2022年高中物理光学知识点.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点光学学问点 光的直线传播光的反射 一、光源 1定义：能够自行发光的物体2特点：光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能,光在介质中传播就是能量的传播二、光的直线传播 8m/s；1光在同一种匀称透亮的介质中沿直线传播,各种频率的光在真空中传播速度：C3× 10 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度,即 v<C；说明 ： 直线传播的前提条件是在同一种介质,而且是匀称介质；否就,可能发生偏折；如从空气进入 水中（不是同一种介质） ；“ 海市蜃楼” 现象（介质不匀称） ； 同一种频率的光在不同介质中的传播速度是不同的；不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同；在同一种介质中,频率越低的光其传播速度越大；依据爱因斯坦的相对论光速不行 能超过 C； 当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时,发生明显的衍射现象,光线可以偏离原来的传播方向； 近年来（ 1999-2001 年）科学家们在极低的压强（10-9Pa）和极低的温度（ 10-9K）下,得到一种 物质的凝结态,光在其中的速度降低到 17m/s,甚至停止运动；2本影和半影（l）影：影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成的区域（2）本影：发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域（3）半影：发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光线照耀的区域（4）日食和月食：人位于月球的本影内能看到日全食,位于月球的半 影内能看到日偏食,位于月球本影的延长区域（即“ 伪本影”）能看到 便分别能看到月 日环食当地球的本影部分或全部将月球反光面遮住,偏食和月全食详细来说：如图中的 P 是月球,就地球上的某区域处在区域 A 内将看 到日全食；处在区域 B 或 C 内将看到日偏食；处在区域 D 内将看到日 环食；如图中的 P 是地球,就月球处在区域 A 内将看到月全食；处在 区域 B 或 C 内将看到月偏食； 由于日、月、地的大小及相对位置关系打算看月球不行能运动到区域D 内,所以不存在月环食的自然光现象；3.用眼睛看实际物体和像 用眼睛看物或像的本质是凸透镜成像原理：角膜、水样液、晶状体和玻璃体共同作用的结果相 当于一只凸透镜；发散光束或平行光束经这只凸透镜作用后,在视网膜上会聚于一点,引起感光细胞的感觉,通过视神经传给大脑,S / S产生视觉；图中的 S 可以是点光源,即本身发光的物体；图中的 S 也可以是实像点 （是实际光线的交点） 或虚像点（是 发散光线的反向延长线的交点） ；入射光也可以是平行光；以上各种情形下,入射光线经眼睛作用后都能会聚到视网膜上一点,所以都能被眼看到；三、光的反射1.反射现象：光从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象2反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面内,且反射光线和人射光线分居法线两侧,反射角等于入射角3分类：光滑平面上的反射现象叫做镜面反射；发生在粗糙平面上的反射现象叫做漫反射；镜面 反射和漫反射都遵循反射定律名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点4光路可逆原理：全部几何光学中的光现象,光路都是可逆的四平面镜的作用和成像特点（1）作用：只转变光束的传播方向,不转变光束的聚散性质（2）成像特点：等大正立的虚像,物和像关于镜面对称（3）像与物方位关系 : 上下不颠倒 , 左右要交换光的折射、全反射 一、光的折射 1折射现象：光从一种介质斜 射入另一种介质,传播方向发生转变的现象2折射定律： 折射光线、入射光线跟法线在同一平面内,折射光线、入射光线分居法线两侧,入 射角的正弦跟折射角的正弦成正比3在折射现象中光路是可逆的二、折射率 , 入射角的正弦跟折射角的正弦之比 , 叫做介质的折射率留意：1定义：光从真空射入某种介质 指光从真空射入介质2公式： n=sini/sin c 1,折射率总大于 1即 n10 v sin C 3. 各种色光性质比较：红光的 n 最小, 最小,在同种介质中（除真空外）v 最大, 最大,从 同种介质射向真空时全反射的临界角 C最大,以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小）；（留意区分偏折角和折射角 4两种介质相比较,折射率较大的叫光密介质,折射率较小的叫光疏介质三、全反射 1全反射现象：光照耀到两种介质界面上时,光线全部被反射回原介质的现 象2全反射条件： 光线从光密介质射向光疏介质, 且入射角大于或等于临界角3临界角公式：光线从某种介质射向真空（或空气）时的临界角为 C,就 sinC=1/n=v/c 四、棱镜与光的色散 1. 棱镜对光的偏折作用 一般所说的棱镜都是用光密介质制作的；入射光线经三棱镜两次折射后, 射出方向与入射方向相比,向底边偏折； 如棱镜的折射率比棱镜外介质小就结论相反； 作图时尽量利用对称性 把棱镜中的 光线画成与底边平行 ；由于各种色光的折射率不同,因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象,在光屏上形成七色光带（称光谱）（红光偏折最小,紫光偏折最大； ）在同一介质中,七色光与下面几个物理量的对应关系 如表所示；光学中的一个现象一串结论名师归纳总结 色散现象红n v衍射C临干涉E光子光电效应波动性 间距粒子性 小大大 明显 简单小大小难小 不明显 黄大小小不明显 难大小大 明显 大易紫第 2 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点结论： 1折射率 n、；2全反射的临界角C；v；x3同一介质中的传播速率 4在平行玻璃块的侧移5光的频率 ,频率大 ,粒子性明显 .