棱鏡、光的色散、實驗

棱鏡、光的色散、實驗一）棱鏡、全反射棱鏡：1、三棱鏡：（1）橫截面為三角形的三棱柱透明體。有正三棱鏡、等腰直角三棱鏡等。（2）棱鏡對光線的偏折規(guī)律：光線向低面偏折，虛象向頂角偏移（注意：頂角、底面是相對于入射光線和折射光線的位置而言的）2、全反射棱鏡：（1）光線垂直于等腰直角三棱鏡的一邊入射時將在另一側(cè)面上發(fā)生全反射，故此玻璃三棱鏡稱為全反射棱鏡。（2）全反射棱鏡既能使光路發(fā)生900偏斜，也能使光線1800全反射折回。（3）應(yīng)用：作反射鏡改變光的傳播方向。其效率和清晰度都優(yōu)于平面反射鏡。二）平行透明板對光路的作用：1、平行透明板對光路的改變作用是側(cè)移，側(cè)移量的大小與入射角有關(guān)，與透明板的厚度有關(guān)，與透明板的折射率有關(guān)，這些量越大，側(cè)移量越大。2、平行透明板對光線的方向沒有影響，出射光線和原入射光線保持平行關(guān)系。1、折射率與波長、波速之間的關(guān)系：當(dāng)光從真空進入介質(zhì)時，頻率不變，波速減小，因而波長也減?。M足V=M），在同一介質(zhì)中，頻率大的光波速小、波長短。2、光的顏色由光的頻率決定，從紅光到紫光，光的頻率依次增加，在同一介質(zhì)中，波長依次變短。（四）光的色散：1、 一束白光通過三棱鏡后入射光變?yōu)榧t橙黃綠藍靛紫七色光的現(xiàn)象，稱為光的色散。2、 光的色散現(xiàn)象一方面說明白光是由上述七種單色光復(fù)合而成的復(fù)色光；另一方面說明玻璃（包括其他各種透明物質(zhì)）對不同單色光的折射率不同，即同一種介質(zhì)對紅光折射率最小，對紫光折射率最大（平常所說的介質(zhì)折射率是對波長為5893埃的黃光而言）。（五）測定玻璃的折射率：1、實驗?zāi)康模海?）驗證光的折射定律；（2） 學(xué)會測定物體折射率的方法；（3） 測定兩面平行的玻璃磚的折射率。2、實驗原理：當(dāng)光線AO以一定的入射角穿過兩面平行的玻璃磚時，其光路圖如圖所示，只要畫出入射光線AO、出射光線O'B及界面aa'、bb'，就能夠畫出折射光線OO'，量出入射角i、折射角Y，代入n=sini/siny就能算出n。3、實驗器材：長方形玻璃磚一塊，白紙一張，大頭針?biāo)拿?，鉛筆一支，直尺一把，量角器一個，圖釘四顆。4、實驗步驟：（1） 在平板上鋪白紙，并用圖釘固定，在白紙上畫一直線aa'作為界面，過aa'上的一點O畫出界面的法線MN'，并畫出一條線段AO作為入射光線。（2） 把長方形玻璃磚放在白紙上，使其一邊跟aa'重合，再畫出玻璃磚的另一邊bb'；（3） 在線段AO上豎直的插上兩枚大頭針P］、P2,并使它們距離遠一些，P2距離玻璃磚近一些；（4） 透過玻璃磚觀察大頭針P］、P2的像，調(diào)整視線的方向直到P］的像被P2的像擋住為止，再在觀察這一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P］、P2的像，P4擋住P］、P2的像及P3本身，同時注意使P3距離玻璃磚近一些，P4距P3遠一些。（5） 移去玻璃磚，在拔掉P］、P2、P3、P4的同時分別記出它們的位置，過P3、P4作直線O'B交bb'于O'。連接OO',OO'就是折射光線的方向。厶AON為入射角，厶O'ON'為折射角。（6） 用量角器量出入射角和反射角的度數(shù)，查出它們的正弦值，并把這些數(shù)據(jù)填入記錄表格里。（7） 用上述方法分別求出入射角是］50、、300、450、600、750時的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，記錄進表格。