光现象
——光的折射
一、教学目标
1、知识与技能
（1）知道光的折射定义，折射光线、折射角；
（2）知道光的折射规律；
（3）理解光路的可逆性在折射现象中也存在；
（4）能够用光的折射解释生活中的一些简单现象。
2、过程与方法
由观察实验现象入手，通过教师引导，帮助学生分析、概括出相应结论。培养学生的观察能力，训练学生的分析、概括能力，并体验由折射引起的错觉。
3、情感态度与价值观
（1）在实验中养成实事求是的科学态度。
（2）初步领略折射现象的美妙，获得对自然现象、对生活的热爱。
二、教学重点和难点
1、重点：
(1)探究并了解光从空气射入水中或其他介质中时的偏折规律。
(2)使学生进一步了解科学探究活动过程，培养学生初步的探究能力。
2、难点：
(1)了解光在发生折射时，光路的可逆性。
(2)利用光的折射定律解释生活中的有关现象。
3、教学方法
探究式教学,启发式教学和讨论法。
4、教具
激光笔，玻璃砖，盛满水的水槽，盛满水的碗，硬币，多媒体计算机，投影仪，课件。
三、教学过程
1、创设情景，走近物理
筷子弯折实验：取一根筷子，让学生看到是直的，将筷子斜放入水中，再让学生观察筷子发生了什么变化。教师通过演示筷子弯折实验，引出问题：筷子为什么折断了？
2、提出几个本节课需要解决的问题
（1）什么是光的折射现象？
（2）结合图片认识，与光的折射现象相关的物理名词有哪些，它们是什么？
（3）光的折射有哪些规律？这些规律是通过怎样的研究发现的？
（4）现实中有哪些光的折射现象？如何用折射规律解释这些现象？
3、光的折射定义
观察光的折射现象，明确光的折射定义。
（1）光从空气中斜进入水中。
（2）光从水中斜进入空气中
（3）光从空气直进入水中
4、光的折射规律
使用Flash模拟光的折射实验
（1）介绍模拟实验的功能及所涉及到的与光的折射现象相关的物理名词。
（2）进行模拟实验，指导学生认真观察实验，并记录数据，分析数据，得出结论。
5、解释光的折射现象
（1）看图联系生活实际解释：鱼叉往哪个方向刺去才能刺中鱼。
（1）通过图片，配合文字解说引导学生理论联系实际，解释捕鱼时发生的光的折射现象。
（2）根据图片，请同学们解释捕鱼时发生的折射现象？
（3）通过演示实验让学生明白这一生活现象所蕴含的光的折射的知识，直观了解鱼叉往鱼的下方刺去才能刺中鱼。
（4）播放大气折射Flash，让学生们解释这一现象。
四、课堂总结
（1）习题巩固：
①折射光线与入射光线位于____两侧。
②光从空气斜射到水或玻璃表面时，折射光线向____法线方向____。
③光从水或玻璃斜射到空气中时，折射光线向____法线方向____。
④光的折射中，光路是____。
（2）指导学生阅读课本第83页“科学世界”关于海市蜃楼的知识。
（3）总结：
光的折射现象，光的折射规律（重点），运用光的折射规律解释生活中的折射现象（难点）。
五、主板书设计
光的折射
1、光的折射现象：
光从空气斜射入水（玻璃）时，传播方向会发生偏折，这种现象叫光的折射现象。
2、光的折射规律：
①光从空气斜射入水（玻璃）时,折射光线偏向法线（折射角小于入射角）;
光从水（玻璃）斜射入空气时，折射光线偏离法线（折射角大于入射角）。
②折射角随入射角的增大而增大。
③光垂直入射时光的传播方向不变。
④光的折射现象中，光路是可逆的。
3、生活中的折射现象
捕鱼时鱼叉刺往的方向，海市蜃楼
八年级物理光的反射和折射 一、填空题（每空1分，共32分） 1．光在介质中是沿传播的，光年是的单位。 2．光在真空中的传播速度为km/s，光在其它介质中的速度这个速度。 （大于、小于、等于） 3．太阳发出的光经过8min20s射到地球上，则太阳与地球间的距离是。4．日食的形成是因为。发生日食时，是的影子落在上。6．光的反射定律的内容是：①； ②；③。 光的折射规律的内容是：①； ②；③ ；④； ⑤。 7．光在反射、折射时，光路是。 8．在湖边，可以看到岸边的树在水中的“倒影”，这是光的现象，游泳池充水后，看起来池底升高，水变浅，这是光的现象。 9．当入射光线向法线靠拢时，反射角将；当反射光线与入射光线垂直时，反射角为，当入射光线与平面镜成20°角时，反射角为。 10．一束光线射到平面镜上，当入射角增大10°时，反射光线与入射光线的夹角增大。 11．平面镜成像是由于光的而形成的，其特点是：像到镜面的距离，像和物体的大小，像与物体的连线与镜面，所成像的是。12．将物体放在平面镜前2 m处，则像到镜的距离为；若将物体再远离平面镜1 m，此时物、像之间的距离为。 13．将一铅笔放在平面镜上，要使它的像和铅笔垂直，铅笔应与镜面成角；要使像和铅笔恰在同一直线上，铅笔应与镜面成角。 14．当把笔尖触到平面镜上时，看到笔尖的像与笔尖相距约4 mm，则该平面镜的厚度约为mm。 二、选择题（每小题3分，共42分） 15．下列不属于光源的物体是（） A、太阳 B、月亮 C、明火 D、工作中的电灯 16．下列说法中正确的是（） A、光是沿直线传播的 B、光只在真空中沿直线传播 C、光的传播不需要介质 D、光在同一物质中沿直线传播 17．下列现象不能说明光的直线传播的是（） A、日食 B、小孔成像 C、影子 D、先闪电后打雷 18．人能看见物体是因为（）
超颖材料（Metamaterials）的发展 李雄SC08009037 机密机械与精密仪器系本人博士阶段的课题方向为超颖材料（Metamaterials）的设计与应用。Metamaterials这一概念在提出之初，通常指的是介电常数(ε)和磁导率(μ)都是负数的材料(物质)，因此它又称负折射率材料、左手材料或双负材料，这在自然界中并不存在。然而随着这一新兴领域的发展，其研究范围被不断扩展，目前，它的范围已包含负折射率材料，单负材料（人工复介电常数材料(ε)和人工复磁导率材料），人工超低折射率材料和超高折射率材料等等。Metamaterials是本世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，正因为其具有自然界物质不存在的奇异特性，因而受到广泛关注，并已在其相关的几个实际应用领域显示出了巨大的应用前景。 