；6光子的能量 E=h 就光子的能量越大；越简单产生光电效应现象 7在真空中光的波长 ,波长大波动性显著；8在相同的情形下,双缝干涉条纹间距 x 越来越窄 9在相同的情形下,衍射现象越来越不明显 2. 全反射棱镜 挑选适当的入 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜；射点,可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转 90 o（右图 1）或 180 o（右图 2）要特殊留意两种用法中光线在 哪个表面发生全反射；3. 玻璃砖所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱；从下表面射出时,其特点是：射出光线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；当光线从上表面入射,射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；可利用玻璃砖测定玻璃的折射率；4. 光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）；光纤有内、外两层材料,其中内层是光密介质,外层是光疏介质；光在光纤中传播时,每次射到内、外两层材料的界面,都要求入射角大于 临界角,从而发生全反射；这样使从一个端面入射的光,经过多次全反射能够没有缺失地全部从另 一个端面射出；五、各光学元件对光路的掌握特点1光束经平面镜反射后,其会聚（或发散）的程度将不发生转变；这正是反射定律中“ 反射角等于 入射角” 及平面镜的反射面是“ 平面” 所共同打算的；2光束射向三棱镜,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特点是：向着底边偏折,如光束 由复色光组成,由于不同色光偏折的程度不同,将发生所谓的色散现象；3光束射向前、后表面平行的透亮玻璃砖,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特点是；传播方向不变,只产生一个侧移；4光束射向透镜,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特点是：凸透镜使光束会聚,凹透 镜使光束发散；六、各光学镜的成像特点 物点发出的发散光束照耀到镜面上并经反射或折射后,如会聚于一点,就该点即为物点经镜面 所成的实像点；如发散,就其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点；因此,判定某光 学镜是否能成实（虚）像,关键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是否能变为会聚光束（可能 仍为发散光束）；（1）平面镜的反射不能转变物点发出的发散光束的发散程度,所以只能在异侧成等等大的、正立 的虚像；（2）凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高,所以只能在同侧成缩小的、正立 的虚像；（3）凸透镜折射既能使物点发出的发散光束仍旧发散,又能使物点发动身散光束变为聚光束,所以它既能成虚像 ,又能成实像；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点光的波动性 光的本性 一、光的干涉 一、光的干涉现象 两列波在相遇的叠加区域,某些区域使得“ 振动” 加强,显现亮条纹；某些区域使得振动减弱,出 现暗条纹；振动加强和振动减弱的区域相互间隔,显现明暗相间条纹的现象；这种现象叫 光的干涉 现象 ；二、产生稳固干涉的条件：两列波频率相同,振动步调一样 相干波源振动方向相同 ,相差恒定；两个振动情形总是相同的波源,即1.产生相干光源的方法（必需保证相同）；这样两束光都来源于同利用激光由于激光发出的是单色性极好的光；分光法 一分为二 ：将一束光分为两束频率和振动情形完全相同的光；一个光源 ,频率必定相等 下面 4 个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图点或缝 光源分割法：杨氏双缝 双孔 干涉试验；利用反射得到相干光源：薄膜干涉利用折射得到相干光源：S1S2 S a c S / Sd b 2双缝干涉 的定量分析如下列图,缝屏间距 L 远大于双缝间距 d,O 点与双缝 S1 和 S2 等间距,就当双缝中发出光同时射到 O 点邻近的 P 点时,两束光波的路程差为 =r2r1；由几何关系得： r1 2=L 2+xd 2,2r2 2=L 2+x+ d 2. 2考虑到 Ld 和 Lx,可得 = dx .如光波长为 ,L亮纹：就当 =± k k=0,1,2, 屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍时,两束光叠加干涉加强；暗纹：当 =± 2k12k=0,1,2, 屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍时,两束光叠加干涉减弱,第 4 页,共 7 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点据此不难推算出：1明纹坐标 x=± k L k=0,1,2, ） 2暗纹坐标 x=± 2k1 L ·d d 2k=1,2, ）测量光波长的方法 3条纹间距 相邻亮纹 暗纹 间的距离 x= L . 