现代光学制造技术课件.docx

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现代光学制造技术课件

现代光学制造技术课件

　　现代光学制造技术课件

　　光的折射

　　●教学目标

　　一、知识目标

　　1.了解光的折射的现象.

　　2.了解光从空气射入水中或其他介质中时的偏折规律.

　　3.了解光在发生折射时，光路的可逆性.

　　二、能力目标

　　1.通过观察，认识折射现象.

　　2.体验由折射引起的错觉.

　　三、德育目标

　　初步领略折射现象的美妙，获得对自然现象的热爱、亲近的情感.

　　●教学重点

　　知道光的折射规律.

　　●教学难点

　　解释简单的折射现象.

　　●教学方法

　　实验法、归纳法、讲练法.

　　●教学用具

　　演示用：

激光光源、光的折射演示装置、水槽.

　　学生用：

碗、筷子、茶杯、硬币、适量的水.

　　●课时安排

　　1课时

　　●教学过程

　　一、创设问题情境，引入新课

　　让学生做两个学生实验，激发学习兴趣.

　　〔学生实验1〕在碗中盛满水，把筷子斜插到碗的底部，从侧面斜视水面，会发现水中的筷子看上去好像向上弯折了.

　　〔学生实验2〕在空的茶杯里放一枚硬币，移动杯子，使眼睛刚刚看不到硬币，保持眼睛和杯子的位置不变，慢慢地向杯里倒水，随着水面的升高，观察者看到了硬币，还会发现硬币升高了.

　　上述实验中，学生能看见水中“弯折”的筷子和“升高”的硬币，是由于光在水和空气的界面上发生了一种光现象，这就是本节要学习的光的折射，由此引入新课.

　　二、新课教学

（一）光的折射

　　〔师〕我们已经学习了光的直线传播现象、反射现象.以及光在反射时所遵循的规律——光的反射定律.这些现象都是光在同种均匀介质中传播的现象.那么光从一种介质斜射入另一种介质时又将如何传播呢？

　　教师利用演示实验让学生观察光的折射现象.实验装置如图所示，其中圆形白色屏E（可用2cm厚木板刷上白油漆）边缘标有均匀刻度，中间开有长方形口，恰好将长方形玻璃容器放进去，容器中装适量的水，并在水中插有可转动的白色屏F（树脂板或塑料板），白色屏E和F可显示光束传播的路径.圆周上有一可移动的激光光源S（可用激光棒）.

　　〔师〕光从空气斜射入水中，传播方向是否改变呢？

　　〔生甲〕传播方向不改变，仍沿直线传播.

　　〔生乙〕传播方向要发生改变.

　　〔师〕光从空气斜射入水中，如果改变方向，是向介面偏折呢还是向法线偏折

　　〔生甲〕向介面偏折.

　　〔生乙〕向法线偏折.

　　〔师〕上面问题的回答谁对谁错呢？

下面我们用实验来验证一下.

　　〔演示1〕

　　使E、F在同一平面上，让光从空气斜射向水面.

　　〔现象〕光从空气斜射入水中，在空气中发生反射，同时在水面处改变方向进入水中，同时向法线偏折.

　　师生共同分析得出结论：

　　光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫光的折射.

（二）有关折射的几个专用名词

　　1.教师把刚才光的折射现象在黑板上画出光的折射光路图.

　　2.从图中介绍，什么是折射光线和折射角.为了防止学生把折射光线与界面的夹角误认为折射角，所以，要特别指出，折射角是折射光线与法线的夹角.

　　（三）光的折射规律

　　〔演示2〕使E、F在同一平面上，让光从空气斜射向水面，改变入射角，再做两次.

　　演示过程要让学生观察两点：

　　1.光从空气射入水中，入折角和折射角哪个大？

　　2.随着入射角的增大（减小）折射角将如何改变？

　　〔现象〕①光从空气斜射入水中，折射角小于入射角.

　　②折射角随着入射角的增大（减小）而增大（减小）.

