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光习题课教案

来源:尚佳旅游分享网

第十三章   

   

教学目标:

1.知识目标

通过例题的讲解,使学生对本章的基本概念和基本规律有进一步地理解,并能熟练应用本章知识分析解决物理问题。

2.能力目标

在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上,能够分析和解决一些实际问题。

3.物理方法教育目标

通过复习,培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力,学习一定的研究问题的科学方法。

复习重点:

对物理概念的深刻含义、对物理概念的综合性运用

教学方法:

复习提问,讲练结合,学案导学

教具

投影片,学案

教学过程

一、本章知识脉络

 

 

 

二、本章要点追踪及典题例析

(一)光的折射:光从一种介质进入另一种介质并改变了传播方向的现象。

1.光的折射定律:折射光线在入射光线和法线决定的平面内,且分居在法线的两侧,入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

2.在折射现象中光路可逆。

3.介质的折射率:n== (对应光从真空进入介质)

1)任何介质的折射率均大于1

2n由介质本身的特性及光的频率决定。同种介质对不同频率的光,由于v不同,n就不同,对白光,v最大, n最小,所以出现色散现象,当光从一种介质进入另一种介质时f不变,v变。

3)实验:测定玻璃的折射率

【例1】安全门上的观察孔,直径d=4 cm,门的厚度L=3.4 cm,为了扩大向外观察的范围,在孔中嵌入折射率为的圆柱形玻璃,圆柱体轴线与门面垂直,如图所示。从圆柱底面中心看出去,可以看到的门外入射光线与轴线间的夹角称做视场角。求:嵌入玻璃后的视场角。

解析:由题中给出的视场角的定义,作出如图所示的光路,则图中θ角即为视场角。

由折射率公式得,由几何关系得

联立解得,所以视场角为60°

【例2】某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器。如图7所示,在一个圆盘上,过其圆心O做两条互相垂直的直径BCEF。在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1P2并保持P1P2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使夜面与直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1P2的像。同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可以直接读出液体折射率的值。

1)在用此仪器测量液体的折射率时,下列说法正确的是_____________ (填字母代号)

A.大头针P3插在M位置时液体的折射率值大于插在N位置时液体的折射率值

B.大头针P3插在M位置时液体的折射率值小于插在N位置时液体的折射率值

C.对于任何液体,在KC部分都能观察到大头针P1P2的像

D.可能有一种液体,在KC部分观察不到大头针P1P2的像

2)若AOF=30°OP3OC的夹角为30°,则液体的折射率为         

答案:(1BD2

(二)光的干涉和衍射

1.双缝干涉

产生稳定干涉的条件:两光源发出的光频率相同,相位差恒定

现象:屏上出现明暗相间的条纹

分析:路程差Δr=2k+1· k=0123…)暗纹

Δr=2k·k=0123…)亮纹

相邻亮条纹间距:与单色光波长成正比,公式Δx=λ

应用:用双缝干涉测光波的波长。

【例3】在双缝实验中,双缝到光屏上P点的距离之差d=0.6 μm.若分别用频率为f1=5.0×1014 Hz和频率为f2=7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝,则P点出现条纹的情况是

A.用频率为f1的单色光照射时,P点出现明条纹

B.用频率为f2的单色光照射时,P点出现明条纹

C.用频率为f1的单色光照射时,P点出现暗条纹

D.用频率为f2的单色光照射时,P点出现暗条纹

解析:本题主要考查学生对双缝干涉规律的理解和应用。

根据波的叠加规律,P点出现条纹的情况决定于路程差d与波长的关系。由c=f知两种单色光的波长分别为:

1== m=0.6 μm

2== m=0.4 μmd=0.6 μm比较得:d=1=2

答案:AD

【例4】用双缝干涉测光的波长。实验装置如图144(甲)所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100mm,双缝与屏的距离L2=700mm,双缝间距d=0.25mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图14-4(乙)所示),记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数。

1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图14-4(丙)所示,则对准第1条时读数x1=_______mm、对准第4条时读数x2=_______mm

2)写出计算波长λ的表达式,λ=_________(用符号表示),λ=_____nm

 

 

 

 

 

