13897几何光学光的直线传播光的反射和折射.docx

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13897几何光学光的直线传播光的反射和折射

课时授课计划授课日期02年3月4日星期一

课题

几何光学—光的直线传播、光的反射和折射（第一课时）

课时

教学

目标

（1）记住光的三种现象并理解光的折射和反射定律。

（2）理解介质折射率的概念。

（3）能灵活运用有关规律分析求解相关问题。

课时教学重难点

教学媒体准备

时间

教师活动设计

学生活动

本章复习可分为：

光的五种现象及规律、四种光学仪器对光线的作用、光路图分析、成像分析、专题。

一、光的直线传播：

光在同一种均匀介质中沿直线传播（介质、光线的概念）

光的直线传播的应用：

（1）影的形成—半影和本影：

点光源只能形成本影；面光源会形成本影和半影。

（2）日食和月食的形成：

日食：

太阳、地球、月球在同一直线上，月球在中间，如图

月食：

太阳、地球、月球在同一直线上，地球在中间，如图

例1、假设站在赤道上某地的人，恰能在日落后4h的时候，观察到一颗自己头顶上空被阳光照亮的人造地球卫星。

若该卫星是在赤道所在平面内作圆周运动，又已知地球同步卫星绕地球运行的轨道半径约为地球半径的6.0倍，求此人造地球卫星绕地球运行的周期？

例2、古希腊某地理学家长期观察发现6月21日正午时刻，在北半球A城阳光与地面垂直方向成7.50角下射，在A城正南方L的B城，阳光恰好沿垂直于地球表面的方向下射，射到地球表面的太阳光可视为平行光。

椐此估算出地球半径的表达式为。

二、光的反射：

一束光照射到界面上时。

（入射光线、反射光线、法线、反射面、入射点、入射角、反射角的概念要分清）

（1）两种反射：

（2）反射定律：

例3：

在水平地面上有一点光源S，被一不透明的罩遮住，在罩的正上放开一小孔，一束光通过此小孔竖直照射到距地面高3m的水平放置的平面镜上。

若平面镜绕水平轴O开始顺时针匀速转动，在0.1S时间内转过300角，那么由镜面反射到水平面上的光斑，在0.1s末沿地面移动的速度多大？

此时光斑位置离光源S有多远？

在这0.1s内光斑在水平地面上移动的平均速度是多大？

例4、如图所示，激光液面控制仪得原理是：

固定一束激光AO以入射角I照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光信号变成电信号，电信号输入控制系统用以控制液面高度。

如果发现光点在屏上向右距离为s的C点，则可知液面降低了。

三、光的折射：

光从一种介质进入另一种介质时（折射光线、折射角的概念）

（1）介质的折射率n：

某种介质的折射率等于当光线从真空进入这种介质时入射角的正弦与折射角正弦之比。

故折射率恒大于1。

（n=c/v）

（2）光密和光疏介质：

当光线从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；当光线从光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角。