1、Metamaterials的发展概述 拉丁语“meta-”，可以表达“超出…、亚…、另类”等含义。对于metamaterial 一词，目前尚未有一个严格的、权威的定义，各种不同的文献上给出的定义也各不相同。但一般文献中都认为metamaterial是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料”。 从这一定义中，我们可以看到metamaterial重要的三个重要特征： （1）metamaterials通常是具有新奇人工结构的复合材料； （2）metamaterials具有超常的物理性质（往往是自然界的材料中所不具备的）； （3）metamaterials性质往往不主要决定与构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。 尽管metamaterials的概念出现于21世纪，但追溯其源头则可以找到上一世纪中后期几位杰出科学家的“灵光一闪”。 1967年，前苏联科学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，这种物质将能够颠覆光学世界，它能够使光波看起来如同倒流一般，并且在许多方面表现得有违常理的行为。然而，众所周知，同时具有负介电常数和负磁导率的材料在自然界中是不存在的，
光的折射教学案例 案例摘要 《光的折射》是在学习光的传播及光的反射现象的基础上进行的，是解释日常生活中许多光现象的基础，同时又是理解透镜成像的基础，所以本节是本单元教学的重点。而新教材将本节教学要求定位在认识光的折射规律上，注重学生的折射现象的感知、体验和折射规律的探究。学生是教学活动主体，要使学生从“学会”转化成“会学”，教师在教学中要注意学生学法的指导，根据本节的内容特征，在学生进行实验探究时，教师要注意引导学生如何去观察实验？并由他们总结和发现规律，同时注意学生的非智力因素：自信心、毅力、兴趣、动机等培养，通过手势、眼神、表情等形体语言来激发学生的积极性。使学生通过观察总结规律，联系实际、运用规律解释一些简单的折射现象。 教学片段 （师白板出示探究课题）1光从一种介质射向另一种介质时会怎样传播？2光从一种介质射向另一种介质时有没有什么规律？（生阅读体会关键字）师：实验是解决问题的最好方法，你能先为自己的实验选一些器材吗?（逐个分析课题中的关键条件，引导学生选择实验器材。）(设计意图:器材的选取能力的培养） 生1：光应该选激光笔。 师:对激光笔操作方便小巧，亮度集中是不错的光源选择！老师的器材盒中已备。 生2：两种不同介质可以选透明的固体玻璃、液体水、气体空气来完成。（充分发挥学生的想象的能力，鼓励学生大胆进行猜想） 师：大家找的很好这三种介质就是光在生活中最常传播的介质很多生活中的现象都与它们有关。但由于器材数量的问题，我们分两大组实验。空气水组(需了解折射器的使用)，空气玻璃组。如何看清传播呢？ 生3：空气中路径可以用烟雾、白屏， 生4：水中路径可以用牛奶，玻璃用玻璃砖即可。 师：看来大家还知道不少实验技巧呢！规律如何找呢? 师：（在白板上进行交互操作）白板上已画好了介质的分界面，需要大家用笔记录多次实验的光路轨迹，并作出光路图。 是：用你手头的器材作好分工开始探究吧。 （学生分组进行实验，师巡视指导。}
测雨——厘米波雷达（微波雷达） ? 测云——毫米波雷达 ? 测风——风廓线雷达 ? 测气溶胶——激光雷达? 测温——声雷达 气象雷达的分类 （1）按照工作原理：常规天气雷达，多普勒天气雷达，偏振天气雷达，等。 （2）按照雷达工作波段：X 波段，C 波段，S 波段，L 波段，Ka 波段，等。 ! （3）按照安装平台：固定式，车载移动式，船载式，机载式，星载式，等。 天线方向：在极坐标中绘出的通过天线水 ?平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。 天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。G=10*lg （S 定向/S 各项均匀） 新一代天气雷达系统结构概述 构成：发射机，天线，接收机和信号处理器。 ? 主要功能：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基数据。 雷达数据采集子系统（RDA ）雷达产品生成子系统（RPG ）主用户处理器（PUP ） 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。 — 散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。 单个球形粒子的散射 定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ 当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。如空气分子对可见光的散射。 当<α<50：Mie 散射。如大气中的云滴对可见光的散射。 当α>50：几何光学：折射。如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。 思考：对于3cm 和10cm 雷达遇到半径0.1cm 的雨滴发生哪种散射 瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的 ! 方向函数为：()() ??θλπ?θβ2 222 2 2464sin cos cos 2 116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则: ()()??θ?θβ222sin cos cos ,+=C 米散射：单个球形粒子的散射 Rayleigh 散射与Mie 散射不同点： Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。 Mie ：散射前向大于后向散射，α越大向前散射所占比越大，侧向散射不为零。 关系： \
