1、卓爾教育個(gè)性化輔導(dǎo)授課案 學(xué)員編號(hào)： 年 級(jí)：高三 學(xué)員姓名： 輔導(dǎo)科目 物理 第 6 課時(shí) 課 題 高中部分 第十七講：光的傳播及其本性 教學(xué)目標(biāo)1光的反射定律 2光疏介質(zhì)和光密介質(zhì) 3凸、凹透鏡 4透鏡成像公式 4波的干涉與衍射現(xiàn)象 5波粒二象性及物質(zhì)波 重點(diǎn)、難點(diǎn)波的干涉與衍射現(xiàn)象的理解教學(xué)內(nèi)容一、 光源和光的直線性光的直線傳播 1、幾個(gè)概念光源：能夠發(fā)光的物體點(diǎn)光源：忽略發(fā)光體的大小和形狀，保留它的發(fā)光性。（力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，理想化）光能：光是一種能量，光能可以和其他形式的能量相互轉(zhuǎn)化（使被照物體溫度升高，使底片感光、熱水器電燈、蠟燭、太陽(yáng)萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)、光電池）光線：用來(lái)表示光束的有向直

2、線叫做光線，直線的方向表示光束的傳播方向，光線實(shí)際上不存在，它是細(xì)光束的抽象說(shuō)法。（類比：磁感線 電場(chǎng)線）實(shí)像和虛像點(diǎn)光源發(fā)出的同心光束被反射鏡反射或被透射鏡折射后，若能會(huì)聚在一點(diǎn)，則該會(huì)聚點(diǎn)稱為實(shí)像點(diǎn)；若被反射鏡反射或被透射鏡折射后光束仍是發(fā)散的，但這光束的反向延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，則該點(diǎn)稱為虛像點(diǎn)實(shí)像點(diǎn)構(gòu)成的集合稱為實(shí)像，實(shí)像可以用光屏接收，也可以用肉眼直接觀察；虛像不能用光屏接收，只能用肉眼觀察2光在同一種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的lSAhxvt注意前提條件：在同一種介質(zhì)中，而且是均勻介質(zhì)。否則，可能發(fā)生偏折。如光從空氣斜射入水中（不是同一種介質(zhì)）；“海市蜃樓”現(xiàn)象（介質(zhì)不均勻）。點(diǎn)評(píng)：光的直線

3、傳播是一個(gè)近似的規(guī)律。當(dāng)障礙物或孔的尺寸和波長(zhǎng)可以比擬或者比波長(zhǎng)小時(shí)，將發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光線將可能偏離原來(lái)的傳播方向。二、反射定律反射定律光射到兩種介質(zhì)的界面上后返回原介質(zhì)時(shí)，其傳播規(guī)律遵循反射定律反射定律的基本內(nèi)容包含如下三個(gè)要點(diǎn)： 反射光線、法線、入射光線共面； 反射光線與入射光線分居法線兩側(cè)； 反射角等于入射角，即2平面鏡成像的特點(diǎn)平面鏡成的像是正立等大的虛像，像與物關(guān)于鏡面對(duì)稱3光路圖作法根據(jù)成像的特點(diǎn)，在作光路圖時(shí)，可以先畫像，后補(bǔ)畫光路圖。4充分利用光路可逆在平面鏡的計(jì)算和作圖中要充分利用光路可逆。（眼睛在某點(diǎn)A通過(guò)平面鏡所能看到的范圍和在A點(diǎn)放一個(gè)點(diǎn)光源，該點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)平

4、面鏡反射后照亮的范圍是完全相同的。）SS /M NP Q5利用邊緣光線作圖確定范圍三、折射與折射率折射定律 (荷蘭 斯涅爾)ir光射到兩種介質(zhì)的界面上后從第一種介質(zhì)進(jìn)入第二種介質(zhì)時(shí)，其傳播規(guī)律遵循折射定律折射定律的基本內(nèi)容包含如下三個(gè)要點(diǎn)： 折射光線、法線、入射光線共面； 折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)； 入射角的正弦與折射角的正弦之比等于常數(shù)，即折射定律的各種表達(dá)形式： (1為入、折射角中的較大者，C為全反射時(shí)的臨界角。)折射光路是可逆的。n1介質(zhì)確定，n確定。（空氣1.00028 水n1.33 酒精n1.6）（不以密度為標(biāo)準(zhǔn)）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)（1）與密度不同(2)相對(duì)性 （3）n大角小，