（3）折射定律：

例5、作出示意图说明为什么我们看到的天体（日、月、星）比实际位置高？

例6、作出示意图说明海市蜃楼的产生原因，并比较沙漠和海平面上产生的两种海市蜃楼有和区别？

为什么？

例7、地球与太阳的距离比地球半径大得多，假设地球表面不存在大气层，则太阳照亮地球得范围与实际存在大气层得情况相比（不考虑大气层变化）：

A、假设得情况大些B、假设得情况小些C、两者一样大

D、早晚照到得范围小，中午照到得范围大

例8、已知水的折射率为4/3。

某水库管理员欲测水库的深度，该水库底平坦，水边有棵大树。

他站在水边往下看，看到头顶正上方的树枝A点的倒影与水库底重合，再用尺量出A点高3m，则水深为多少？

例9、在两面平行的玻璃板的一面又一滴墨水的痕迹。

一观察者在玻璃板的另一面，垂直玻璃表面观察到痕迹的像离痕迹的距离为3mm，如果这种玻璃的折射率为1.6，通过计算可知该玻璃板的厚度是多少？

指出月球的本影区和半影区，并指出在哪些区域的人看到的是日全食、日偏食、日环食。

同上

课时授课计划授课日期02年3月6日星期三

课题

几何光学—全反射、色散（第2课时）

课时

教学

目标

（1）知道全反射和色散现象，理解产生的原因。

（2）记住并理解临界角的概念以及产生全反射的条件，能灵活运用有关规律分析全反射问题。

（3）记住并理解色散的原因和规律，能灵活分析有关色散问题。

课时教学重难点

`

教学媒体准备

时间

教师活动设计

学生活动

一、全反射：

当光线从光密介质射到光疏介质时，如果入射角大于或等于某个角时，折射光线将消失，只会产生反射。

（1）临界角的概念：

折射角等于900时的入射角

sinC=1/n=v/c。

（2）规律：

（a）发生全反射的条件：

（b）在全反射发生之前，随着入射角的增大，

反射光线减弱，折射光线增强。

例1如图所示，光线能由空气射入平行玻璃板。

若AC、BD两个端面与AB、CD两个端面相垂直，入射点O的位置不变，无论入射光线的方向如何变化，则：

A、在AB分界面上都不可能出现全反射

B、在CD分界面上的光线不可能出现全反射

C、在BD分界面上可能出现全反射

D、在BD分界面上不可能出现全反射

例2半径为R的玻璃半圆柱的横截面如图所示，O为圆心，光线沿半径方向从A点射入后恰在O点发生全反射，AO与底MN夹角为600。

跟光线Ⅰ平行的光线Ⅱ从最高点B射入后折射到MN上的C点，求OC的长。

例3、已知全反射棱镜由玻璃（玻璃的临界角420）制成，试完成下列4种情况下的入射光线经棱镜再射入空气的光路图。

例4如图所示，潜水员再水中抬头仰望，由于光线在空气和水的界面上反射，他能看见河底的物体。

如果水深H，人仰望时眼睛距河底高h，水的临界角为C，试求潜水员能较清楚地看到水底物体与潜水员间的最短水平距离为多大？

二、色散现象：

复色光通过折射后（如三棱镜等光学元件），形成彩色光带的现象。

（1）色散现象产生的原因：

各种频率的单色光在同一种介质中的传播速度不同，既对同一种介质不同频率的单色光的折射率不同。

（2）规律：

（a）随着频率的的增大，各种单色光在同一种介质中的传播速度增大，波长减少，折射率增大。

（通常所说的折射率是对黄光而言）

（b）n=c/v=λ0/λ（光从一种介质进入另一种介质时频率不变）

例5虹霓是由空中的水滴对日光的折射、色散、全反射的综合效果所形成的。

通常可看到两道弓形彩带，里面一道叫虹，比较明亮，外面一道叫霓，比较暗淡，如图甲所示。

（1）虹是阳光在水滴内经二次折射，一次全反射形成的，如图乙所示，从内到外色序的排列是：

。

（2）霓是阳光在水滴内经二次折射、二次全反射形成的，如图丙所示，从内到外色序的排列是。

例6在水底同一深度并排放置四个大小相同、颜色不同的球。

如从水面上方垂直俯视四只小球，感觉最深的球是：

A、紫色球B、蓝色球C、黄色球D、红色球

例7如图所示，一束白光通过三棱镜色散，在光屏上形成光谱，由图可知：

A单色光a和b在玻璃三棱镜传播时a光的速度大于b光的速度。

B单色光a中光子的能量小于b中光子的能量

C逐渐减小入射角I，光屏上最先消失的是单色光a

D逐渐减小入射角I，光屏上最先消失的是单色光b

例8如图所示，玻璃对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2，一束很细的白光由棱镜的一个侧面AB垂直入射，从另一个侧面AC射出。