实验二、分光计的调节及棱镜折射率的测定 [实验名称] 分光计的调节及棱镜折射率的测定 [实验目的］ 1、了解分光计的结构及各组成部件的作用。 2、学会调节分光计。 3、掌握棱镜顶角、最小偏向角的测量方法，测定棱镜的折射率。 [实验仪器］ 分光计（包括电源变压器及放大镜）、钠光灯、汞灯、三棱镜、双平面镜等。 [实验原理] 一束平行的单色光，入射到三棱镜的AB 面，经折射后由另一面AC 射出，入射光和AB 面法线的夹角i 称为入射角，出射光和AC 面法线的夹角/i 称为出射角，入射光和出射光的夹角Δ称为偏向角。可以证明，当入射角i 等于出射角/i 时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角m in δ。如左图所示： 由于Δ＝（i －r ）＋（/i －r /），当 i ＝/i 时，由折射定律有r ＝r /。用m in δ代替Δ得： m in δ＝2（i －r ） （4-2-1） 又因：r ＋r /＝2 r ＝π－（π－Ａ）＝Ａ， 所以，r ＝Ａ/2, 故： i =（Ａ+m in δ）/2 （4-2-2） 由折射定律有： 2 s i n 2s i n s i n s i n m i n A A r i n δ+= = （4-2-3） 因此，只要测出三棱镜顶角Ａ和最小偏向角δmin ，就可以计算出棱镜玻璃对该波长单色光的折射率。 图4-2-1测最小偏向角的原理图
[实验内容及步骤] （一） 测量三棱镜的顶角 1、首先调节好分光计（按分光计的调节步骤顺序进行）。 2、固定好载物平台，将三棱镜按下面的图示放置在棱镜台上，并用钠光灯照亮狭缝，使准直管射出平行光束。转动望远镜至1T 位置，观察由棱镜的一个折射面AB 反射的狭缝像，使之与望远镜的双十字叉丝的竖直线重合，将左、右游标的读数1α和2α记录于表(1)中。 3、将望远镜转至2T 位置，观察由棱镜另一折射面AC 反射的狭缝像，使之与望远镜的双十字叉丝的竖直线重合，此时将左、右游标的读数1β和2β记录于表（1）中。望远镜由1T 位置转至2T 位置时的角度θ为： 2 2 211βαβαθ-+-= （4-2-4） 可以证明，角度θ是棱镜顶角A 的两倍，即： 4 2 2 211βαβαθ -+-= = A （4-2-5） (二)测量最小偏向角δmin 1、将三棱镜按下面的图示放置在棱镜台上，并用钠光灯照亮狭缝，使准直管射出平行光束。转动内圆盘及望远镜至1T 位置，使它能清晰地看到钠光经三棱镜折射后形成的黄色谱线（狭缝像）。 2、将刻度内盘（游标盘）螺丝松开，双手慢慢转动内盘（即棱镜台），改变入射角i ，使谱线往偏向角减小的方向移动，同时转动望远镜跟踪该谱线。 3、当棱镜台左、右转动到某一位置1T 时，该谱线不再移动，这时无论棱镜台向何方向转动，该谱线均向相反方向移动，即偏向角都变大。这个谱线反向移动的极限位置就是棱镜对该谱线的最小偏向角m in δ的位置。 4、此时固定内圆盘，同时转动望远镜至1T 位置并使望远镜中的双十字叉丝的竖直线对准黄色谱线的极限位置（中心），记录望远镜在1T 位置时的刻度盘左、右游标读数1α和2α于表（2）中。 图4-2-2测量三棱镜顶角示意图
超材料原理 超材料(meta-material)是一种人工的、三维的、具有周期性或非周期性单元结构的、具有某种特殊性质的宏观复合材料。超材料的主要原理是依靠三维复杂单元结构，实现对材料电参数及其空间分布的控制，从而控制电磁波/光波的传输行为。由于超材料常具有显著的三维空间不对称性，其材料参数常具有空间各向异性。 超材料的本质原理与1862年勒鲁(Le Roux)提出的‘反常色散’现象是非常类似的，指随着入射电磁波频段的降低，在吸收频带以上附近形成的折射率随由正值迅速下降的为零甚至负值的现象。负折射率材料内部的群速度(能量速度)和相速度(视觉速度)是相反的，这一点已被化学波实验所证实。 典型的两种超材料结构，负折射率材料和三维隐身衣，其机理是不同的，分别依靠负折射率单元周期排布和渐变正折射率单元空间分布实现的，其实现的单元结构均为分裂环(split-ring resonator，SRR)。 超材料的定义实际上相当宽泛，因为没人能精确定义特殊性质是什么性质。超材料一般用于描述三维结构，但是超材料的概念常与频率选择表面的概念混为一谈，事实上超材料和频选的特征分别是三维体结构，二维平面结构及其层叠结构。超表面属于频选。化学波实验证明了超材料在自然界或各向同性介质中是有可能存在的，尽管机理可能有所不同。
由于任何材料均存在着强烈的色散关系，超材料的特性仅存在于窄频带以内，已知的负折射率材料和隐身衣均是如此。通过单元空间分布方式的精确复杂控制，有可能补偿超材料的色散。 超材料原理的应用范围包括对所有物理波的调制：包括电磁波(光波)、声波、机械波、化学波等，有可能实现波的定向发射、绕射、聚焦、成像。 部分图片来源：学术期刊《science》，《physical review letters》 图1：负折射示意图 图2：负折射结构实物图
光的折射 一．选择题（共21小题） 1．（2012?台州）以下初中《科学》常见的作图中，正确的是（） A． 光从空气斜射人玻璃B． 近视的成因 C． 磁铁周围的磁感应线D． 作动力臂和阻力臂 2．（2012?凉山州）如图所示，是光在空气和玻璃两种介质中传播的情形，下列说法正确的是（） A．入射角等于 30°B．折射角等于 50° C．N N′是界面D．M M′的右边是 玻璃 3．（2009?南宁）如图所示，正确表示光从水斜射入空气中的光路是（）
A．B．C ．D． 4．（2009?杭州）下列叙述中，正确的是（） A．在光的折射现象中，折射角一定小于入射角 B．凸透镜对光起会聚作用，因而物体经凸透镜所成的像总是缩小的C．无论物体离平面镜远或近，它在平面镜中所成像的大小始终不变D．凹面镜对光起发散作用，凸面镜对光起会聚作用 5．（2008?恩施州）一束与水面成50°夹角的光线从空气斜射入水中，则折射角（） A．小于50°B．大于50°C．大于40°D．小于40° 6．（2007?宜昌）一束光线由空气中斜射入水中，当入射角逐渐增大时，折射角（） A．逐渐减小B．不变 C．逐渐增大，但总小于入射角D．逐渐增大，可能大于入射角 7．（2005?哈尔滨）如图所示的四种事例中，应用了光的折射规律的是（） B． A． 手影 池水看起来比实际的浅 C．D．