（8） 算出不同入射角時的sini/sinY值，求出幾次實驗中sini/siny的平均值就是玻璃的折射率。*實驗過程中需要注意的事項：（D插針P］與P2、P3與P4的間距要適當(dāng)?shù)拇笮?，不要靠得太近，選擇玻璃時，寬度宜大些，這樣可以減小確定光路方向時出現(xiàn)的誤差，提高測量的準確度。（2） 入射角不能太?。ń咏愣龋膊荒芴螅ń咏?00），因為入射角太小時，折射角就更小，測量時相對誤差就增加；入射角太大時，導(dǎo)致反射光太強，折射光太弱，不易觀察，很難確定P3、P4的位置。（3） 如果插針P］、P2的連線過分射向玻璃磚的右側(cè)，切入射角大于某一數(shù)值會出現(xiàn)隔著玻璃磚沿P2P］方向觀察不到P］、P2的兩插針的情況。遇到這種情況，可將玻璃磚沿界面aa'向右平移。（4） 實驗中一旦玻璃磚寬度所定的界面線aa'和bb'畫好后，放置的玻璃磚就不要隨便移動，如果稍微上下平移了玻璃磚對測量結(jié)果沒有影響，若玻璃磚稍微斜向移動，則測得的折射率肯定發(fā)生變化。（5） 本實驗中如果采用的不是兩面平行的玻璃磚，如采用三棱鏡、半圓形玻璃磚，只是出射光線不平行，但一樣能測出折射率。三、好題解給你：（一）本課預(yù)習(xí)題：1、光線斜射入三棱鏡的一側(cè)面，從另一側(cè)面射出的光線跟入射光線相比，將向 偏移隔著棱鏡看物體，物體虛象的位置比物體的實際位置向 偏移。2、一束平行光射到玻璃三棱鏡的一個面上后發(fā)生色散現(xiàn)象，下圖中，符合實驗事實的是：3、如圖所示的等腰直角棱鏡，一束白光垂直于AC邊入射，入射點為O,若讓白光束以O(shè)為軸，順時針轉(zhuǎn)動，則從AB邊首先射出的光線 色光。4、 下列關(guān)于《測玻璃的折射率》的實驗要求敘述正確的是：A、玻璃磚的寬度宜大些； B、大頭針應(yīng)垂直插在紙面上；C、 每邊的兩個大頭針的距離近些容易觀察；D、 在插P4的時候，只要能擋住P3的光線就行，與P］、P2無關(guān)。5、 下列關(guān)于《測玻璃的折射率》實驗中的一些說法中正確的是：A、 為了提高測量精確度，入射角應(yīng)取得很大；B、 為了提高測量的精確度，入射角應(yīng)取得很??；C、 如果入射角太大，則反射光線強，折射光線太弱，不易觀察；D、 如果入射角太大，則折射光線將會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射，而使實驗無法進行。參考答案：1、底面，頂角； 2、A3、紅4、A、B5、C（二）基礎(chǔ)題：1、太陽光經(jīng)三棱鏡后將得到一彩色光帶，按折射率從小到大的順序排列應(yīng)是 ，其中偏折角最大的是 光。2、 用薄玻璃片制成的一個中間空的三棱鏡放入水中，當(dāng)一束白光從一個側(cè)面斜射入并從三棱鏡通過時，下面的說法中正確的是：A、 各色光都向頂角偏折；B、 各色光都向底面偏折；

C、 紅光的偏折角比紫光大；D、 紫光的偏折角比紅光大；3、關(guān)于《測定玻璃折射率》的實驗中，下列說法中不正確的是：A、 有一組入射角（i0）和折射角，便可以得出玻璃的折射率；B、 在本實驗中采用玻璃磚，這是因為只有玻璃磚才能測出玻璃的折射率;C、 本實驗的各項步驟，都是為了找到給定的入射角的折射角而設(shè)計的；D、 棱鏡、半圓形玻璃磚等都可以用來測定玻璃的折射率。參考答案：1、紅橙黃綠藍靛紫，紫光； 2、AD； 3、ACD。