已知棱镜顶角A=300，AC边平行于光屏MN，且与光屏的距离为L，求在光屏MN上得到的可见光光谱的宽度d。

例9、如图所示，宽度为a的平行光束从空气斜向入射到两面平行的玻璃板上表面，入射角为450，光束中包含两种波长的光，玻璃对这两种波长的光的折射率分别为n1=1.51，n2=1.732。

（1）求每种波长的光射入玻璃板上表面后的折射角。

（2）为了使光从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的厚度至少为多少？

要求画出光路示意图。

课时授课计划授课日期02年3月7日星期四

课题

几何光学—四种光学仪器（第一课时）

课时

教学

目标

（1）知道并理解四种光学仪器对光线的作用。

（2）知道画光路图的要求。

（3）能灵活运用几条特殊光线解决相关的光路图。

课时教学重难点

教学媒体准备

时间

教师活动设计

学生活动

每课一练P153

（2）

每课一练P153（3）

每课一练P159（6）

每课一练P161（1、2、3、4、5）

每课一练P163

（1）

一、平面镜对光线的作用：

通过平面镜反射，不能改变光束的性质，只能改变光线的传播方向。

（1）确定反射光线的根据：

（1）反射定律；

（2）从某点发出的入射光线经平面镜反射后所有的反射光线反向延长均通过像点。

例1如图所示，有点光源A、平面镜MN，定点B。

已知自A点发出的某条光线经MN反射后，反射光线通过B点，试作出表示这一情况的光路图。

例2如图所示A为观察者，BC为障碍物，D为与地面平行的平面镜，此二者位置不变。

用三角板画出通过平面镜能看到BC后面区域的光路图。

例3如图所示将平面镜垂直放置在凸透镜的主光轴上，并和凸透镜相距为d，将一束平行于主轴的光束射向透镜，光束通过透镜折射后再经过平面镜反射会聚于两镜的中点G，则此凸透镜的焦距为。