潜水镜上的潜望镜小孔成像 8．（2004?河北）光从空气中斜射到一块水平透明玻璃板上，设入射角为α，反射光线跟折射光线之间的夹角为β．则下列说法正确的是（）A．β随α的减小而增大B．β随α的增大而增大 D．当α=30°时，β可能大于150°C．当α=30°时，β在120°到150°之 间 9．当光由空气射入水中时，以下说法中正确的是（） A．折射光线一定向远离法线的方向偏折 B．光线一定发生折射 C．折射角一定小于入射角 D．折射角等于或小于入射角 10．一束光线从空气斜射入玻璃中会发生折射，当入射角减小时，折射角（） A．逐渐减小，但总小于入射角B．逐渐增大 C．逐渐减小，但总大于入射角D．保持不变 11．一束光跟水面成45°角，从水中斜射到空气中时，发生了反射和折射，则反射光线和折射光线的夹角是（） A．等于90°B．小于90°C．大于90°D．180° 12．如图中能正确表示光从空气射向水中的是（）
超材料——过去十年中人类最重大的十项科技突破之一 狭义上超材料即指电磁超材料,电磁超材料具有超越自然界材料电磁响应极限的特性,能够实现对电磁波传播的人为设计、任意控制。目前该材料被应用在定向辐射高性能天线、电磁隐身、空间通信、探测技术和新型太赫兹波段功能器件等方面。 看好电磁超材料在军工、通信和智能结构等方面的应用前景 电磁超材料在军工领域的应用比较广泛,目前已应用的超材料产品包括超材料智能蒙皮、超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通讯天线、无人机雷达、声学隐身技术等。 通信领域电磁超材料最具应用前景的就是无线Wi-fi网络,目前光启已进入该领域。 电磁超材料在智能结构中的应用主要有两类:地面行进装备用智能结构和可穿戴式超材料智能结构。智能结构用电磁超材料的市场前景非常广阔 超材料主题相关主要包括:(300077)、龙生股份(002625)、(600804)和(600490)等,建议重点关注国民技术、鹏博士和鹏欣资源。 超材料 “Metamaterial”是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，近年来经常出现在各类科学文献。拉丁语“meta-”，可以表达“超出…、亚…、另类”等含义。对于metamaterial一词，目前尚未有一个严格的、权威的定义，各种不同的文献上给出的定义也各不相同。但一般文献中都认为metamaterial是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料”。 迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。 “左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统(对电磁波的传播形成负的折射率)。近一两年来“左手材料”引起了学术界的广泛关注，曾被美国杂志评为2003年的"年度十大科学突破"之一。 原理 超材料的应用与原有的材料制备有很大的区别，以往是自然界有什么材料，就能制造出什么物品，而超材料完全是逆向设计，根据针对电磁波的具体应用需求，制造出具有相应功能的材料。 特征 metamaterial重要的三个重要特征： （1）metamaterial通常是具有新奇人工结构的复合材料； （2）metamaterial具有超常的物理性质（往往是的材料中所不具备的）； （3）metamaterial性质往往不主要决定与构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。 隐形功能 具有讽刺意味的是，超材料曾被认为是不可能存在的，因为它违反了光学定律。 然而，2006年，北卡罗来纳州的（Duke University）和（Imperial College）的研究者成功挑战传统概念，使用超材料让一个物体在微波射线下隐形。尽管仍有许多难关需要克服，但我们有史以来头一次拥有了能使普通物体隐形的方案（五角大楼的国防高级研究计划署[The Pentagon’s Defense Advanced Research Project Agency，DARPA]资助了这一研究）。 制造研究
4.3 光的折射 一、教材分析 本课时是初中物理第一册第四章《光的折射》第三节，光的折射是重要的光学现象，是理解透镜成像的基础，同时又是解释日常生活中许多光现象的基础。光的折射现象学生比较熟悉，也比较感兴趣，通过对现象的分析，培养学生密切联系实际，运用科学知识来解释一些自然现象的习惯和能力，更重要是激发学生学习兴趣，提高科学素质，让学生从小崇尚科学，立志献身科学。本节教材让学生认识光的折射现象和初步规律，是为以后几节课学习活动进行充分准备。所以本节是本单元教学的重点。 二、教学目标 （1）知识与技能： 1、知道光的折射现象及折射光线和折射角； 2、知道光的折射规律及在折射现象中光路可逆； 3、能够用光的折射解释生活中的一些简单现象。 （2）过程与方法： 1、通过演示实验，指导学生观察现象，引导学生自己分析、归纳规律，培养学生的观察、分析归纳能力。 2、引导学生动手做实验，培养学生的动手能力及通过实验研究问题的习惯。 （3）情感与态度： 1、培养学生学习物理的兴趣。 2、通过对日常光现象的分析，破除迷信，热爱科学，进行唯物主义教育。 三、难点和重点 （1）重点：光的折射规律；光路可逆。 （2）难点：光线进入不同介质中，折射角和入射角的关系；用光的折射解释自然现象。 四、教具：光的折射演示仪；碗；适量的水；筷子；多媒体课件；录像剪辑。 五、教材处理 对日常光的折射现象学生有丰富的感性认识，以现象引入新课，学生学习目标明确，兴趣浓厚。光的折射规律的认识，宜先提出问题及研究方法，通过学生猜想，对照演示实验的观察，辅以多媒体模拟演示，学生思维清晰、准确，有利于规律的总结归纳，并注意理论联系实际，重视知识的应用，让学生遵循认识的规律：从实践到理论，又从理论到实践。达到掌握知识、提高能力，从而提高课堂效率。 