3.1 光的传播与色散（第2课时）（教学课件）物理新教材沪粤版八年级上册

这是一份初中物理沪粤版（2024）八年级上册（2024）光的传播与色散教学课件ppt，共31页。PPT课件主要包含了教学难点，真空中的光速，介质中的光速，知识点2光的色散，认识色散现象，实验关键结论，基本定义，混合规律，不透明物体的颜色，透明物体的颜色等内容，欢迎下载使用。
01. 光的色散本质理解光的色散实验现象，明确白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光混合而成的复合光，并非单一色光。
01. 两类三原色区分准确区分光的三原色（RGB，加法混合）与颜料的三原色（CMY，减法混合），避免混淆两者的混合原理与应用场景。
上节课我们学了光沿直线传播，影子、小孔成像都是光直线传播形成的。当时有同学提问：打雷时，为什么我们先看见闪电，后听见雷声？很多人以为闪电和雷声不同时发生，其实云层放电时，光和声音是同时产生的。出现时间差，核心原因就是：光的速度远远大于声音的速度。
声音在空气中速度 340m/s，光速每秒能绕地球七圈半，大家猜一猜，真空光速数值是多少？
声音传播有速度，光同样有传播速度。本节课我们学习光速的大小、不同介质中光速变化，以及生活中光速相关现象。
知识点1 光的传播速度
真空中的传播速度约为：3×10⁸ 米/秒
一个直观的感受：1秒 ≈ 绕地球赤道 7.5 圈
注：光在不同介质中速度不同（例如水中约为真空光速的3/4），但在真空中它是目前发现的自然界物体运动的最大速度，也是物理学中重要的常数之一。
光是宇宙中速度最快的物质，在真空中的传播速度恒定不变：精确值：299,792,458 m/s物理计算常用近似：c=3.0×108m/s
这是目前人类已知宇宙中信息和物质运动的最快上限，没有任何物体能达到或超过这个速度。
空气中：速度略低于真空，因差距极小，科学计算中常近似等于真空光速。
水中：传播速度显著变慢，约为真空中光速的 3/4，这也是光发生折射的重要原因。
玻璃中：速度进一步降低，仅为真空光速的 2/3 左右，不同玻璃材质略有差异。
03. 特殊单位：光年
本质是长度单位！指光在真空中沿直线传播一整年所经过的距离，而非时间单位。
1 光年 ≈9.46×1012km
主要用途：在天文学领域用于衡量恒星、星系之间的遥远距离，让天文数字变得更易理解。
? 总结：光速在真空中恒定最快(c)，介质中变慢（水约3/4c，玻璃约2/3c）；光年是巨大的长度单位，专用于天文学测距。
爱因斯坦最先指出，真空中的光速是物体运动速度的极限，自然界中任何物体的运动速度都不可能大于光在真空中的传播速度。当物体的运动速度接近光速时，会发生一些奇特的效应。
当物体接近光速时，会出现 相对论效应，核心表现为： 时间膨胀：运动物体的时间流逝变慢（如飞船上的人，外界看他们 “变慢变老更慢”）； 长度收缩：运动方向上的长度变短（如高速飞船，从外部看会 “变扁”）； 质量剧增：速度越近光速，质量越大，加速越来越难（甚至趋近无穷大，解释 “无法超光速”）。（基于狭义相对论，现象源于时空的相对性 。）
例1 一束绿色激光从箱体的一端照射向另一端，箱体中装有某透明液体，激光束的光路图如图，以下说法中正确的是（　　）A．该液体一定不均匀B．该实验说明，光在液体中不能沿直线传播C．仅改为用红色激光，红色激光在该液体中可能沿直线传播D．该实验中，绿色激光在液体中沿曲线传播的速度为3×108m/s
【解析】A．光在同种均匀介质中沿直线传播，由图可知光在该透明液体里传播时传播路径发生了弯曲，说明该液体是不均匀的，故A正确；B．本实验中由于液体密度不均匀，导致光在该液体中没有沿直线传播，但并不能说明光在液体中都不能沿直线传播，故B错误；C．由于该液体不是均匀的，即使将绿色激光改为红色激光，它在该液体中也无法沿直线传播，故C错误；D．光在空气中的传播速度约为3×108m/s，在液体中时传播的速度稍小一些，但是不可能等于3×108m/s。故D错误。故选A。
当一束太阳光穿过狭缝射到三棱镜上，光线通过三棱镜后发生折射，会在另一侧的光屏上观察到一条按“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”顺序依次排列的彩色光带，这种物理现象被称为光的色散。
色散实验直观地证明了：我们日常所见的“白光”（如太阳光）并非单一颜色的光，而是一种由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫这七种色光混合组成的复色光。三棱镜的作用是将混合在一起的色光分离开来。
上图展示了光的色散实验实景（左）与原理图（右）。白光经三棱镜折射后，由于不同色光的折射程度不同，从而被分解为七色光谱。
实验表明：（1）太阳光（白光）不是单色光，而是由各种单色光组成的复色光。（2）不同的单色光通过棱镜时偏折的程度不同，偏折由小到大依次为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
（2）不能再被分解的色光叫单色光，研究表明，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光不能再被分解。七色光带再通过第二个三棱镜后，又混合成一束白光。
在自然界中，红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三种色光是无法用其他任何色光混合而成的，因此它们被称为“光的三原色”，也是构成所有色光的基础。