（2）各种平面镜的组合：

如潜望镜、互成直角的两平面镜的组合等。

二、凹面镜和凸面镜对光线的作用：

凹面镜对光线起会聚作用；凸面镜对光线起发散作用。

确定反射光线的根据：

（1）反射定律（要注意法线）；

（2）平行于光轴的光线经反射后通过焦点（反向延长通过焦点）。

三、棱镜（三棱镜）对光线的作用：

若棱镜材料折射率大于周围介质折射率，经折射后向底边偏折；棱镜材料折射率小于周围介质折射率，经折射后向顶角偏折。

平行玻璃板不改

变光线的传播方向，但要使光线发生侧移。

例4图中L为一长焦距凸透镜，点光源S位于主光轴上，右侧不插入玻璃板时，它将成像在P处。

先在P与L之间插入一块平行玻璃板（板面与主光轴垂直），则成像位置将向

移动。

四、透镜（薄透镜）对光线作用：

凸透镜对光线起会聚作用；凹透镜对光线作用起发散作用。

（1）三条特殊光线：

（2）作透镜光路图的根据：

（a）灵活运用三条特殊光线。

（b）从同一点发出的入射光线经透镜折射后，所有折射光线均通过其像点。

（c）光路可逆原理

例5．完成下列光路图。

例6如图所示，两束单色光a、b相互平行地射到凸透镜上，经凸透镜折射后均平行于主光轴射出，则这两束色光相比：

A透镜对这两种色光的折射率相同

B这两种色光在透镜中的波长相等

C色光a在透镜中的速度较大

D色光b光子的能量较大

偏折角与什么因数有关？

侧移量与什么因数有关？

教

后

录

课时授课计划授课日期02年3月8日星期五

课题

几何光学—平面镜、透镜成像（第四课时）

课时教学目标

课时教学重难点

教学媒体准备

时间

教师活动设计

学生活动

同步

P332

（2）

同步P332（4）

同步P333（5）

同步P348

（1）

同步P348

（2）

一、平面镜成像

成像特点：

等大、正立、等距的虚象（物像关于平面镜对称）

例1一点光源S放在平面镜前，平面镜不动，如图所示，若S以速度v沿SO方向向左平动，则光源S在镜中的像将：

A以速率2v平行于OS向右运动

B以速度v垂直于OS向下运动

C以速率v沿镜面垂直的方向向S运动

D以速度v向O点运动

例2上题中，若物不动，平面镜沿OS方向向右运动呢？

例3上题中，若物不动，平面镜在OS方向上做振幅为A的简谐运动呢？

例4将两个平面镜如图所示放置，那么经二次反射后人眼看到的物体的像，应该是：

A与物体左右位置对调的像B实像

C正立的虚象D倒立的虚象

例5一点光源S经平面镜M成像S1，人眼在P点可以观察到S1，如图所示，今在S、M间放一不大的遮光板N，则：

A、S不能在M中成像B、S仍能在M中成像

C、人眼观察到的S1的亮度将变小

D、人眼观察到的S1的亮度不变

二凸面镜和凹面镜成像：

三、透镜成像：

特点

（1）实像总是倒立的，虚象总是正立的。

（2）实像总是分居在透镜两侧，虚象总是在透镜同侧

（3）在凸透镜成像中，2f是放大、缩小的分界点，f是实像、虚象的分界点。

（4）像距、物距之间的关系：

1/U+1/V=1/f（注意符号规定）（5）在凸透镜成实像时随着物距减小，像距增大，但物像

之间的最短距离为4f，在U＞2f时V物＞V像；在U＜2f时V物＜V像。

在凹透镜成虚象时，随着物距减小，像距也减小，且V物＞V像。

（6）放大率m=像长/物长=f/（U-f）

规律：

凸透镜

凹透镜

像距范围

像的性质

像距

像

物

距

U＞2f

2f＜V＞f

缩小倒立异侧实像

V＜f

缩小

正立

同侧

虚象

U=2f

V=2f

等大倒立异侧实像

2f＜U＞f

V＞2f

放大倒立异侧实像

U＜f

像在物的后方

放大正立同侧虚象

例5如图所示在凸透镜左侧2倍焦距处放一发光点S，若使透镜绕其光心位置旋转一个微小角度，则发光点的像的位置：

A不变B沿原主光轴靠近光心O移动

C沿原主光轴远离光心O移动D偏离原来的主光轴

例6一发光物体置于凸透镜一侧焦点F以外，在另一侧光屏上得到一个清晰的像，下列说法中正确的是：

A、如果将透镜的边缘部分遮住，则只能得到该物体比原来小的像。

B如果透镜中心部分被遮住，所得得像大小不变，但中心没有部分。

C如果用被打碎一部分得透镜，仍可得到物体完整得像，只是整个像都变得暗淡些。

D如果将所用透镜得圆形镜片沿其直径一分为二，并拉开一小段距离，则所得得像整体轮廓、位置不变，只是中间部分变亮。

例7物体沿凸透镜主光轴由离透镜极远处向光心匀速靠近过程中，关于像的运动：

A像与物均做匀速运动但速率不同

B像的运动是先加速后减速C像的运动是先减速后加速

D像的运动是先减速后加速，最后再减速

教

后

录

1一发光点位于离凸透镜一倍焦距以外不在主光轴上的某个位置，并沿着平行于主光轴向远离凸透镜的方向运动，该发光点的像的轨迹：

A是一段直线，这条直线通过焦点B是一段直线，这条直线不通过焦点

C是一段曲线，这条曲线通过焦点D是一段曲线，这条曲线不通过焦点

2、关于实像和虚象，下列说法正确的是：

A虚象能用眼睛直接观察，但不能呈现在屏上B实像和虚象都能用照相机拍摄

C实像能呈现在屏上但不能用眼睛直接观察D实像或虚象都能用眼睛直接观察

3、一发光点S位于凸透镜的主轴上，可以得到一放大的实像，若在S和透镜之间垂直于主轴放置一面平行的玻璃砖如图所示，那么关于S的像的变化情况的说法中，哪些是不可能的：