六、教法、学法 1、教法 根据教学内容的上下承接关系，学生刚学完光的反射，对光学研究中的一些物理量已有初步的了解，如入射角、法线等。针对素质教育对学生能力的要求，本节采用观察分析、启发式教学法。通过实验演示、观察分析、启发对比、总结归纳得出规律。在课堂上通过教师的引导，让学生进行演示实验和计算机的模拟实验的观察，使学生在头脑中有清晰的表象，以具体生动的感性认识为基础掌握知识，同时在观察中培养能力，开展思维训练重视知识的应用，理论紧密联系实际。 2、学法 根据本节的内容特征，教师在做好演示实验时，引导学生如何去观察实验？并由他们总结和发现规律，同时注意学生的非智力因素：自信心、毅力、兴趣、动机等培养，通过手势、眼神、表情等形体语言来激发学生的积极性。使学生通过观察总结规律，联系实际、运用规律解决问题。 本节采用观察、对比、分析的学习方法，引导学生获取知识，通过思考讨论，总结归纳出光的折射规律，应用折射规律解释一些自然现象，培养学生爱科学、用科学，提高学生的学习兴趣。
一、初二物理光的折射透镜实验易错压轴题（难） 1．小明用如图所示的装置探究“凸透镜成像规律”： (1)根据图甲可知该凸透镜的焦距是_____cm； (2)实验前，小明调节烛焰、凸透镜、光屏的中心在_____，目的是使烛焰的像成在光屏的中央； (3)小明将蜡烛放到图乙所示的位置，光屏上得到了一个倒立的、_____的实像（选填“放大”或“缩小”），这一成像规律应用在_____（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）上； (4)实验过程中蜡烛越烧越短，则光屏上烛焰的像将向_____移动，小明应把凸透镜向_____移动，就可以再次使烛焰的像成在光屏的中央。（两空均选填“上”或“下） 【答案】10.0 同一高度缩小照相机上下 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]一束平行光照到凸透镜上，在左边的光屏上得到最小最亮的点即为凸透镜的焦点，焦点到凸透镜的距离即为焦距 f=40.0cm-30.0cm=10.0cm (2)[2]在探究“凸透镜成像规律”实验中，为了使烛焰的像成在光屏的中央，实验前应调节烛焰、凸透镜、光屏的中心在同一高度。 (3)[3][4]将蜡烛放到图乙所示的位置，蜡烛在两倍焦距以为，且物距大于像距，在光屏上得到一个倒立、缩小的实像，照相机是根据这一原理工作的。 (4)[5][6]实验过程中蜡烛越烧越短，此时像呈现在光屏的上半部分，为了使烛焰的像重新成在光屏的中央，应将凸透镜向下移动。 2．探究“凸透镜成像规律”实验时 (1)小明在光具座上放置点燃的蜡烛、凸透镜、光屏情况如图所示，此时应______。 (2)正确调整后，光屏的中央恰好出现清晰的蜡烛像，则所成的是______像（填全像的性质），生活中的______（放大镜/投影仪/照相机）就是利用此原理工作的。 (3)小明将蜡烛靠近凸透镜移动一段距离，移动光屏位置又出现清晰的蜡烛像，这个像的大小与原来像相比将______（变大/变小/不变）。 (4)保持凸透镜的位置不变，小明将蜡烛放在光具座45cm刻度位置时，无论怎样移动光屏，光屏上都不能出现清晰的蜡烛像，这是因为______。
Chapter 1 理论基础 1.1 介质中的Maxwell ’s equations 与物质方程 微分形式 =t =J+t ==0B E D H D B ρ????-? ?? ??????? ??? ?? （1-1） 传导电流密度J 的单位为安培/米2(A/m 2)，自由电荷密度ρ的单位为库仑/米2(C/m 2)。同时有电磁场对材料介质作用的关系式，即物质方程（或称本构方程） 00==()J=D E E P B H H M E εεμμσ?=+?? =+???? （1-2） 麦克斯韦方程组与物质方程描写了整个电磁场空间与全时间过程中电磁场的分布与变化情况。因此，所有关于电磁波的产生与传播问题，均可归结到在给定的初始条件和边界条件下求解麦克斯韦方程组的问题，这也正是用以解决光波在各种介质、各种边界条件下传播问题的关键与核心。
1.2 积分形式与边界条件 由于两介质分界面上在某些情况下场矢量E 、D 、B 、H 发生跃变，因此这些量的导数往往不连续。这时不能在界面上直接应用微分形式的Maxwell ’s equations ，而必须由其积分形式出发导出界面上的边界条件。 积分形式 0L S L S S S d E dl B d S dt d H dl I D d S dt D d S Q B d S ? =-?? ?=+?? ? =?? =???????????? （1-3） 得边界条件为 （1-4） 式 （1-4）的具体解释依次如下（具体过程详见《光学电磁理论》P20）： （1）电场强度矢量E 的切向分量连续，n 为界面的法向分量。 （2）α为界面上的面传导电流的线密度。当界面上无传导电流时，α=0，此时H 的切向分量连续。比如在绝缘介质表面无自由电荷和传导电流。 （3）σ为界面上的自由电荷面密度。 （4）磁感应强度矢量B 的法向分量在界面上连续。
一．选择题（共1小题） 1．光从空气中斜射到一块水平透明玻璃板上，设入射角为α，反射光线跟折射光线之间的夹角为β．则下列说法正确的是（ ） A．β随α的减小而增大 B．β随α的增大而增大 C．当α=30°时，β在120°到150°之间 D．当α=30°时，β可能大于150° 二．填空题（共2小题） 2．如图所示，人在a点看到b处似乎有一条鱼，如果他要在a处用手电筒的光照亮水里的鱼则手电筒的光应朝向 处．（先填b、c、e、d） 3．小王在河边玩耍看见清澈的河底部有一个黑色的鹅卵石，他想用手中的激光手电筒去照亮鹅卵石，则激光束应对着鹅卵石的 照射（选填：上方、下方、正对方向）． 三．解答题（共8小题） 4．海市蜃楼和海滋同现蓬莱 5月7日在我市蓬莱海域上空出现了极为罕见的海市蜃楼和海滋奇观．两种幻景同现为历史首次，约有10万市民和游客有幸目睹了这一奇观．由于不明白产生这种奇观的科学原因，古人认为是蜃（蛟龙）所吐之气形成的．实际上，海市蜃楼和海滋都是光学现象，只不过前者是来之万里之外的异地景色，而后者多是本地景色． 我们知道，通常情况下，空气的密度随高度的增加而减小．当光线穿过不同高度的空气层时，会引起折射现象，但这种折射在我们日常生活中已经习惯了，所以不觉得有什么异常，可是当空气层温度变化发生反常时，由于空气是热的不良导体，温度的显著变化会引起空气层密度发生显著差异，从而导致与通常不同的折射和全反射，这就会产生海市蜃楼．空气密度差异情况不同，海市蜃楼的形式也不同，最常见的为上现蜃景和下现蜃景．无论哪种蜃景都出现在炎热无风的天气，如果大风刮起，这些景色就会消失的无影无踪． 阅读上文，回答下列问题： （1）概括指出海市蜃楼是一种什么光学现象；