三）應(yīng)用題：1、一束白光從頂角為0的一邊以較大的入射角i射入并通過三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶，如圖所示，在入射角i逐漸減小到零的過程中，假如屏上的彩色條紋光帶先后全部消失，則：A、紅光最先消失,紫光最后消失；B、紫光最先消失，紅光最后消失;A、紅光最先消失,紫光最后消失；B、紫光最先消失，紅光最后消失;C、紫光最先消失，黃光最后消失;D、紅光最先消失，黃光最后消失。2、人透過玻璃窗看到戶外的景物是否是景物的本身？3、如圖所示，點光源發(fā)出的白光，經(jīng)三棱鏡分光，人在側(cè)面AC一側(cè)沿折射后的出射光線的方向觀察S,可看到：（ ）A、2、人透過玻璃窗看到戶外的景物是否是景物的本身？3、如圖所示，點光源發(fā)出的白光，經(jīng)三棱鏡分光，人在側(cè)面AC一側(cè)沿折射后的出射光線的方向觀察S,可看到：（ ）A、一個白光點；B、光點上部是紅色，下部是紫色;C、 光點上部是紫色，下部是紅色；D、 看不到S的像。參考答案：1、［分析和解答］作出白光的折射光路圖，如圖所示，可看出，白光從AB射入玻璃后，由于紫光偏折大，從而到達另一側(cè)面AC時的入射角較大，且因紫光折射率大，sinC=1/n，因而其全反射的臨界角最小，故隨著入射角i的減小，進入玻璃后的各色光中紫光首先發(fā)生全反射不從AC面射出，后依次是靛、藍、綠、黃、橙、紅逐漸發(fā)生全反射而不從AC面射出。紅紫故B選項正確。［小結(jié)］對棱鏡的折射和色散問題分析，關(guān)鍵是要抓住各色光的折射率n不同，熟記：折射率越大的光偏折越厲害，發(fā)生全反射的臨界角越小，同時應(yīng)能結(jié)合光路圖分析。2、［解答］玻璃窗是一塊兩面平行的透明板，從S發(fā)出的一束光經(jīng)過玻璃板發(fā)生兩次折射后,折射光線的延長線相交于S',人們隔著玻璃窗看到的不是S而是S的虛象S',所以透過玻璃窗所看到的戶外的景物，不是景物本身而是景物的虛象。3、答案：C；［分析與提示］S發(fā)出的白光，經(jīng)過三棱鏡之后，分為紅橙黃綠藍靛紫紫光向底面偏折程度最大，而人的眼睛在光源的另一側(cè)看到的像，好象是折射光線的反向延長線的交點出發(fā)出，把紅光與紅光、藍光與藍光、紫光與紫光等等一一對應(yīng)起來的反向延長線相交，發(fā)現(xiàn)紫光與紫光的反向延長線的像點在最上端，依次向下是靛藍綠黃橙紅。故選C。四）提高題：1、利用折射定律設(shè)計一種測定液體折射率的方法：2、 利用全反射的知識設(shè)計一種測定液體折射率的方法璃窗所看到的戶外的景物，不是景物本身而是景物的虛象。3、答案：C；［分析與提示］S發(fā)出的白光，經(jīng)過三棱鏡之后，分為紅橙黃綠藍靛紫紫光向底面偏折程度最大，而人的眼睛在光源的另一側(cè)看到的像，好象是折射光線的反向延長線的交點出發(fā)出，把紅光與紅光、藍光與藍光、紫光與紫光等等一一對應(yīng)起來的反向延長線相交，發(fā)現(xiàn)紫光與紫光的反向延長線的像點在最上端，依次向下是靛藍綠黃橙紅。故選C。四）提高題：1、利用折射定律設(shè)計一種測定液體折射率的方法：2、 利用全反射的知識設(shè)計一種測定液體折射率的方法3、 試用插針法測定一塊半圓形玻璃磚的折射率：參考答案：1、設(shè)計思路：利用折射定律測定液體折射率。在一個燒杯內(nèi)盛水，將直尺AB緊挨燒杯壁豎直插入杯中，如圖所示，這時在直尺對面的P點觀察水面，能同時看到直尺在水中的部分和露出水面的部分。讀出看到的直尺水下部分最低點的刻度s1以及跟這個刻度相重合的水上部分的刻度S2的像S2‘，量出燒杯的直徑d,即可計算出液體的折射率。計算方法如下：光線從O點射出液面時，入射角為Z1，折射角為Z2,由光的折射定律SsinZ2 、 /n= 。式中sinZ1=smZ1S1Od；'d2+SS2