A变为一个缩小的实像B变成一个虚象

C可能不在成像D变为一个放大倍数更大的实像

4将一个物体放在离透镜20cm处，当它向外移动时，其倒立的像移动速度小于物体的移动速度，可见此透镜是，焦距f10cm。

5在物距一定的情况下，凸透镜：

A成实像时，焦距越短放大率越大B成实像时，焦距越长放大率越大

C成虚象时，焦距越短放大率越大D成虚象时，焦距越长放大率越大

6当物体从无穷远移近凸透镜时，下列说法中正确的是：

A只有当凸透镜成放大的实像时，像的移动速度才大于物体移动速度

B只有当凸透镜成虚象时，像的移动速度才大于物体移动速度

C只要凸透镜成像，像的移动速度就大于物体移动速度

D只有当凸透镜成放大的像，像的移动速度就一定大于物体移动速度

7、有一物体由光心附近开始沿主轴方向向远离透镜方向移动，物像之间的距离变化情况：

A先增大后减小B先减小后增大

C先减小后增大，再减小D先增大后减小，再增大]

课时授课计划授课日期02年3月11日星期一

课题

几何光学—目域与视场（第四课时）

课时

教学

目标

1、清楚目域和视场的区别，掌握确定视场和目域的方法和作图的基本顺序

2、知道画光路图的要求，能比较规范地作图。

课时教学重难点

教学媒

体准备

时间

教师活动设计

学生活动

每课一练P1538

一、目域：

指眼睛处于那个范围内，能看到物体的像。

例1、如图所示，试作出通过平面镜看到AB全身像的范围。

例2如图所示，QM为一水平放置的平面镜，AB为镜上方的一支短尺，PQ为一条跟平面镜垂直的竖线，由于平面镜上某区间贴着不透光的纸，使人眼于竖线的S和K之间均不能通过平面镜看到短尺。

请用作图法找到平面镜上的这一区间。

例3如图所示，S为点光源，置于焦点F内侧，试用作图法确定看到S经凹透镜所成的像的范围。

例4、某同学做凸透镜成像实验，观察到烛焰在光屏上呈倒立等大的实像，现撤去光屏，请用作图法画出能观察到全身像的范围和既能观察到像又能观察到物体的范围。

二、视场：

指眼睛固定时通过光学元件能看到得范围。

例5、如图所示，AB为窗户，平面镜悬挂在室内MN位置上，人在P处观察，为了看到窗外景物得的范围不受平面镜大小的限制，试用作图法求出平面镜应有的最小长度。

每课一练P1537

每课一练P1549

同步P3569

例6、如图所示，木板MN下方悬挂一刻度尺AB，木板左方竖直一平面镜PQ，人眼在木板上方的C点，通过平面镜看到刻度尺的像。

试画出人眼所看到的像对应于刻度尺的哪一部分？

例7如图所示，AB表示一水平的平面镜，P是水平放置的刻度尺，有刻度的一面朝着平面镜，MN是屏，三者互相平行，屏MN上的a、b表示一条竖直的缝（即a、b之间是透光的）。

某人眼睛紧贴米尺上的小孔S（位置见图），可通过平面镜看到米尺的一部分刻度。

试用三角板在图中求出可看到的部位，并在P上用斜线将这一部分涂上标志。

例8、如图所示一根长为L的直薄木板AB上有两个观察小孔，观察孔间距为d，d恰好是一个人两眼间的宽度。

当木条竖直放置时，此人通过观察孔看见此木条在同它平行的平面镜MN里完整的像。

（1）选用的平面镜MN的宽度至少是多少长？

（2）画出光路图。

例9、如图所示，PQ是凹透镜，AB是刻度尺，刻度尺垂直于主光轴放置，S是眼睛所处的位置，用作图法求出眼睛所能观察到的刻度尺的范围，并在尺子上标出。

教

后

录