　　〔演示3〕把白色屏F分别向前、向后折，让光以某一角度射向水面.

　　〔师〕大家能否看到水中的光线.

　　〔生〕看不见.

　　师生共同分析得出结论：

　　①折射光线、入射光线、法线位于同一平面内.

　　②折射光线、入射光线位于法线的两侧.

　　〔演示4〕让光垂直射向水面

　　〔师〕大家观察一下进入水中的光线沿什么方向前进？

　　〔生〕光沿直线传播，传播方向不变.

　　师生共同分析得出：

　　当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变.

　　〔师〕当光线垂直射向介质表面时，入射角和折射角各是多少度？

　　〔生〕当光线垂直射向介质表面时，入射角为0°,折射角也为0°.

　　〔师〕利用图提出问题：

如果让光线逆着折射光线的方向从水或其他介质射入空气中，光线是否沿原入射光线射出呢？

　　〔演示5〕

　　①先让光由空气射入水中，记下入射光线、入射点、折射光线的位置.

　　②再让光线逆着折射光线方向射入，观察光线是否逆着原入射光线方向射出.

　　教师演示，学生观察后师生共同分析得出结论：

　　在折射时光路是可逆的.

　　（四）用光的折射规律解释一些简单的现象

　　1.盛了水的碗，看上去好像变浅了

　　〔分析〕如图所示，从碗底S点发出的光线，由水进入空气时，在水面上会发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼逆着折射光线的方向看去，觉得这些光线好像是从它们反向延长线交点S′发出来的.S′就是S的虚像，S′比S与水面的距离近.所以，人看上去盛水的碗底好像变浅了.

　　2.放在杯底刚好看不见的小石头，加上水又会看得见.

　　〔分析〕在未加水之前的小石头S点，射入人眼的这部分光，被杯的边沿挡住如图甲所示，射向其他方向的光线，也没有射进人的眼睛，所以，人眼看不见小石头.当水加到一定程度时，S点从水射入空气时，在水面发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼.如图乙所示，人可以看见小石头，其实，人看到的只是小石头的虚像.

　　三、知识小结

　　通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：

　　1.光的折射现象.

　　2.光的折射规律.

　　3.用光的折射解释简单的光现象.

　　四、布置作业

　　1.复习本节课文.

　　2.P48动手动脑学物理①②③④.

　　3.预习第五节“看不见的光”.

　　五、板书设计

　　第四节光的折射

　　1.光的折射

　　光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化，这种现象叫光的折射.

　　2.光的折射规律

　　①折射光线与入射光线、法线在同一平面内.

　　②折射光线和入射光线分居法线两侧.

　　③折射角随着入射角的增大（减小）而增大（减小）.

　　④当光从空气斜射入其他透明介质时，入射角大于折射角；当光从其他透明介质斜射入空气时，入射角小于折射角.

　　⑤当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变.

　　⑥在折射时光路是可逆的.

　　3.解释现象

　　①池水变浅.

　　②硬币升高.

　　看不见的光

　　●教学目标

　　一、知识目标

　　1.初步了解太阳光谱和看不见的光.

　　2.初步认识红外线及其作用.

　　3.初步认识紫外线及其作用.

　　二、能力目标

　　1.通过观察，了解红外线、紫外线的作用.

　　2.通过收集、交流关于红外线、紫外线的资料，获得处理信息的方法.

　　三、德育目标

　　1.初步认识科学技术对社会发展和自然环境及人类生活的影响.

　　2.初步建立可持续发展的意识，有保护人类生存环境的意识.

　　●教学重点

　　1.红外线的作用.

　　2.紫外线的作用.

　　●教学难点

　　1.红外线的作用及应用.

　　2.紫外线的作用及应用.

　　●教学方法

　　阅读法、查找资料法、问答法.

　　●教学用具

　　有关红外线、紫外线的挂图、光碟.

　　●课时安排

　　0.5课时

　　●教学过程

　　一、复习提问，引入新课

　　〔师〕白色光是单色光还是复色光？

　　〔生〕白光是复色光.

