当光从水或玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角．初中学的光的折射规律只是定性地描述了光的折射现象，而我们今天要定量地进行研究．二．新课教学（一）光的反射定律由学生简述光的反射定律内容（二）光的折射定律1．定律的发展史：经历了近1500年才得到完善的定律．(1)历史发展：公元2世纪古希腊天文学家托勒密通过实验得到：A．折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；B．折射光线和入射光线分居在法线的两侧；C．折射角正比于入射角．64德国物理学家开普勒也做了研究．(2)折射定律：最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳找到了入射角和折射角之间的关系．将一组测量数据抄写在黑板上让学生进行计算(用计算器)，光线从空气射入某种玻璃．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通过分析表中数据可以得出结论：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．如果用n来表示这个比例常数，就有：nrisinsin这就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律．说明：如果使光线逆着原来的折射光线到界面上，折射光线就逆着原来的入射光线射出，这就是说，在折射现象中光路也是可逆的．(在反射现象中，光路是可逆的)2．折射率n．光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数n，但是对不同的介质来说，这个常数n是不同的．这个常数n跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率．（1）定义式：rinsinsini是光线在真空中与法线之间的夹角．r是光线在介质中与法线之间的夹角．光从真空射入某种介质时的折射率，叫做该种介质的绝对折射率，也简称为某种介质的折射率．相对折射率在高中不作要求．又因为空气的绝对折射率为1.00028，在近似计算中认为空气和真空相同，故有时光从空气射入某种介质时的折射率当作绝对折射率进行计算．（2）折射率的定义式为量度式．折射率无单位，任何介质的折射率不能小于1。（水的折射率为1.33，玻璃的折射率一般为1.50）例1．见教材［例题］（3）介质的折射率与光速的关系．理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度之比．vcn例2．光在某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？解：由介质的折射率与光速的关系得：vcn（1）65又根据介质折射率的定义式得：rinsinsin（2）r为在空气中光线、法线间的夹角即为所求．i为在介质中光线与法线间的夹角30°．由(1)、(2)两式解得：707.02110122.21000.3sinsin88ivcr所以r=45°．例3．光线从空气射入甲介质中时，入射角i＝45°，折射角r=30°，光线从空气中射入乙介质中时，入射角i/＝60°，折射角r/＝30°．求光在甲、乙两种介质中的传播速度比．解：设光在甲介质中传播的速度为v甲，光在乙介质中传播的速度为v乙．根据折射率的定义式得：230sin45sinsinsin00＝甲rin330sin60sinsinsin00//＝乙rin根据折射率与光速的关系得：甲甲vcn，乙乙vcn得：甲甲ncv，乙乙ncv所以，23＝＝甲乙乙甲nnvv练习：1．光线从空气射入n＝3的介质中，反射光线恰好垂直于折射光线，则入射角约为多少？解：根据光的反射定律有入射角i跟反射角β相等i=β，根据题意折射光线与反射光线垂直，即两光线的夹角为90°，则反射角β与折射角r互余，即β+r=90°，则i＋r=90°．又根据折射率的定义式：iiiiirintancossin)90sin(sinsinsin0＝所以i＝60°．2．一束宽度为10cm的平行光束，以60°的入射角从空气射入折射率为3的介质中界面光滑平整，求反射光束和折射光束的宽度。（10cm、17.3cm）3．见教材练习二作业：1．已知水的折射率是34，某种玻璃的折射率是23，则光在水中和在这种玻璃中传播的速度之比是多少？（9∶8）2．光线由空气射入某种介质，折射光线与反射光线恰好垂直，已知入射角是53°，则这种介质可能是什么？水．课后回顾1．光的折射定律是几何光学的三大基本规律之一．(另外两个规律是：光的直线传播66规律，光的反射定律)是研究几何光学的重要法宝．高中阶段只研究在两种介质中其中一种是空气的两界面间的折射情况及所遵循的规律．在应用时，一定要注意作图．突出几何的特点．2．折射率是几何光学中非常重要的基本概念之一．它反映介质的光学性质．每一种介质在一定条件下有一个确切的折射率，不同种类的介质在相同的条件下，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．授课时间月日星期（）课型课时106课题三全反射教学目的及要求1．理解光的全反射现象2．掌握临界角的概念和发生全反射的条件3．了解全反射现象的应用重点掌握临界角的概念和发生全反射的条件，折射角等于90°时的入射角叫做临界角，当光线从光密介质射到它与光疏介质的界面上时，如果入射角等于或大于临界角就发生全反射现象．难点反射的应用，对全反射现象的解释．光导纤维、自行车的尾灯是利用了全反射现象制成的；海市蜃楼、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈现的自然现象．教具教学过程备注一．引入上节课学习了光的折射现象，知道了光的折射定律，那么由光的可逆性当光从折射率较大的介质射向折射率较小的介质时会发生什么现象？二．新课教学1．光密介质和光疏介质．对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即折射率较大的介质，叫光密介质，而光在其中传播速度较大的介质，即折射率较小的介质叫光疏介质，光疏介质和光密介质是相对的．例如：水、空气和玻璃三种物质相比较，水对空气来说是光密介质，而水对玻璃来说是空气介质1θ1空气介质1NNOON/N/AABθ1θ2θ3θ2θ3＞n1n2＜介质1相对介质2是光疏介质介质1与介质2相对空气都是光密介质67光疏介质，根据折射定律可知，光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水)，折射角小于入射角；光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)，折射角大于入射角．2．全反射现象．既然光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，如果入射角再增大，会出现什么情况呢？光由光密介质射入光疏介质时，同时发生反射和折射，折射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越来越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射．光传播到两种介质的界面上时，通常要同时发生反射和折射现象，若满足了某种条件，光线不再发生折射现象，而全部返回到原