5、n小角大一、 全反射和色散全反射現(xiàn)象（1）現(xiàn)象：光從光密介質(zhì)進(jìn)入到光速介質(zhì)中時(shí)，隨著入射角的增加，折射光線遠(yuǎn)離法線，強(qiáng)度越來(lái)越弱，但是反射光線在遠(yuǎn)離法線的同時(shí)強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)，當(dāng)折射角達(dá)到90度時(shí)，折射光線認(rèn)為全部消失，只剩下反射光線全反射。（2）條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)； 入射角達(dá)到臨界角，即（3）臨界角: 折射角為900（發(fā)生全發(fā)射）時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角,色散光的折射和色散 一束白光經(jīng)過(guò)三棱鏡折射后形式色散，構(gòu)成紅橙黃綠藍(lán)靛紫的七條彩色光帶，形成光譜。紅紫光譜的產(chǎn)生表明白光是由各種單色光組成的復(fù)色光，各種單色光的偏轉(zhuǎn)角度不同。 紅 紫偏轉(zhuǎn)角 小 大折射率n 小 大同介質(zhì)速率v 大 小頻率 小

6、大波長(zhǎng) 大 小玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線從上表面入射，從下表面射出時(shí)，其特點(diǎn)是：射出光線和入射光線平行；各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；射出光線的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)；可利用玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率。全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當(dāng)?shù)娜肷潼c(diǎn)，可以使入射光線經(jīng)過(guò)全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90o（右圖1）或180o（右圖2）。要特別注意兩種用法中光線在哪個(gè)表面發(fā)生全反射。五、透鏡成像和光速儀器的成像原理六、干涉、衍射和偏振光的雙縫干涉證明光是一種波1、 實(shí)驗(yàn) 1801年，（英）托馬斯·楊 單色光 單孔屏 雙孔屏 接收屏

7、2、現(xiàn)象（1） 接收屏上看到明暗相間的等寬等距條紋。中央亮條紋（2） 波長(zhǎng)越大，條紋越寬（3） 如果用復(fù)色光（白），出現(xiàn)彩色條紋。中央復(fù)色（白）原因：相干光源在屏上疊加（加強(qiáng)或減弱）3、 小孔的作用：產(chǎn)生同頻率的光雙孔的作用：產(chǎn)生相干光源（頻率相同，步調(diào)一致，兩小孔出來(lái)的光是完全相同的。）4、 條紋的亮暗 L2L1=（2K+1）/ 2 弱 L2L1=2K*/ 2 =K 強(qiáng)5、 條紋間距波長(zhǎng) X = L / d波長(zhǎng) 雙縫到屏的距離 雙縫距離6、 1 m = 10 9nm 1 m = 10 10 A 光的衍射光是一種波1、實(shí)驗(yàn) a 單縫衍射b 小孔衍射光繞過(guò)直線路徑到障礙物的陰影里去的現(xiàn)象，稱光的

8、衍射，其條紋稱衍射條紋2、條紋的特點(diǎn)：條紋寬度不相同，正中央是亮條紋，最寬最亮，若復(fù)色光（白），彩色條紋，中央復(fù)色（白）3、泊送亮斑（法）菲涅爾理論 泊松數(shù)學(xué)推導(dǎo)4、光的直線傳播是近似規(guī)律 光的偏振光的偏振也證明了光是一種波，而且是橫波。各種電磁波中電場(chǎng)E的方向、磁場(chǎng)B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。光波的感光作用和生理作用主要是由電場(chǎng)強(qiáng)度E引起的，將E的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。自然光。太陽(yáng)、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。偏振光。自然光通過(guò)偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個(gè)特定的方向振動(dòng)，

9、叫偏振光。自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好是90°，這時(shí)，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直。我們通常看到的絕大多數(shù)光都是偏振光。七、光的電磁說(shuō)、光電效應(yīng)、光的波粒二象性和物質(zhì)波光的電磁說(shuō)麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的傳播速度相同，提出光在本質(zhì)上是一種電磁波，這就是光的電磁說(shuō)，赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了光的電磁說(shuō)的正確性。1、電磁波譜：波長(zhǎng)從大到小排列順序?yàn)椋簾o(wú)線電波、紅外線（一切物體都放出紅外線，1800年，英國(guó) 赫謝爾 ）、可見光、紫外線（一切高溫物體，如太陽(yáng)、弧光燈發(fā)出的光都含有紫外線，1801年， 德國(guó) 里特）、X射線（