i iod■d2+SS21002、設(shè)計思路：利用全反射來測定液體折射率，用一個圓形軟木塞，在其中心處豎直地倒插一枚大頭針，使其漂浮在待測液體中，如圖所示，調(diào)整大頭針的插入深度，使觀察者在液面上方任一位置恰好都不能看到大頭針的頂部S,從S發(fā)出的光線，在軟木塞邊緣的液體恰好發(fā)生了全反射，此時的入射角a即為該液體發(fā)生全反射的臨界角。測出木塞半徑r和

r1大頭針頂部的深度h,則有sina= =-r2+h2n故液體折射率為n=故液體折射率為n=\：r2+h2r3、設(shè)計思路：利用光的折射定律來測定,將半圓形玻璃磚放在白紙上,記錄下直徑的位置。插下大頭針1和2,使1和2的延長線通過玻璃磚的圓心O,在玻璃磚的另一側(cè)插下大頭針3和4,使得3擋住通過玻璃磚觀察到的1和2的像,使得4擋住3和通過玻璃磚觀察到的1、2的像。移走玻璃磚連接1、2及3、4,它們與法線MN的交角即為折射時的入射角i和折射角Y。由折射定律可知，玻璃折射率為n=sinY/sini，其中i和Y可以用量角器量出。（五）課后演武場：1、 紫光由折射率為n的棱鏡進入空氣,則下列結(jié)論敘述正確的是：A、 頻率變?yōu)樵瓉淼膎倍，波長變?yōu)樵瓉淼?/n；B、 波長為原來的n倍，波速為原來的n倍；C、 波速為原來的1/n倍，波長為原來的n倍；D、 頻率為原來的1/n，波長為原來的N倍。2、 紅色、綠色和黃色的三束平行光分別沿主軸射向同一玻璃凸透鏡，經(jīng)過透鏡后會聚到軸上，會聚點到光心的距離分別是f］、f2、f3，則下列正確的是:A、f1=f2=f3； B、f1<f3<f2；C、f2<f3<f1 ； D、f1>f2>f3 。兩束單色光A和B分別垂3、 如圖所示，是兩個同種玻璃制成的棱鏡，頂角a1略大于a2直入射于三棱鏡后，出射光線與第二界面的夾角卩產(chǎn)內(nèi)，貝兩束單色光A和B分別垂A、 A光束的頻率比B光束的高；B、 在棱鏡中A光束的波長比B光束的波長短；C、 在棱鏡中B光束傳播速度比A光束的大；D、 把此兩束光由水中射向空氣，產(chǎn)生全反射時，A光的臨界角比B光的臨界角大。4、 某種色光在傳播過程中，下面的說法中正確的是：A、當(dāng)它的頻率不改變時，一定是在同一種介質(zhì)中傳播；B、當(dāng)它的速度由小變大時，一定是從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì);C、當(dāng)它的速度由小變大時，一定是從密度大的介質(zhì)射向密度小的介質(zhì);D、當(dāng)它的波長由長變短時，一定是從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)。5、如圖所示的三棱鏡中，BC面鍍有反射膜，一束白光射入AB面，經(jīng)棱鏡后在屏幕的bc段形成彩色光帶，則b點顏色是 色。（屏幕距棱鏡AC面較近且與AC面平行）

6、玻璃對紅光和紫光的折射率分別是nl和n2,當(dāng)紫光在玻璃中傳播的距離為L時，紅光傳播的距離為多少？7、某同學(xué)在做〈〈測玻璃的折射率實驗〉〉時，取入射角i=450，它移開玻璃磚時，白紙上留下的圖線如圖所示，請你替他完成剩下的步驟，直到求出折射率來，測得的折射角為Y約為 ，求得折射率為n= 。8、某同學(xué)做測定玻璃的