雷达系统组成：触发信号产生器，发射机，天线转换开关,天线，接收机，显示器 脉冲重复频率PRF ：每秒钟产生的脉冲数目，脉冲间隔决定了探测距离； 脉冲重复周期PRT ：两个相邻脉冲之间的时间间隔，PRT ＝1/PRF ； 脉冲宽度τ：脉冲发射占有时间的宽度，单位微秒 波长λ：电磁波在一个周期内在空间占有的长度； 脉冲发射功率P ：发射机发出的探测脉冲的峰值功率； 平均功率Pa:发射机在一个脉冲重复周期里的平均功率。 天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。 波束宽度: 在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角。波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。 天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。 灵敏度：雷达检测弱信号的能力。用最小可辨功率Pmin 表示，就是回波信号刚刚能从噪声信号中分辨出来时的回波功率。 平面位置显示器PPI ：雷达天线以一定仰角扫描一周时，测站周围目标物的回波。以极坐标形式显示。 距离高度显示器RHI ：显示雷达天线正对某方位以不同的仰角扫描时目标物的垂直剖面图 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。 散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。 单个球形粒子的散射 定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ 当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。如空气分子对可见光的散射。 当0.1<α<50：Mie 散射。如大气中的云滴对可见光的散射。 当α>50：几何光学：折射。如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。 瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的 方向函数为：()() ??θλπ?θβ222222464sin cos cos 2116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则: ()()??θ?θβ222sin cos cos ,+=C 米散射：单个球形粒子的散射 Rayleigh 散射与Mie 散射不同点： Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。 Mie ：散射前向大于后向散射，α越大向前散射所占比越大，侧向散射不为零。 关系： Mie 散射包含Rayleigh 散射，Rayleigh 散射是Mie 散射的特殊。 后向散射：θ= 180o，只有后向散射能量才能被雷达天线接收。 雷达截面：粒子向四周作球面波形式的各向同性散射，并以符号σ表示总散射功率与入射波能流密度之比，即雷达截面i s S R S 2 4)(ππσ=或)(4ππβσ=
§3.5 水平角观测中的主要误差和操作的基本规则 观测工作是在野外复杂条件下进行的，由于观测人员和仪器的局限性以及外界因素的影响，观测中会有误差。为使观测结果达到一定的精度，需要找出误差的规律，研究和采取消除或减弱误差影响的措施，制定出观测操作中应遵守的基本规则，以保证观测成果的精度。 水平角观测误差主要来源于三个方面：一是观测过程中引起的人差；二是外界条件引起的误差；三是仪器误差。仪器误差又包含仪器本身的误差和操作过程中产生的误差。 对于人差，主要是通过提高观测技能加以减弱，这里不进行讨论。 3.5.1 外界条件对观测精度的影响 外界条件主要是指观测时大气的温度、湿度、密度、太阳照射方位及地形、地物等因素。它对测角精度的影响，主要表现在观测目标成像的质量，观测视线的弯曲，觇标或脚架的扭转等方面。 1．目标成像质量 观测目标是测角的照准标的，它的成像好坏，直接影响着照准精度。如果成像清晰、稳定，照准精度就高；成像模糊、跳动，照准精度就低。 我们知道，目标影像是目标的光线在大气中传播一定距离后进入望远镜而形成的。假如大气层保持静止，大气中没有水气和灰尘，目标成像一定是清晰、稳定的。但实际的大气层不可能是静止的，也不可能没有水气和灰尘。日出以后，由于阳光的照射，使地面受热，近地面处的空气受热膨胀不断上升，而远离地面的冷空气下降，形成近地面处空气的上下对流。当视线通过时，使其方向、路径不断变化，从而引起目标影像上下跳动。由于地面的起伏及土质、植被的不同，各处的受热程度也不同。因此，空气不仅有上下对流，还会产生水平方向上的对流，当视线通过时，目标影像就左右摆动。 另外，随着空气的对流，地面灰尘、水气也随之上升，使空气中的灰尘、水气越来越多；光线通过时其亮度的损失也愈大，目标成像就愈不清晰。 由上可知，目标成像跳动或摆动的原因是空气的对流；目标成像是否清晰，主要取决于空气中灰尘和水气的多少。为了保证目标成像的质量，应采取如下措施。 （1）保证足够的视线高度 因为愈靠近地面，空气愈不稳定，灰尘和水气也愈多，成像质量愈差；反之视线愈远离地面，成像质量愈好。在选点时，一定要按《规范》要求，确保视线有一定高度，在观测时，必要时也可采取适当措施，提高视线高度。 （2）选择有利的观测时间 如果仅考虑目标成像的质量，只要符合下列要求，就是有利的观测时间：不论观测水平角还是垂直角，均要求目标成像尽可能清晰；观测水平角时，成像应无左右摆动；观测垂直角时应无上下跳动。 但是，选择观测时间的时候，不仅要考虑到目标的成像质量，还要考虑到其他因素对测角精度的影响，如折光的影响等，不可顾此失彼。 2．水平折光 大家知道，光线通过密度不均匀的介质时，会发生折射，使光线的行程不是一条直线而是曲线。由于越近地面空气的密度越大，使得垂直方向大气密度呈上疏下密的垂直密度梯度，而使光线产生垂直方向的折光，称为垂直折光。空气在水平方向上密度也是不均匀的，形成水平密度梯度，而产生水平方向的折光，称为水平折光。下面对水平折光加以讨论，垂直折
