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1、光學(xué)知識點光的直線傳播光的反射一、光源1定義：能夠自行發(fā)光的物體2特點：光源具有能量且能將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為光能，光在介質(zhì)中傳播就是能量的傳播二、光的直線傳播1光在同一種均勻透明的介質(zhì)中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：C3108m/s；各種頻率的光在介質(zhì)中的傳播速度均小于在真空中的傳播速度，即 vC。說明： 直線傳播的前提條件是在同一種介質(zhì)，而且是均勻介質(zhì)。否則，可能發(fā)生偏折。如從空氣進入水中（不是同一種介質(zhì)）；“海市蜃樓”現(xiàn)象（介質(zhì)不均勻）。 同一種頻率的光在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的。不同頻率的光在同一種介質(zhì)中傳播速度一般也不同。在同一種介質(zhì)中，頻率越低的光其傳播速度越大。根

2、據(jù)愛因斯坦的相對論光速不可能超過C。 當障礙物或孔的尺寸和波長可以相比或者比波長小時，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光線可以偏離原來的傳播方向。 近年來（1999-2001年）科學(xué)家們在極低的壓強（10-9Pa）和極低的溫度（10-9K）下，得到一種物質(zhì)的凝聚態(tài)，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止運動。2本影和半影（l）影：影是自光源發(fā)出并與投影物體表面相切的光線在背光面的后方圍成的區(qū)域（2）本影：發(fā)光面較小的光源在投影物體后形成的光線完全不能到達的區(qū)域（3）半影：發(fā)光面較大的光源在投影物體后形成的只有部分光線照射的區(qū)域（4）日食和月食：人位于月球的本影內(nèi)能看到日全食，位于月球的半影內(nèi)能看到日偏食

3、，位于月球本影的延伸區(qū)域（即“偽本影”）能看到日環(huán)食當?shù)厍虻谋居安糠只蛉繉⒃虑蚍垂饷嬲谧。惴謩e能看到月偏食和月全食具體來說：若圖中的P是月球，則地球上的某區(qū)域處在區(qū)域A內(nèi)將看到日全食；處在區(qū)域B或C內(nèi)將看到日偏食；處在區(qū)域D內(nèi)將看到日環(huán)食。若圖中的P是地球，則月球處在區(qū)域A內(nèi)將看到月全食；處在區(qū)域B或C內(nèi)將看到月偏食；由于日、月、地的大小及相對位置關(guān)系決定看月球不可能運動到區(qū)域D內(nèi)，所以不存在月環(huán)食的自然光現(xiàn)象。3.用眼睛看實際物體和像SS / 用眼睛看物或像的本質(zhì)是凸透鏡成像原理：角膜、水樣液、晶狀體和玻璃體共同作用的結(jié)果相當于一只凸透鏡。發(fā)散光束或平行光束經(jīng)這只凸透鏡作用后，在視網(wǎng)膜上

4、會聚于一點，引起感光細胞的感覺，通過視神經(jīng)傳給大腦，產(chǎn)生視覺。 圖中的S可以是點光源，即本身發(fā)光的物體。 圖中的S也可以是實像點（是實際光線的交點）或虛像點（是發(fā)散光線的反向延長線的交點）。 入射光也可以是平行光。以上各種情況下，入射光線經(jīng)眼睛作用后都能會聚到視網(wǎng)膜上一點，所以都能被眼看到。三、光的反射1.反射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的界面上再返回原介質(zhì)的現(xiàn)象 2反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)，且反射光線和人射光線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角3分類：光滑平面上的反射現(xiàn)象叫做鏡面反射。發(fā)生在粗糙平面上的反射現(xiàn)象叫做漫反射。鏡面反射和漫反射都遵循反射定律4光路可逆原理：所