　　〔师〕白光通过三棱镜后在光屏上形成一条粉带，自上而下分别是什么颜色的光？

　　〔生〕白光通过三棱镜后在光屏上形成一条彩带，自上而下是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.

　　〔师〕棱镜可以把太阳光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫几种不同颜色的光.把它们按这个顺序排列起来，就是光谱（spectrum）.此外，在红光之外是红外线，紫光之外是紫外线，这两种都是人眼看不见的光，今天我们一起来研究看不见的光——红外线、紫外线.

　　二、新课教学

（一）红外线

　　让学生阅读课文，然后回答以下问题：

　　〔师〕红外线有哪些特性？

　　〔生〕红外线的主要特性是它的热效应，一切物体都在不停地发射红外线.

　　〔师〕红外线有哪些应用？

　　〔生甲〕物体在温度升高时，它辐射的.红外线会大大增强.人体生病时，局部皮肤的温度异常，如果在照相机里装上对红外线敏感的胶片.给皮肤拍照并与健康人的照片对比，有助于对疾病做出判断.

　　〔生乙〕夜间人的体温比野外草木、岩石的温度高，人辐射的红外线比它们强，人们根据这个原理制成了红外线夜视仪.

　　〔生丙〕红外线还可用来进行遥控.如电视机遥控器的前端有一个发光二极管.按下不同的键时，可以发出不同的红外线，来实现电视机的遥控.

　　〔生丁〕利用红外线遥感技术可以在飞机或卫星上勘测地热.寻找水源、估计农作物的长势和收成等.

　　〔生戊〕利用红外线的热作用，可以加热物体、烘干油漆和谷物、进行医疗等.如市场上烤制鸡鸭等肉类食品的“远红外烤箱”.

　　教师对同学的回答给予充分的肯定后，为使学生获得真实、充实的学习信息.教师也可以补充以下材料：

　　红外线位于红光外，它的频率范围在1012Hz~5×1014Hz.一切物体都在不停地辐射红外线.物体的温度越高，辐射出的红外线越多.物体在辐射红外线的同时，也在吸收红外线.

　　红外线的主要特性是热作用强，各种物体吸收了红外线后温度升高.因此人们利用红外线来加热物品.工业上用红外线烘干汽车表面的喷漆，家庭用红外线箱烤食品，浴室用的浴室暖灯用红外线来取暖.医疗上利用红外线来理疗.

　　由于红外线穿透云雾的能力比较较强，利用灵敏的红外线探测器吸收物体发出的红外线，再利用电子仪器对吸收的信号进行处理，可以显示出物体的形状和特征，这就是红外遥感.利用红外遥感技术可以对地球勘测，寻找水源，监视森林水灾，估测大面积农作物的长势和收成，预测风暴和寒潮，在军事上也有重要的应用.

　　〔补充后教师板书〕

　　一、红外线

　　1.特性

　　①红外线的热作用很强.

　　②红外线穿透云雾的能力很强.

　　2.应用

　　①利用红外线加热物体.

　　②红外线遥感.

　　③红外线遥控.

（二）紫外线

　　让同学阅读课文，然后回答问题：

　　〔师〕在光谱的紫端以外，也有一种看不见的光，叫紫外线（ultravioletray）.那么紫外线有何特性呢？

　　〔生甲〕紫外线的化学作用强.

　　〔生乙〕紫外线具有荧光效应.

　　〔生丙〕紫外线能杀菌.

　　〔师〕紫外线有哪些应用呢？

　　〔生甲〕紫外线能促使人体合成维生素D，这种维生素有助于人体对钙的吸收，所以儿童常晒太阳能预防缺钙引起的佝偻病.但是过高的紫外线会使皮肤粗糙.甚至诱发皮肤癌.

　　〔生乙〕紫外线有荧光作用，有些物质受到紫外线照射时能够发出可见光.日光灯管的管壁上涂的就是一种荧光物质.大额钞票上也有用荧光物质印刷的文字，用紫外线照射则会发出可见光，这是一种防伪措施.