负折射率材料 实验中发现，在某种材料中，光线的折射与正常折射不同，正常折射时，光线会位于法线的不同侧，在这种材料中，光折射时，光线位于法线的同侧，因此称之为负折射现象，这种材料叫做负折射率材料。在负折射率材料中，电场、磁场和波矢方向符合“左手法则”，而不是常规材料中的右手定则，所以具有负折射率的材料也被称为左手材料。光波在其中传播时，能流方向和波矢方向相反，用同时具备负介电常数和负磁导率的超材料可以得到这一现象，此时超材料具有负折射率，这样的材料也被叫做负折射率材料。 光波是一种电磁波，在传播过程中，电场、磁场和波矢方向遵守右手定则)//(k H E ?。光发生正常折射时，遵守折射定律)sin sin (2211i n i n =，入射光线和折射光线在法线的不同侧，同时遵守费马原理——光程沿平稳值的路径而传播。但是当光波从具有正折射率的材料入射到具有负折射率材料时，介电常数和磁导率都为负)0,0(<<με，折射率n 取负值 )0(<-=εμn ， 电场、磁场和波矢符合左手定则，能流方向和波矢方向相反)(?=。自然电磁材料以原子或分子构成，光学和电磁性质通过化学来改变，介电常数和磁导率既定且取值有限。而超材料一般认为是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，通过单胞的几何排列，设计出不同的结构单元，原则上能够实现几乎任意的电磁参数，比如负值。在晶体学中，原胞是最小重复单元具有一个格点，格点上的原子是一个或者两个或者两个以上，单胞是原胞的整数倍，可以通过改变单胞的形状、大小和构型，使单胞达到几十或者几百个原子的量级，甚至更高，从而改变材料的电磁参数，由此控制电磁波的传输。调控电磁参数可以使材料的折射率为负值，使得这种超材料成为负折射率材料。目前扫描隧道显微镜（STM ）可以观察和定位单个原子，此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K ）可以利用探针尖端精确操纵原子，所以可以利用扫描隧道显微镜改变单胞的几何结构，得以实现具有负折射率的超材料。研究发现负介电常数可以由长金属导线阵列（ALMWs ）这种结构获得，微型金属共振器，比如具有高磁化率的开口环形共振器（SRRs ）可以实现负的磁导率。将这两种结构结合，即金属导线和开口谐振环阵列结构，可以实现负折射率材料。除此之外，串联电容和并联电感的周期性结构，以及利用量子相干效应或者EIT （电磁感应透明）效应也可以实现负折射率材料。因为量子相干性，或者说“态之间的关联性”，是描述电子向右自旋和正电子向左自旋的状态是相关联的这一现象。EIT 也叫电磁感应透明，是由原子光激发通道之间的量子相干效应引起的，并导致光在原子共振吸收频率处的吸收减小甚至于变成完全透明，是一种消除电磁波在介质中传播过程中所受到的影响的技术。 可以将铜做成金属导线和开口谐振环阵列结构，再添加其它物质做成复合材料。因为铜有很好的延展性，导热和导电性能较好，并且铜在自然界含量丰富，化学性质很稳定，是抗磁性材料。铜已经得到广泛应用，我们对铜的研究已经很完善。铜的熔点较低，容易再熔化、再冶炼，回收利用相当的便宜。此外，铜是人体健康不可缺少的元素，且它的潜在毒性较低。复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良和耐化学腐蚀等特点。以铜为主要元素的复合材料，以不同方式组合而成，可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围，可以满足不同的需求。 根据广义相对论，时间和空间都是可以“弯曲”的，而空间里的光线同样可以弯曲，利用负折射率材料，改变材料的单元结构，通过不同的结合结构和排列设计，实现了让光波、雷达波、无线电波、声波甚至地震波弯曲的想法。据此，负折射率材料可以扭曲光波，阻碍人眼看见物体；或者使电磁波绕过目标实体而实现隐身。
高中物理光的反射和折射公式总结 高中物理光的反射和折射公式 1.反射定律α=i {α;反射角，i:入射角｝ 2.绝对折射率(光从真空中到介质n=c/v=sini /sinj {光的色散，可见光中红光折射率小，n:折射率，c:真空中的光速，v:介质中的光速，i入射角，j折射角｝ 3.全反射：1)光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C：sinC=1/n;2)全反射的条件：光密介质射入光疏介质;入射角等于或大于临界角 注: (1)平面镜反射成像规律:成等大正立的虚像,像与物沿平面镜对称; (2)三棱镜折射成像规律:成虚像,出射光线向底边偏折,像的位置向顶角偏移; (3)光导纤维是光的全反射的实际应用,放大镜是凸透镜,近视眼镜是凹透镜; (4)熟记各种光学仪器的成像规律,利用反射(折射)规律、光路的可逆等作出光路图是解题关键; (5)白光通过三棱镜发色散规律：紫光靠近底边出射见。 高中物理光知识点 高中物理光的衍射知识点