10、高速電子流照射到任何固體上都會(huì)產(chǎn)生x射線，1895年，德國(guó) 倫琴，）、射線。各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個(gè)波段間都有重疊。各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理分別是：無(wú)線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。2、各種電磁波的產(chǎn)生、特性及應(yīng)用。電磁波產(chǎn)生機(jī)理特 性應(yīng) 用無(wú)線電波LC電路中的周期性振蕩波動(dòng)性強(qiáng)無(wú)線技術(shù)紅外線原子的最外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的熱作用顯著，衍射性強(qiáng)加熱、高空攝影、紅外遙感可見光引起視覺產(chǎn)生色彩效應(yīng)照明、攝影、光合作用紫外線化學(xué)、生理作用顯著、能產(chǎn)生熒光

11、效應(yīng)日光燈、醫(yī)療上殺菌消毒、治療皮膚病、軟骨病等倫琴射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的穿透本領(lǐng)很大醫(yī)療透視、工業(yè)探傷射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生的穿透本領(lǐng)最強(qiáng)探傷；電離作用；對(duì)生物組織的物理、化學(xué)作用；醫(yī)療上殺菌消毒；3、實(shí)驗(yàn)證明：物體輻射出的電磁波中輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)m和物體溫度T之間滿足關(guān)系m  T = b（b為常數(shù)）。可見高溫物體輻射出的電磁波頻率較高。在宇宙學(xué)中，可以根據(jù)接收到的恒星發(fā)出的光的頻率，分析其表面溫度。光電效應(yīng)在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。（右圖裝置中，用弧光燈照射鋅版，有電子從鋅版表面飛出，使原來(lái)不帶電的驗(yàn)電器帶正電。）光效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。（1）光電

12、效應(yīng)的規(guī)律各種金屬都存在極限頻率0，只有0才能發(fā)生光電效應(yīng)；光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入光的頻率增大而增大；當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入光的強(qiáng)度成正比；瞬時(shí)性（光電子的產(chǎn)生不超過(guò)10-9s）。（2）光子說(shuō)、普朗克量子理論電磁波的發(fā)射和接收是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫能量子或量子，每一份的能量是Eh ，h6.63×10 34 J·s，稱為普朗克常量。愛因斯坦光子說(shuō)光的發(fā)射、傳播、接收是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子。其能量Eh 。解釋：一對(duì)一，不積累，能量守恒， 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 E=h ：Ek= h - W（Ek是光電子

13、的最大初動(dòng)能；W是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。）（3）光電管陰極K陽(yáng)極A玻璃泡（堿金屬） 光的波粒二象性1光的波粒二象性人們無(wú)法用其中一種觀點(diǎn)把光的所有現(xiàn)象解釋清楚，只能認(rèn)為光具有波粒二象性，但不能把它看成宏觀經(jīng)典的波和粒子。減小窄縫的寬度，減弱光的強(qiáng)度，使光子一個(gè)一個(gè)的通過(guò)，到達(dá)接收屏的底片上。若暴光時(shí)間短，底片上是不規(guī)則的亮點(diǎn)，若暴光時(shí)間長(zhǎng)，底片上是條紋干涉、衍射和偏振以無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子；因此現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為：光具有波粒二象性。2正確理解波粒二象性波粒二象性中所說(shuō)的波是一種概率波，對(duì)大量光子才

14、有意義。波粒二象性中所說(shuō)的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量。個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性。高的光子容易表現(xiàn)出粒子性；低的光子容易表現(xiàn)出波動(dòng)性。光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性。由光子的能量E=h，光子的動(dòng)量表示式也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長(zhǎng)。由以上兩式和波速公式c=還可以得出：E = p c。物質(zhì)波（德布羅意波）由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)=。八、激光的特性及其應(yīng)用激光（1）方向性好激光束的光線平行度極好，從地面上發(fā)射的一束極細(xì)的激光束，到達(dá)月