　　〔生丙〕紫外线能杀死多种细菌，所以医院和食品店常用紫外线消毒.

　　〔生丁〕紫外线很容易使照相底片感光.

　　学生回答后教师给予充分的肯定后讲解.

　　1.紫外线的频率范围是7.5×1014Hz~5×1016Hz，在光谱上位于可见光紫光之外，人眼看不见.

　　2.不要误认为紫外线是紫色的或蓝色的，紫外线是看不见的“不可见光”.紫外线看起来是淡蓝色的，那是因为除了紫外线外，它们还发出少量蓝光和紫光.

　　3.地球上的天然紫外线，来自太阳光.地球周围的大气层阻挡了大量的紫外线进入地球表面，才使地球上的生物获得生存的条件.为了保护人类生存家园.我们应有环保的意识，承担起环保的责任和义务.

　　〔教师讲解完后板书〕

　　二、紫外线

　　1.特性

　　①紫外线的化学作用很强.

　　②紫外线的生理作用很强.

　　③紫外线具有荧光作用.

　　2.应用

　　①医用消毒.

　　②防伪措施.

　　③生理作用.

　　三、知识小结

　　通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：

　　1.红外线的特性及应用.

　　2.紫外线的特性及应用.

　　四、布置作业

　　1.复习本节课文.

　　2.课本P53①②③.

　　3.复习本章内容.

　　五、板书设计

　　1.红外线

　　特性

　　①红外线的热效应强.

　　②红外线的穿透云雾的能力很强.

　　应用

　　①利用红外线加热物体.

　　②利用红外线实现遥感、遥控.

　　2.紫外线

　　特性

　　①紫外线的化学作用.

　　②紫外线的生理作用.

　　③紫外线的荧光效应.

　　应用

　　①紫外线可使照相底片感光.

　　②紫外线的生理作用.

　　③医用消毒、防伪.

　　复习和应用

　　●教学目标

　　一、知识目标

　　1.知道光沿直线传播的条件及光速.

　　2.了解色散现象，知道色光的三原色和颜料的三原色是不同的.

　　3.理解光的反射定律.

　　4.知道平面镜成像特点及应用.

　　5.知道光的折射定律.

　　6.了解红外线、紫外线的特性及应用.

　　二、能力目标

　　培养学生综合的能力，用所学知识解决实际问题的能力.

　　三、德育目标

　　要抱着实事求是的态度，通过实验，探究所学知识的内在规律.

　　●教学重点

　　1.光在同种均匀介质中是沿直线传播的.

　　2.光的反射定律和平面镜成像的规律.

　　3.光的折射定律.

　　●教学难点

　　1.光学知识的实际应用.

　　2.运用光学知识完成光路图.

　　●教学方法

　　归纳法、问答法、讲练法.

　　●教学用具

　　投影片、投影仪.

　　●课时安排

　　1课时

　　●教学过程

　　一、引入新课

　　上一节课的课后作业是复习第二章，大家是否复习过复习的效果如何呢让我们检查一下.

　　二、新课教学

（一）光的直线传播、光速、颜色

　　〔师〕光沿直线传播的条件是什么呢？

　　〔生〕光在同一种均匀介质中是沿直线传播的.

　　〔师〕哪些现象说明光沿直线传播？

　　〔生〕小孔成像、影子的形成、日月食的形成、激光准直都说明光是沿直线传播的.

　　〔师〕光在真空中的传播速度是多大？

　　〔生〕光在真空中的传播速度最大,为3×108m/s.

　　〔师〕色光的三源色和颜料的三原色分别是什么？

　　〔生〕色光的三原色是红、绿、蓝.

　　颜料的三原色是品红、黄、青.

　　〔投影片出示例题〕

　　〔例1〕夜晚,当你与一盏路灯的距离由近到远时，你的影子的长度有什么变化？

请作图说明.

　　解析：

由灯到头顶的连线与地的交点到人脚的区域光不能到达而形成人影,如图所示.

