师:同学们,今天我们一起来学习人教版物理八年级上册第四章第五节光的色散。首先,我们来欣赏一幅美丽的图片——雨后的广州塔附近出现一道绚丽的彩虹。同学们,知道彩虹是如何形成的吗?现在,让我们沿着科学家探究彩虹成因的足迹,来学习本节课的知识。早在13世纪,科学家们就对彩虹的成因展开了探讨。笛卡尔用三棱镜折射太阳光,距棱镜约几厘米;胡克用充满水的圆烧瓶替代三棱镜,瓶距折射位置约60厘米;波义耳把棱镜色散的光投到1米多高的天花板上,然而,这几位科学家都没有看到彩色的光带。直到1666年,牛顿在笛卡尔实验的启发下,借鉴胡克和玻意耳的分光实验,将距离扩展为6 - 7米,让阳光经过三棱镜后直接投射到对面墙壁,从而获得了展开的光谱。
现在,我们来重演牛顿当年的实验。把三棱镜放在阳光下,让阳光经过三棱镜并旋转,看,三棱镜在对面墙壁上出现了一条彩色光带,请同学们仔细观察。通过实验,我们看到彩色光带的颜色依次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。太阳光经过三棱镜被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的现象,我们称之为光的色散。
同学们,太阳光经过三棱镜会发生色散现象,那其他光经过三棱镜也会这样吗?为了解决这个疑问,我们准备了红、绿、蓝三种色光,让它们分别射入三棱镜,观察是否发生色散。大家请看实验,我们让红光进入三棱镜,再让绿光进入三棱镜,接着让蓝光进入三棱镜。通过实验观察到,红光、绿光、蓝光这三种色光经过三棱镜后都没有发生色散现象。由此,我们可以得出结论:单色光经过三棱镜不会发生色散现象。
那太阳光经过三棱镜为什么会发生色散呢?原来,太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光混合而成的。那雨后的彩虹和光的色散有什么关系呢?原来,雨后的天空中悬浮着大量细小水滴,在自身重力作用下,这些水滴的形状类似三棱镜。太阳光经过小水滴后发生色散,被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光,从而形成了美丽的彩虹。
同学们,太阳光经过三棱镜发生色散现象,那色散的光路图该怎么画呢?为了解决这个问题,我们首先要知道光经过三棱镜是如何传播的。下面,我们以红色光为例,来听听小付同学的观点。
生:老师,我认为红色光经过三棱镜会发生两次折射。当红光从空气进入玻璃时发生第一次折射,红光从玻璃再进入空气时发生第二次折射。
师:通过小付同学的分析,我们知道红色光经过三棱镜会发生两次折射。同样的道理,其他色光经过三棱镜也会发生两次折射。现在我们来看光路图。
科学家通过实验发现,光的色散是一种折射现象。太阳光经过三棱镜分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光,那不同色光经过三棱镜的偏折程度相同吗?为了解决这个问题,我们让红、绿、蓝三种色光沿着相同路径射入三棱镜,观察它们经过三棱镜的偏折程度。
同学们请看实验,让红光以一定角度射入三棱镜,标出红光经三棱镜后折射光线在墙壁上的位置;让绿光沿着与红光相同的角度射入三棱镜,标出绿光在墙壁上的位置;让蓝光沿着相同路径射入三棱镜,标出蓝光在墙壁上的位置。通过实验,我们发现红、绿、蓝三种色光经过三棱镜后的偏折程度依次增大。也就是说,不同色光经过三棱镜的偏折程度不同,红、绿、蓝三种色光经过三棱镜的偏折程度依次增大。同学们,色光经过三棱镜会发生两次折射,且不同色光经过三棱镜的偏折程度不同,因此我们可以做出太阳光经过三棱镜的光路图。同学们请看光路图,太阳光经过三棱镜分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光。
那同学们能不能让这7种色光经过三棱镜再合成太阳光呢?我们来听听小梁同学的观点。
生:老师,我认为如果让太阳光经过三棱镜分解后的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种色光沿着原路径射入三棱镜,根据光路可逆性,就可以合成太阳光。