1.的衍射现象 光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射. 2.发生明显衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟波长差不多时,光才能发生明显的衍射现象. (3)衍射图样 ①单缝衍射：中央为亮条纹,向两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同.白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是紫光,最远离中央的是红光. ②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环. ③泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影中心出现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一. 高中物理光的偏振知识点 自然光通过偏振片P之后，只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光才能顺利通过，也就是说，通过偏振片P的光波，在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫偏振光。通过偏振片P的偏振光，再通过偏振片Q，如果两个偏振片的透振方向平行，则可以通过;如果两个偏振片的透振方向垂直，则不能透过Q。 高中物理学习方法 听得懂
《雷达气象学》 考试时间：120分钟 考试总分：100分 遵守考场纪律，维护知识尊严，杜绝违纪行为，确保考试结果公正。 1、雷达截面的意义（ ） 2、雷达反射率（ ） 3、雷达电磁波特征（ ） 4、电磁波的衰减（ ） 5、如何去除雷达回波的起伏现象？（ ） 姓名：________________ 班级：________________ 学号：________________ --------------------密----------------------------------封 ----------------------------------------------线-------------------------
6、天线的增益G的物理意义是什么？（） 7、折射指数随高度变化的几种形式以及各种高折射产生的条件。（） 8、等效地球半径（） 9、超折射（） 10、何谓亮带（） 11、雷达定量测量降水的常用方法（） 12、最大不模糊距离与距离折叠（）
13、最大不模糊速度与速度模糊如何理解？（） 14、解决测速模糊的方法是什么？（） 15、多普勒两难是什么？（） 16、晴空回波（） 17、非气象回波指那些回波？（） 18、圆点状回波（） 19、冰雹云的雷达回波特征是什么？（） 20、脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析从哪些方面考虑（）
21、零度层亮带形成的原因（） 22、典型流场的PPI多普勒径向速度模式（） 23、超级单体风暴的回波特征（） 24、何谓弱回波区。（） 25、CIMO是指：（）；RIC是指（）。（） 26、简述气象雷达的分类。（） 27、简述气象雷达的分类。（）
负折射率材料的特点及其应用 背景 自然界存在的介质都是折射率大于0的，我们常接触的材料的折射率多数都是大于1，在定性思维的误区下，人们认为介质的折射率都为正。 直到1968年，苏联物理学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）【1】提出了负折射率的理论。由于韦谢拉戈的这一设想完全颠覆了人们所认知的光学世界，它能够使光波看起来如同倒流一般，在许多现象描述上完全背离常规，所以在相当长的时间内都不被人们认可，这种荒诞的想法没有必要去研究证明。 Veselago为了证明自己的观点开始苦苦寻求满足要求的物质，但是他失败了。没有充足的证据证明他的猜想，渐渐地就被人们淡忘了。 19966年~1999年，英国的Pendry从理论上提出了一种由开路谐振金属环构成，具有等效的负介电常数和负磁导率的三维周期结构，【2】~【3】这一发现理论上证明了负折射率材料的可存在性，使Veselago的猜想重新摆在了人们面前。 不久，美国的Smith等在2000年金属丝板和SRR板有规律地排列在一起，制作了世界上第一块等效介电常数和等效磁导率同时为负数的介质，从实验上验证了负折射率的存在。【4】~【5】他们研制出了相应的器件，负折射率材料由此进入了实质性研究的阶段。 2001年，Shelby等人首次在实验上证实了当电磁波斜入射到左手材料与右手材料的分界面时，折射波的方向与入射波的方向在分界面法线的同侧。【6】 图1.负折射率的超材料 近年来，负折射率材料的研究愈发成为科学界的热点，这要应用于军事、航天等高端领域，起因了国内外众多研究者的注意，涉及电磁波、光电子学、材料学等方面。
随着对负折射率材料的研究，又掀起了一阵对新兴领域的发展，即超颖材料（Metamaterials ）。超颖材料不只包含负折射率材料，也包含单负材料，人工超 低折射率材料和超高折射率材料等。【7】 正如折射率材料的提出一样，超颖材料的重要意义不仅体现在所研制出的几种人工材料，也体现在了一种全新的思维方法。为新型功能材料的设计提供了一个广阔的空间。 理论分析 首先来看一下负折射率材料的概念，负折射率材料也称为左手材料（left handed medium ），简写为LHM （这一命名原由将在后面给予证明）。指的是介电 常数ε、磁导率μ、折射率n 同时为负的介质。【5】 麦克斯韦方程组在物理领域有着至高无上的地位，主要是由于麦克斯韦方程组适用广泛，所以这里我们也从麦克斯韦方程组开始着手。 电磁波尸油谐振的电场和磁场组成。各向异性介电物质中电位移矢量与电场强度矢量方向一致，大小成正比，有 (1)E D ε= 式中ε是比例系数，成为介电常数。 对于各项同性非铁磁性物质，磁感应强度矢量与磁场强度矢量方向保持一致，大小成正比，有 (2)H B μ= 式中μ成为磁导率。 再加上， (3)E J σ= 以上三个式子被称为物质方程。 我们再来看麦克斯韦方程组的微分形式： ???????????+=????-=??=??=??)4(0t D j H t B E B D ρ 麦克斯韦方程组表明，任何随时间而变化的磁场，都是和涡旋电场一起的。任何变化的电场，都是和磁场联系在一起的。