　　由于光是沿直线传播的，人站在D点时，如图所示，CD段光不能到达为人影部分；人站在B点时，AB段光不能到达为人影部分；因为CD＜AB，所以当人与一盏路灯的距离由近到远时，影子的长度由短变长.

　　〔例2〕下图是月球的影区分布，当人随地球运动到____区时会看到日全食.运动到____区时会看到日偏食，运动到____区时会看到日环食.

　　解析：

由于光的直线传播，月球又是不透明体，当月球运转到太阳和地球之间时，因月球挡住了太阳光，地球上的人就能观察到日食现象.从图中不难看出，地球运动到B区，太阳光全部被月球挡住，看到的是日全食.

　　运动到A区，太阳光部分被挡住，看到的是日偏食.

　　运动到C区，太阳中间被月球挡住，看到的是日环食.

　　〔例3〕太阳光穿过茂密树叶间的缝隙在地面上形成的光斑

　　A.是方形的，它是太阳的虚像

　　B.是圆形的，它是太阳的虚像

　　C.是圆形的，它是太阳的实像

　　D.是方形的，它是太阳的实像

　　解析：

这是一个小孔成像的问题，由于光斑是实际光线会聚而成的，所以是太阳的实像，是圆的.选C.

（二）光的反射、平面镜成像、球面镜

　　〔师〕光的反射定律是什么？

　　〔生〕光的反射定律为：

反射光线、入射光线、法线在同一平面内；反射光线、入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角.

　　〔师〕能不能说入射角等于反射角为什么

　　〔生〕不能说入射角等于反射角，因为先有入射，后有反射.

　　〔师〕漫反射遵守光的反射定律吗？

　　〔生〕漫反射也遵守光的反射定律.

　　〔师〕平面镜成像原理是什么？

　　〔生〕平面镜所成的像是反射光线反向延长线的交点，是虚像.

　　〔师〕平面镜成像特点是什么？

　　〔生〕平面镜成像特点可概括为八个字：

虚像、等大、等距、垂直.即①平面镜所成的像是虚像；②像和物体的大小相等；③像和物体到镜面的距离相等；④像和物体的连线垂直于镜面.

　　〔师〕球面镜可分为哪两类？

　　〔生〕球面镜可分为凹面镜和凸面镜.

　　〔师〕凹面镜、凸面镜各有什么光学性质？

　　〔生甲〕凹面镜能使平行光线会聚在焦点上，如把光源放在凹镜的焦点上，光源发出的光经凹镜将成为平行光.

　　〔生乙〕凸面镜能使平行光线变得发散.

　　〔投影片出示例题〕

　　〔例4〕一条光线投射到和它垂直的平面镜上，如图所示，要想使反射光线跟入射光线成直角，镜面应旋转多少度角？

　　解析：

此题中镜面可向任意方向旋转，所得结果都一样，因此可选取任意一种转动方式来解此题.

　　①由题意作出反射光线OB，使OB⊥OA.

　　②由反射定律知，∠AOB的角平分线ON即为法线.

　　③因为法线垂直于镜面，所以可作出平面镜位置，如图所示.

　　④平面镜转动的角度：

　　∠BOM′=∠M′ON-∠BON=90°-45°=45°

　　可见，当入射光线不变，镜面绕入射点旋转一个角度时，反射光线偏转的角度等于两部的镜面旋转的角度.

　　〔例5〕一平面镜竖直地挂在墙上，A、B、C三物体放在镜子前面，人眼的位置如图所示固定不动，则人通过平面镜可以看到

　　A.A和B的像

　　B.B和C的像

　　C.只看见B的像

　　D.A、B、C的像都能看到

　　解析：

人眼能看到物体的像的条件是：

从物体发出（或反射）的光线经镜面反射后能到达人眼中.当镜子和人眼的相对位置确定后，人眼所能看到的反射光线就被限制在入射到镜子边缘后，反射光线能到达人眼的范围之内，如图所示的光线Ⅰ和Ⅱ所夹部分的范围内人眼只能观察到物体A和B的像，不能观察到C的像.答案A正确.