解析:螺旋测微器读数特别注意半mm刻度线是否漏出。图(丙)中两个读数分别为2.190mm7.868mm。第一条与第四条之间有三个条纹间距的宽度,相邻条纹间的距离,由公式,可得=6.76m=676nm

答案:(12.1907.868 2676

2.薄膜干涉原理:利用薄膜前后表面反射光作为相干光波。

应用:检查平面平整程度。

3.光的衍射:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。

明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。

单缝衍射现象:明暗相间的条纹。条纹宽度和亮度不等,亮纹最宽最亮。

泊松亮斑:影子中心一个很小的亮斑

(三)光的颜色 色散

含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做色散。干涉、衍射、折射时都会发生色散。

色散现象表明:(1)白光是复色光;(2)当各种色光通过同一介质时,紫光的折射率最大,红光的折射率最小;(3)在同一介质中,红光的传播速度最大,紫光的传播速度最小。

折射率与波长之间的关系:波长越短,折射率越大。

(四)全反射

发生全反射的条件:(1)光从光密介质射向光疏介质(2)入射角大于临界角

临界角:光从光密介质射入光疏介质时,折射角为90°时的入射角。临界角C=arcsin

【例5】如图所示,将半圆形玻璃砖放在竖直面内,它左方有较大的光屏P,一光束SA总是射向圆心O,在光束SA绕圆心O逆时针转动过程中,在P上先看到七色光带,然后各色光陆续消失,则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是(    

A.红光紫光,红光     B.紫光红光,红光

C.红光紫光,紫光     D.紫光红光,紫光

解析:紫光折射角最大,最下面的是紫光,紫光也最容易发生全反射,因此,紫光最先消失。

答案:D

【例6】如图所示,在清澈平静的水底,抬头向上观察,会看到一个十分有趣的景象:

1)水面外的景物(蓝天、白云、树木、房屋)都呈现在顶角θ=97°的倒立圆锥底面的内;

2外是水底的镜像;

3边呈彩色,且七色的顺序为内紫外红。

试分析上述水下观天的奇异现象。

解析:水面外的景物射向水面的光线,凡入射角0≤θ190°的,都能折射入水中被人观察到(图a)。根据折射定律,在θ1=90°的临界条件下

n=,所以sinθ2===sinC

因为水的临界角C=48.5°,所以倒立圆锥的顶角为θ=2θ2=2C=97°

水底发出的光线,通过水面反射成虚像,也可以在水下观察到.但是由于内有很强的折射光,所以只有在外才能看到反射光(尤其是全反射光)造成的水底镜像(图b)。

光线从空气中折射入水中时,要发生色散现象:红光的折射率最小,偏向角最小;紫光的折射率最大,偏向角最大.因为眼睛感觉光线是沿直线传播的,所以从水中看到的彩色边,是内紫外红(图c)。

说明:本题所给的三种景象对应的三个不同的物理规律:折射、反射和色散.在简要解释物理现象时,首先要将现象和物理规律联系起来,要从规律入手,归纳总结出产生现象的原因。

(五)光的偏振  激光

1.光的偏振现象说明:光是一种横波。

2.激光是一种人工产生的相干光,具有高度的相干性,平行度非常好,亮度非常高等特点。应用:光纤通信、全息照像、控制核聚变等。

利用激光的这一特点可以用于等;激光的能够准确测量距离和速度;激光的,可以用于医疗上用做光刀进行手术。

【例7】利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度,从而测定含糖量。其原理是:偏振光通过糖的水溶液后,若迎着射来的光线看,偏振方向会以传播方向为轴线,旋转一个角度θ,这一角度称为旋光角θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较,就能确定被测样品的含糖量了。如图所示,S是自然光源,AB是偏振片,转动B,使到达O处的光最强,然后将被测样品P置于AB之间,则下列说法中正确的是:(  

A.到达O处光的强度会明显减弱

B.到达O处光的强度不会明显减弱

C.将偏振片B转动一个角度,使得O处光的强度最大,偏振片B转过的角度等于θ

D.将偏振片A转动一个角度,使得O处光的强度最大,偏振片A转过的角度等于θ

答案:ACD

【例8】激光散斑测速是一种崭新的测速技术,它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的散斑对相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离

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