几何光学复习.doc
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1、几何光学复习 知识结构: 知识要点详析:一、两个概念:1、光速:A、在真空中:光在真空中的传播速度最大 c=3.0108m/sB、在同一介质中:根据 可得: 说明:a、同一色光在不同介质中的折射率不同,所以传播速度也不同。光在折射率越大的介质中传播速度越小。b、不同色光对同一介质的折射率不同,色光频率越大,折射率也越大,在同一介质中的传播速度就越小。2、像:物理学有像的确切定义:从物点发出的发散光束,经过光学元件后,有三种可能:(1)会聚于一点,该点就称为物点的实像点;(2)成为发散光束,其反向延长线的会聚点,称为物点的虚像点;(3)成为平行光束,则不成像。说明:a、像是客观的,与人是否观察到
2、无关b、根据光路可逆,物与实像具有相对性,物点发光经过固定的光学元件后形成实像点,如果将物点放置在实像点位置时,则此时物点的像点将在原来的物点上。二、三个基本规律(一)光的直线传播1、光源:能够自行发光的物体叫做光源。光源发光就是把其他形式的能量转变为光能的过程2、光的直线传播:光在同种均匀介质中沿直线传播。例如:小孔成像、影、日食、月食都是直线传播的例证。说明:“光在同种均匀介质中沿直线传播”这句话严格说来是不正确的,在物理光学部分我们会学习到光在同种均匀介质中可以不沿直线传播,例:发生了衍射。光的波长的数量级是10-7m,在宏观范围内,不会发生衍射,认为光是直进的,这就构成了以光的直线传播
3、为理论基础的几何光学知识。(二)光的反射定律光射到两种介质的分界面处,有一部分光返回到原来介质中,这就是光的反射现象。1、内容:反射光线、入射光线和法线在同一平面内,反射光线和入射光线分居在法线的两侧,反射角等于入射角。2、说明:在反射现象中光路是可逆的镜面反射与漫反射遵从反射定律3、应用:平面镜平面镜不动,入射光线转过,反射光线也转入射光线不动,平面镜转,反射光线转2(如图) 两平面镜成直角,入射光线经两次反射后的反射光线与入射光线平行且反向。(如图) B、平面镜成像特点:等大、正立对称、虚像作图:所有的入射光线和反射光线画实线且有箭头,所有反射光线的反向延长线画虚线且过像点,所有的虚像画虚
4、线。(如图) C、平面镜只改变光束的传播方向,不改变光束的性质。(三)光的折射:光射到两种介质的分界面处,有一部分光进入到另一种介质中,并且改变了原来的传播方向,这就是光的折射现象。1、内容:折射光线、入射光线、和法线在同一平面内,折射光线和入射光线分居在法线的两侧,入射角的正弦与折射角的正弦成正比,sini/sinr=常数。2、说明:折射现象中光路是可逆的3、应用:A、折射率:光从真空射入某种介质,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做介质的折射率。表示为: ,(注意:光是从真空射入某种介质,有ir);实验证明:介质的折射率等于光在真空中的速度与该介质中传播速度之比: (n1)两种介质相比较,
5、折射率较大的介质叫做光密介质;折射率较小的介质叫做光疏介质;常见的测介质折射率的仪器有平行玻璃砖,实验室常用:“插针法”测玻璃砖的折射率。当光通过平行玻璃砖时,不改变传播方向,也不改变光束的会聚和发散程度,只发生侧移。若物体通过平行玻璃砖成像时,成的是虚像,像的位置较物的实际位置有侧移。(如图) B、全反射光照射到两种介质界面时,光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象。发生全反射的条件:(1)光线从光密介质射入光疏介质(2)入射角大于等于临界角(光线从某种介质射向真空时的临界角满足: )说明:全反射时满足反射定律C、棱镜a、棱镜可以改变光的传播方向:光经过三棱镜发生两次折射,每次折射都是光
6、束向棱镜底面偏折;点光源通过棱镜成虚像,像点较物点向棱镜顶角偏离。b、棱镜可以使光发生色散白光的色散表明:白光是复色光同一介质对不同色光有不同的折射率,不同色光在同一介质中的折射率不同。七色光的对比:红紫折射率 增大传播速度 减小临界角 减小例题精选:例1:关于声速和光速,下列叙述中正确的是A声音在空气中的传播速度大于在水中的传播速度。B光在空气中的传播速度大于在水中的传播速度。C声音和光在真空中都传播得最快。D声音和光在真空中都不能传播。分析: 声音是机械波,它是声振动在弹性介质中传播形成的,在真空中无法传播,弹性介质的密度越大,声音的传播速度越大。光是一种电磁波,是电、磁场在空间的传播过程
7、,无论有无介质光均可传播,光在真空中传播最快,在其它介质中光速 ,真空 ,空气n略大于1,水的 ,因此光在水中的传播速度小于空气中的传播速度。答:B。例2:月球M围绕地球E公转,当月球运动到地球背向太阳的一面时,就可能发生月食,太阳光在地球背面的空间形成半影区、和本影区,如图所示,图中和是亮区,那么下列叙述不正确的是 A月亮在、两个区域不发生月食。B月亮进入区后发生月全食。C月亮在、两区时发生月偏食。D 月亮在、两区的交界处或、两区的交界处才发生月偏食。分析:阳光被地球挡住形成影子,太阳上任何一个发光点都照不到的区即为地球的本影区;只有一部分发光点能照到、另一部分发光点照不到的、两区形成的地球
8、的半影区。月亮绕地球运动到区时,无任何阳光照到月球上,所以这是发生月全食的区域。月球在、两区时,虽然只有太阳上的一部分发光点发出的光照到月球表面上,但整个月球圆面上都是亮的,只是亮度比、两区较暗而已,只有月球从区进入区以及从区进入区过程才是月偏食的情况。答案:C。例3:一束白光通过三棱镜折射时发生色散,如图所示,那么正确说法是A色散仅发生在棱镜的AB侧面上。 B色散仅发生在棱镜的AC侧面上。C在三棱镜的AB、AC两个侧面上都发生色散现象。D无法判定上述说法哪个正确。分析:白光是含有各种频率色光的混合体,当它射到棱镜的AB侧面上 时,各种色光都发生折射,由于棱镜材料对不同频率的单色光折射率各不相
9、同,因此这些不同的色光虽然入射角都相同,但折射角却各不相同,所以进入棱镜后不同的单色光射向不同方向,由红到紫分散成一条彩色光带。这些不同频率的单色光以不同的入射角射到棱镜AC侧面的不同点上各自 再次发生折射,但已不再是复色光分解成单色光了,因而并不存在第二次的色散问题。答案:A。例4:如图1所示,一条隧道,其顶点由一足够大的平面镜构成,平面镜与水平地面平行,在地面上放一矩形物体,在它左侧有一点光源。用作图法确定物体右侧被光源照亮的部分。分析:从点光源向各个方向发出无数多条光线。其中有两条光线可以用来确定物体右侧地面上被照亮的区域,一条是由光源发出的经过物体上的A点射到平面镜上的光线,反射后射到
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