　　〔例6〕如图甲所示，从发光点S发出的一条光线经镜面MN反射后恰好过A点，画出这条光线.

　　解析：

根据平面镜成像的规律.首先根据对称法作出S点关于镜面MN的对称点S′，通过A点的反射光线反向延长必过S′，连接A、S′交镜于镜面于O点，OA即为反射光线，SO即为入射光线，如图乙所示.

　　〔例7〕如右图所示，在平面镜前有一物体AB，画出物体在平面镜中所成的像.

　　平面镜成像的光路图作法

　　方法1：

用光的反射定律完成.

　　方法2：

用平面镜成像规律，直接利用物像对于镜面对称的特点完成.

　　解法1：

如图甲所示，根据平面镜成像特点从A、B两点各画一条与平面镜垂直的线AO1、BO2，然后延长AO1交A′,使O1A′=AO1，A′就是A点的虚像.同法找出B点的虚像B′，连接A′B′即为AB的像.

　　解法2：

如图乙所示，根据反射定律，由A点发出两条光线AC、AD射到平面镜上，画法线，进而画出反射光线CE、OF，反向延长CE、DF在镜后有一个交点A′，A′即为A在平面中所成的像.同法可找出B在平面镜中所成的像B′.连接A′B′即为AB在镜子所成的像.

　　（三）光的折射、看不见的光

　　〔师〕光的折射遵循什么规律？

　　〔生〕光的折射遵循光的折射定律.

　　〔师〕光的折射定律的内容是什么？

　　〔生〕光的折射定律的内容是：

折射光线、入射光线、法线在同一平面内；折射光线、入射光线分居在法线的两侧；折射角随着入射角的增大（减小）而增大（减小）；当光从空气斜射入水等其他透明介质时，入射角大于折射角；当光从水等其他透明介质中斜射到空气中时，入射角小于折射角；当光线垂直入射时，传播方向不改变.

　　〔师〕在反射、折射时光路是否可逆？

　　〔生〕在反射、折射时光路都是可逆的.

　　〔投影片出示例题〕

　　〔例8〕如图所示，AO是由空气向水面斜射的一条光线，光线与水面的夹角为30°，画出反射光线和折射光线的大致方向，并标出入射角和反射角的大小.

　　解析：

由题意知，本题是已知入射光线和水面位置，作反射光线和折射光线.

　　这类作图题，关键在于通过入射点作垂直界面（水面）的法线，然后根据光的反射定律作反射角等于入射角，从而得到反射光线，再根据光从空气斜射入水中，折射角小于入射角作出折射光线.

　　解答：

过入射点O作法线NN′,则入射角为∠AON=90°-30°=60°.在法线另一侧空气中，作∠NOB=60°，∠NOB为反射角，OB为反射光线，再在法线另一侧的水中，作∠N′OC.∠N′OC为折射角，使折射角小于入射角，OC为折射光线的大致方向.如图所示.

　　〔例9〕如图所示，图中画出了四个穿过平行玻璃板的光路示意图，其中正确的是

　　解析：

光从空气斜射入玻璃，或从玻璃斜射入空气，光的传播方向都要改变，即发生折射现象.A图中光的方向始终没有改变，因此是错误的，B图光从空气进入玻璃的折射是对的，但从玻璃进入空气的折射是不对的，因此B图错，D图中光从空气进入玻璃时，折射角大于入射角，而从玻璃进入空气时，折射角小于入射角，这恰恰与光的折射规律相反，所以D图错，只有C图符合光的折射定律.

　　三、知识小结

　　通过本节课的学习，主要复习了以下几个问题：

　　1.光的直线传播、光速、颜色.

　　2.光的反射、平面镜成像、球面镜.

　　3.光的折射.

　　4.看不见的光.

　　四、布置作业

　　1.复习本节讲的内容.

　　2.复习本章知识准备考试.

　　3.预习第三章.