1、標準實用光的直線傳播.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：C= 3X 108m/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v<C。說明：直線傳播的前提條件是在同丁種.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)

2、中，頻率越低的光其傳播速度越大。根據(jù)愛因斯坦的相對論光速不可 能超過Co 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）科學家們在極低的壓強（10-9Pa）和極低白溫度（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（1）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

3、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，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?，便分別能看到月 /偏食和月全食.：B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

4、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)膜上會聚于一點，引起感光細胞的感覺，通過視神經(jīng)傳給大腦，二 .產(chǎn)生視覺。S- - - S /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

5、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：所有幾何光學中的光現(xiàn)象，光路都是可逆的.、R四.平面鏡的作用和成像特點方（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.1/（3）像與物方位關(guān)系：上下不顛倒，左右要交換而*散光的折射、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

6、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 y =- =t =1,折射率總大于 1.即 n>1.v sin C03 .各種色光性質(zhì)比較：紅光的 n最小，v最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）v最大，入最大，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?。ㄗ⒁鈪^(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：

7、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關(guān)系如表所小。光學中的一個現(xiàn)象一

8、審結(jié)論色散現(xiàn)象nv入（波動性）衍射C臨干涉問 距丫 （粒子T4）E光子光電效應圖 5小1大大1小大（明 顯）?。ú幻?顯）容易難小 1 大大1小?。ú幻黠@）1 *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)光的頻率y ,頻率大,粒子性明顯.；(6)光子的能量E=hY則光子的能量越大。越容易產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象(7) 在真空中光的波長人,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 .全反射棱鏡或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?/p>

9、射點， 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)180° (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 .光導纖維全反射的一個重要應用就是用于光導纖維(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

10、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 束由復色光組成，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

11、光束會聚，凹 透鏡使光束發(fā)散。六、各光學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 學鏡是否能成實(虛)像，關(guān)鍵看發(fā)散光束經(jīng)該光學鏡的反射或折射后是否能變?yōu)闀酃馐?可能 仍為發(fā)散光束)。(1)平面鏡的反射不能改變物點發(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?/p>

12、束，所以它既能成虛像，又能成實像。七、幾何光學中的光路問題幾何光學是借用“幾何”知識來研究光的傳播問題的，而光的傳播路線又是由光的基本傳播規(guī)律來確定。所以，對于幾何光學問題，只要能夠畫出光路圖，剩下的就只是“幾何問題” 了。而幾 何光學中的光路通常有如下兩類：（1）“成像光路”一一一般來說畫光路應依據(jù)光的傳播規(guī)律，但對成像光路來說，特別是對薄透鏡 的成像光路來說，則是依據(jù)三條特殊光線來完成的。這三條特殊光線通常是指：平行于主軸 的光線經(jīng)透鏡后必過焦點；過焦點的光線經(jīng)透鏡后必平行于主軸；過光心的光線經(jīng)透鏡后傳 播方向不變。（2）“視場光路”一一即用光路來確定觀察范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“

13、邊緣光線”，而一般的“邊緣光線”往往又要借助于物點與像點的一一對應關(guān)系來幫助確定。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,一（振動方向相同），相差恒定。兩個振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 不相同）。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

14、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2.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,。點與雙縫S和4等間距，則當雙縫中發(fā)出光同時射到。點附近的P點時，兩束光波的路程差為6=2ri；由幾何關(guān)系得：ri2=L2+(x -)2,2r22=L2+(x+ d)2.2dx考慮到Ld和Lx,可得6=dx.若光波長為人,亮紋：則當6 =±k入(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6

15、 =± (2k-1)(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-L X (k=0 , 1, 2,) 暗紋坐標 x= ±(2k 1) L 仁(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=LM (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a d d a =_；x=()n -1L文案大全，干涉條紋間距不同，所以屏的中央是白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 色亮紋,兩

16、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6 =k入，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6 =-(2n-1),該點光互相消弱， 2出現(xiàn)暗條紋；條紋間距與單色光波長成正比.Ax,九(8人)，d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一. 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?。簩⒊霈F(xiàn)明暗