5、有幾何光學(xué)中的光現(xiàn)象，光路都是可逆的四平面鏡的作用和成像特點 （1）作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質(zhì)（2）成像特點：等大正立的虛像，物和像關(guān)于鏡面對稱（3）像與物方位關(guān)系:上下不顛倒,左右要交換光的折射、全反射一、光的折射1折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象2折射定律：折射光線、入射光線跟法線在同一平面內(nèi)，折射光線、入射光線分居法線兩側(cè)，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比3在折射現(xiàn)象中光路是可逆的二、折射率1定義：光從真空射入某種介質(zhì),入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介質(zhì)的折射率注意：指光從真空射入介質(zhì)2公式：n=sini/sin，折射率總大于1即

6、n13.各種色光性質(zhì)比較：紅光的n最小，最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）v最大，最大，從同種介質(zhì)射向真空時全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時的偏折角最小（注意區(qū)分偏折角和折射角）。4兩種介質(zhì)相比較，折射率較大的叫光密介質(zhì)，折射率較小的叫光疏介質(zhì)三、全反射1全反射現(xiàn)象：光照射到兩種介質(zhì)界面上時，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象2全反射條件：光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角3臨界角公式：光線從某種介質(zhì)射向真空（或空氣）時的臨界角為C，則sinC=1/n=v/c四、棱鏡與光的色散1.棱鏡對光的偏折作用一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出

7、方向與入射方向相比，向底邊偏折。(若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反。)作圖時盡量利用對稱性(把棱鏡中的光線畫成與底邊平行)。由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏上形成七色光帶（稱光譜）（紅光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介質(zhì)中，七色光與下面幾個物理量的對應(yīng)關(guān)系如表所示。光學(xué)中的一個現(xiàn)象一串結(jié)論色散現(xiàn)象nv(波動性)衍射C臨干涉間距 (粒子性)E光子光電效應(yīng)紅黃紫小大大小大 (明顯)小(不明顯)容易難小大大小小 (不明顯)大 (明顯)小大難易結(jié)論：(1)折射率n、；(2)全反射的臨界角C；(3)同一介質(zhì)中的傳播速率v；(4)在平行玻璃塊的側(cè)移x(5)光

8、的頻率,頻率大,粒子性明顯.；(6)光子的能量E=h則光子的能量越大。越容易產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 (7)在真空中光的波長,波長大波動性顯著；(8)在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x越來越窄 (9)在相同的情況下，衍射現(xiàn)象越來越不明顯2.全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當?shù)娜肷潼c，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90o（右圖1）或180o（右圖2）要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。3.玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：射出光線和入射光線平行；各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；射出光線的側(cè)移和折射

9、率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)；可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。4.光導(dǎo)纖維全反射的一個重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）。光纖有內(nèi)、外兩層材料，其中內(nèi)層是光密介質(zhì)，外層是光疏介質(zhì)。光在光纖中傳播時，每次射到內(nèi)、外兩層材料的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。這樣使從一個端面入射的光，經(jīng)過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出。五、各光學(xué)元件對光路的控制特征(1)光束經(jīng)平面鏡反射后，其會聚（或發(fā)散）的程度將不發(fā)生改變。這正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面鏡的反射面是“平面”所共同決定的。(2)光束射向三棱鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：向著底邊偏折，若光

10、束由復(fù)色光組成，由于不同色光偏折的程度不同，將發(fā)生所謂的色散現(xiàn)象。(3)光束射向前、后表面平行的透明玻璃磚，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是；傳播方向不變，只產(chǎn)生一個側(cè)移。(4)光束射向透鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：凸透鏡使光束會聚，凹透鏡使光束發(fā)散。六、各光學(xué)鏡的成像特征物點發(fā)出的發(fā)散光束照射到鏡面上并經(jīng)反射或折射后，如會聚于一點，則該點即為物點經(jīng)鏡面所成的實像點；如發(fā)散，則其反向延長后的會聚點即為物點經(jīng)鏡面所成的虛像點。因此，判斷某光學(xué)鏡是否能成實（虛）像，關(guān)鍵看發(fā)散光束經(jīng)該光學(xué)鏡的反射或折射后是否能變?yōu)闀酃馐赡苋詾榘l(fā)散光束）。（1）平面鏡的反射