应用场景：我们日常使用的彩色电视屏幕、电脑显示器、手机屏幕等各类发光显示设备，都是通过精细控制这三种色光的强度比例，从而为我们呈现出五彩斑斓的视觉画面。
光的三原色混合示意图：三种原色光重叠区域产生新的颜色，三者完全叠加则呈现为白色。
单色光定义： 具有 单一频率（或波长） 的光（物理上理想状态，实际存在极窄波长范围，但经三棱镜不会再分解为其他色光）。特点：严格来说，自然界中 “绝对单色光” 不存在，但激光（如氦氖激光，波长 0.6328μm） 单色性极佳，接近理论单色光；三棱镜分解太阳光得到的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 七色光，虽有一定波长范围（如红光覆盖 0.77~0.622μm），但因无法再分解，也被视为 “单色光”。
复色光定义： 由 两种或多种不同频率（或波长）的单色光混合而成 的光。特点：经三棱镜会发生色散（分解为多种单色光，如太阳光色散出七色光带）；日常常见，如 太阳光、白炽灯、日光灯的光（含多种波长），甚至显示器的 “白光” 也是红、绿、蓝三基色单色光混合的复色光。
不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的。即反射与自身相同颜色的光，吸收其他色光。
透明物体的颜色是由它透过的色光决定的。即让与自身相同颜色的光透过，吸收其他色光。
重要结论：黑色吸收所有的色光，白色反射所有的色光，无色透明玻璃透过所有色光。
例2 1666年，英国物理学家牛顿用玻璃三棱镜将太阳光分解成各种颜色的光，这种现象叫__________，就像雨后的彩虹。其实我们__________（选填“背对着”或“正对着”）太阳喷水，也能观察到“人造虹”现象，其中红光的偏折__________（选填“大于”、“小于”或“等于”）紫光的偏折；乙图中温度计玻璃泡放在红光外侧，示数会明显升高，说明红外线的__________比较显著。
【解析】[1]如甲图所示，用玻璃三棱镜将太阳光分解成各种颜色的光，这种现象叫光的色散。[2]当我们看到天然形成的彩虹时，彩虹的方向与太阳光的方向是相反的。这是因为彩虹是太阳光进入空气中的小水珠发生两次折射和反射形成的，折射使太阳光色散成七色光，反射改变了太阳光的传播方向，只有在和太阳相反的方向才能看到彩虹，故需要背对太阳光。[3]从图甲可知，紫光在最下方，三棱镜对紫光的偏折程度最大，对红光的偏折程度最小。[4]乙图中温度计放在红光外侧，示数会升高，说明红外线具有热效应。
1．在雷雨天，我们总是先看到闪电，后听到雷声，这是因为声音的传播速度比光的速度______；晓彤看到闪电后2.5s才听到雷声，响雷处距离晓彤的距离是______m。（声音在空气中传播速度为340m/s，闪电传播时间不计）
2．如图所示是一束白光沿BD方向射向三棱镜，在右侧光屏形成了彩色光带MN，下列说法正确的是（　　）A．①区域的光能使荧光物质发光B．若物体放在P处，从右侧透过棱镜观察到像可能在C处C．M和N两处的光线分别平行于同一个凸透镜的主光轴入射，N处光线测出的焦距更小D．三棱镜对红光的折射能力比对紫光的折射能力强
【解析】如图，白光经过三棱镜后，经过三棱镜折射后，因为不同颜色的光的折射本领不同，所以经三棱镜后的偏折程度不同，光屏上自上而下出现了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的色带，①区域为红外区，②为有色光，③为紫外区；A.．①区域为红外区，热效应显著；③为紫外区能使荧光物质发光，故A错误；B．若物体放在P处，会挡住白光，由光的折射可知，从右侧透过棱镜观察到像可能在P点的上侧，故B错误；C．M处为红光，N处为紫光，红光和紫光分别平行于同一个凸透镜的主光轴入射，由于凸透镜对紫光的偏折能力较强，N处光线测出的焦距更小，故C正确；D．由图可知，三棱镜对红光的折射能力比对紫光的折射能力弱，故D错误。故选C。
3．AI智能音箱已进入了我们的生活，其声音是由音箱内部的发声体          产生的。当你对音箱发出调轻声音的指令时，它就会自动改变声音的          。有的音箱上还安装了氛围灯，它们发出的红、          、蓝光称为光的三原色。
【解析】[1]声是由物体的振动产生的，AI智能音箱的声音是由音箱内部的发声体振动产生的。[2]调轻声音，就是要使声音的强度减小，所以，当对AI智能音箱发出调轻声音的指令时，音箱就自动改变声音的响度，使响度变小。[3]色光的三原色是红、绿、蓝，因此音箱上安装了五颜六色的氛围灯，它们发出的红、绿、蓝三色光为光的三原色。
②光的频率越高，经氮气、氧气分子散射的程度越大，向各个方向发散；③太阳光在空气中主要通过氮气、氧气分子散射；④“靛”是蓝紫或深蓝，晴天时，相较于紫色光，人眼更容易感受到蓝色光。(1)频率为450THz的光           （选填“属于”、“不属于”）三原色光；(2)结合以上信息，请解释“晴天时，人看天空为什么是蓝色的”。                                 。
4．万里无云的晴天时，我们看到天空是蓝色的，现已知以下信息：①光是一种电磁波，不同色光的频率如下表所示：
太阳光在空气中主要通过氮气、氧气分子散射，光的频率越高，散射程度越大。蓝光和紫光频率高，易被散射。但相较于紫光，人眼更容易感受到蓝光，所以晴天时，散射的蓝光进入人眼，人看到天空是蓝色的。