17、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A 6 ，等于薄膜厚度d的兩倍，即A 6 =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：A 6 =2d=n入（n=1,2）則出現(xiàn)明紋。 A 6 =2d=（2n-1）入/2（ n=1,2）則出現(xiàn)暗紋。應注意：干涉條紋出現(xiàn)在被照射面（即前表面）。后表面是光的折射所造成的色散現(xiàn)象。單色光明暗 相間條紋，彩色光出現(xiàn)彩色條紋。薄膜干涉應用：肥皂膜干涉、兩片玻璃間的空氣膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛頓環(huán)、蝴蝶 翅膀的顏色等。光照到

18、薄膜上，由膜的前后表面反射的兩列光疊加?？吹侥ど铣霈F(xiàn)明暗相間的條紋。（1）透鏡增透膜（氟化鎂）：透鏡增透膜的厚度應是透射光在薄膜中波長的 1/4倍o使薄膜前后兩面 的反射光的光程差為半個波長，（AT=2d=?入，得d=?入），故反射光疊加后減弱。大大減少了光 的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對人的視覺最敏感， 通過時完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著削弱。所有增透膜的光學鏡頭呈現(xiàn)淡紫色。從能量的角度分析Ea=E反+E透+E吸。在介質(zhì)膜吸收能量不變的前提下，若 E反=0,則E透最大。增強 透射光的強度。（2） “用干涉法檢查平面”：如圖所示，兩板之間形成一層空氣

19、膜，用單色光從上向下照射，如果被 檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凸起來，則對應明紋（或暗紋）提前出現(xiàn)，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應條紋延后出現(xiàn)，如圖乙所示。 （注：“提前”與“延后” 不是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上。）注意：由于發(fā)光物質(zhì)的特殊性，任何獨立的兩列光疊加均不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。只有采用特殊方法從 同一光源分離出的兩列光疊加才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。4.光的波長、波速和頻率的關(guān)系 v=f。光在不同介質(zhì)中傳播時，其頻率f不變，其波長入與光 在介質(zhì)中的波速v成正比.色光的顏色由頻率決定，頻率不變則色光的顏色也不變。二、光的衍射。1 .光的衍射現(xiàn)象是光離開直線路

20、徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象.單縫衍射：中央明而亮的條紋，兩側(cè)對稱排列強度減弱，間距變窄的條紋。圓孔衍射：明暗相間不等距的圓環(huán)，（與牛頓環(huán)有區(qū)別的）2 .泊松亮斑：當光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑。當形成泊松亮斑 時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。3 .各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射 。至使輪廓模糊不清，4 .產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物（或孔）的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。（當障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時, 有明顯衍射現(xiàn)象）A d< 300 X 當A d=0.1mm=130O時看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了。小結(jié)：光的干涉

21、條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，但存在明顯的區(qū)別：單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分布，但衍射條紋中間亮紋光振動垂最寬，兩側(cè)條紋逐漸變窄變暗，干涉條紋則是等間距，明暗亮度相同。直于紙面白光的衍射條紋與干涉條紋都是彩色的。意義：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動性。入大，干涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。光振動 在紙面衍射現(xiàn)象表明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當光波長比障礙物小得多和情況下（條件）光才可以看作直線傳播。（反之）在發(fā)生明顯衍射的條件下，當窄縫變窄時，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。光的直進是幾何光學的基礎(chǔ)，光的衍射現(xiàn)象并沒有完全否認光的直進，而是指出光的傳播

22、規(guī)律受一定條件制約的，二任何物理規(guī)律都受一定條件限制。（光學顯微鏡能放大2000倍，無法再放大， 再放大衍射現(xiàn)象明顯了。）（以下新教材適用）三.光的偏振橫波只沿某個特定方向振動，這種現(xiàn)象叫做 波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。根據(jù)波是否具有偏振現(xiàn)象來判斷波是否橫波，實驗表明，光具有偏振現(xiàn)象，說明光波是橫波。（1）自然光。太陽、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光， 而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光。自然光通過偏振片后成形偏振光。（2）偏振光。自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定的方向振動， 叫偏振光。自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好 是90° ,這時，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直。我們通?？吹降慕^大 多數(shù)光都是偏振光。除了直接從光源發(fā)出的光外。偏振片（起偏器）由特定的材料制成，它上面有一個特殊方向（透振方向）只有振動方向和透振方向平 行的光波才能通過偏振片。（3）只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光的偏振也證明了光是一種波，而且是橫波。各種電磁波中電場E的方向、磁場B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。（4）光波的感光作用和生理作用主要是由電場強度 E引起的，因此將E的振動稱為光振動。（5）應用：立體電影、照相機的鏡頭、消除