11、不能改變物點發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度，所以只能在異側(cè)成等等大的、正立的虛像。（2）凹透鏡的折射只能使物點發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度提高，所以只能在同側(cè)成縮小的、正立的虛像。（3）凸透鏡折射既能使物點發(fā)出的發(fā)散光束仍然發(fā)散,又能使物點發(fā)出發(fā)散光束變?yōu)榫酃馐?所以它既能成虛像,又能成實像。 光的波動性(光的本性)一、光的干涉一、光的干涉現(xiàn)象兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“振動”加強，出現(xiàn)亮條紋；某些區(qū)域使得振動減弱，出現(xiàn)暗條紋。振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，出現(xiàn)明暗相間條紋的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。二、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波頻率相同，振動步調(diào)一致(振動方向相同)，相差恒定。兩個振

12、動情況總是相同的波源，即相干波源1.產(chǎn)生相干光源的方法（必須保證相同）。利用激光 (因為激光發(fā)出的是單色性極好的光)；分光法(一分為二)：將一束光分為兩束頻率和振動情況完全相同的光。(這樣兩束光都來源于同一個光源,頻率必然相等)下面4個圖分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖點(或縫)光源分割法：楊氏雙縫(雙孔)干涉實驗；利用反射得到相干光源：薄膜干涉利用折射得到相干光源：SS1S2dSS /acb2雙縫干涉的定量分析 如圖所示，縫屏間距L遠大于雙縫間距d，O點與雙縫S1和S2等間距，則當雙縫中發(fā)出光同時射到O點附近的P點時，兩束光波的路程差為 =r2r1；由

13、幾何關(guān)系得：r12=L2+(x)2， r22=L2+(x+)2.考慮到 Ld 和 Lx，可得 =.若光波長為，亮紋：則當=k(k=0,1,2,) 屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍時，兩束光疊加干涉加強；暗紋：當=(2k1) (k=0,1,2,)屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩束光疊加干涉減弱，據(jù)此不難推算出： (1)明紋坐標 x=k (k=0，1，2，） (2)暗紋坐標 x=(2k1) (k=1，2，）測量光波長的方法 (3)條紋間距相鄰亮紋(暗紋)間的距離 x=. (縫屏間距L，雙縫間距d)用此公式可以測定單色光的波長。則出n條亮條紋(暗)條紋的距離a,相鄰兩條亮條紋間距

14、用白光作雙縫干涉實驗時,由于白光內(nèi)各種色光的波長不同,干涉條紋間距不同,所以屏的中央是白色亮紋,兩邊出現(xiàn)彩色條紋。結(jié)論：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)兩狹縫后形成兩列光波疊加產(chǎn)生當這兩列光波到達某點的路程差為波長的整數(shù)倍時，即=k，該處的光互相加強，出現(xiàn)亮條紋；當?shù)竭_某點的路程差為半波長奇數(shù)倍時，既=，該點光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋；條紋間距與單色光波長成正比 ()，所以用單色光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是亮紋，兩邊對稱地排列明暗相同且間距相等的條紋用白光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是白色亮紋，兩邊對稱地排列彩色條紋，離中央白色亮紋最近的是紫色亮紋。 原因：不同色光產(chǎn)生的條紋間距不同，出現(xiàn)各色條紋交錯現(xiàn)象。所以出現(xiàn)彩色條紋。將其中一條縫遮住：將出現(xiàn)明暗相間的亮度不同且不等距的衍射條紋3薄膜干涉現(xiàn)象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的兩列光波疊加而成劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行相間條紋，兩列反射波的路程差,等于薄膜厚度d的兩倍，即=2d。 由于膜上各處厚度不同，故各處兩列反射波的路程差不等。 若：=2d=n(n=1,2)則出現(xiàn)明紋。 =2d=(2n-1)/2(n=1,2)則出現(xiàn)暗紋。 應(yīng)注意：干涉條紋出現(xiàn)在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射