缝屏间距 L,双缝间距 d d用此公式可以测定单色光的波长；就出 n 条亮条纹 暗 条纹的距离 a,相邻两条亮条纹间距a dx d an 1 L L n 1用白光作双缝干涉试验时 ,由于白光内各种色光的波长不同 ,干涉条纹间距不同 ,所以屏的中心是白色亮纹 ,两边显现彩色条纹；结论： 由同一光源发出的光经两狭缝后形成两列光波叠加产生当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时,即 =k ,该处的光相互加强,显现亮条纹； =22n1 ,该点光相互·当到达某点的路程差为半波长奇数倍时,既消弱,显现暗条纹；·条纹间距与单色光波长成正比所以用 单色光作双缝干涉试验时,暗相同且间距相等的条纹x l ,d屏的中心是亮纹,两边对称地排列明用白光作双缝干涉试验时 ,屏的中心是白色亮纹,两边对称地排列彩色条纹,离中心白色亮纹最 近的是紫色亮纹；缘由：不同色光产生的条纹间距不同,显现各色条纹交叉现象；所以显现彩色条纹；将其中一条缝遮住：将显现明暗相间的亮度不同且不等距的衍射条纹 3薄膜干涉现象： 光照到薄膜上,由薄膜前、后表面反射的两列光波叠加而成劈形薄膜干涉可 产生平行相间条纹,两列反射波的路程差 ,等于薄膜厚度 d 的两倍,即 =2d； 由于膜上各处厚度不同,故各处两 列反射波的路程差不等；如： =2d=nn=1,2 就显现明纹； =2d=2n-1 /2n=1,2 就出 现暗纹；应留意：干涉条纹显现在被照耀面 相间条纹,彩色光显现彩色条纹；即前表面 ；后表面是光的折射所造成的色散现象；单色光明暗薄膜干涉应用 ：肥皂膜干涉、两片玻璃间的空气膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛顿环、蝴蝶翅膀的颜色等；光照到薄膜上,由膜的前后表面反射的两列光叠加；看到膜上显现明暗相间的条纹；1透镜增透膜 氟化镁 ：透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的 14 倍；使薄膜前后两面的 反射光的光程差为半个波长, T=2d=.,得 d=.,故反射光叠加后减弱；大大削减了光的反射损 失,增强了透射光的强度,这种薄膜叫增透膜；光谱中心部分的绿光对人的视觉最敏锐,通过时完 全抵消,边缘的红、紫光没有显著减弱；全部增透膜的光学镜头出现淡紫色；从能量的角度分析E 入=E 反+E 透+E 吸； 在介质膜吸取能量不变的前提下,如E 反=0,就 E 透最大；增强透射光的强度；2“ 用干涉法检查平面”：如下列图,两板之间形成一层空气膜,用单色光从上向下照耀,假如被检测平面是光滑的,得到的干涉图样必是等间距的；假如某处凸起来,就对应明纹 或暗纹 提前出现,如图甲所示；假如某处凹下,就对应条纹延后显现,如图乙所示；注： “提前 ”与“延后 ”不是指在时间上,而是指由左向右的次序位置上； 留意： 由于发光物质的特殊性,任何独立的两列光叠加均不能产生干涉现象；只有采纳特殊方法从同一光源分别出的两列光叠加才能产生干涉现象；4光的波长、波速和频率的关系 v f；光在不同介质中传播时,其频率 f 不变,其波长 与光在介质中的波速 v 成正比色光的颜色由频率打算,频率不变就色光的颜色也不变；名师归纳总结 第 5 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点二、光的衍射；1.光的衍射现象 是光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象单缝衍射： 中心明而亮的条纹,两侧对称排列强度减弱,间距变窄的条纹；圆孔衍射： 明暗相间不等距的圆环, （与牛顿环有区分的）2.泊松亮斑：当光照到不透光的微小圆板上时, 在圆板的阴影中心显现的亮斑； 当形成泊松亮斑时,圆板阴影的边缘是模糊的,在阴影外仍有不等间距的明暗相间的圆环；3.各种不同外形的障碍物都能使光发生衍射；至使轮廓模糊不清,4.产生明显衍射的条件：当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时,障碍物 或孔 的尺寸可以跟波长相比,甚至比波长仍小；有明显衍射现象 d300 当 d=0.1mm=1300 时看到的衍射现象就很明显了；小结：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,但存在明显的区分：单色光的衍射条纹与干涉条纹都是明暗相间分布,但衍射条纹中间亮纹最宽,两侧条纹逐步变窄变暗,干涉条纹就是等间距,明暗亮度相同；白光的衍射条纹与干涉条纹都是彩色的；意义：干涉和衍射现象是波的特点：证明光具有波动性； 大,干涉和衍射现明显,越简单观察到现象；衍射现象说明光沿直线传播只是近似规律,当光波长比障碍物小得多和情形下 条件 光才可以 看作直线传播； 反之 在发生明显衍射的条件下,当窄缝变窄时,亮斑的范畴变大,条纹间距离变大,而亮度变暗；光的直进是几何光学的基础,光的衍射现象并没有完全否认光的直 光振动垂 进,而是指出光的传播规律受肯定条件制约的,任何物理规律都受 直于纸面肯定条件限制； 光学显微镜能放大 2000 倍,无法再放大,再放大衍射 现象明显了； 以下新教材适用 三.光的偏振波的偏振； 只有横波才光振动横波只沿某个特定方向振动,这种现象叫做在纸面有偏振现象；依据波是否具有偏振现象来判定波是否横波,试验说明,光具有偏 振现象,说明光波是横波；（1）自然光 ；太阳、电灯等一般光源直接发出的光,包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫自然光；自然光通过偏振片后成形偏振光；（2）偏振光 ；自然光通过偏振片后,在垂直于传播方向的平面上,只沿一个特定的方向振动,叫偏振光；自然光射到两种介质的界面上,假如光的入射方向合适,使反射和折射光之间的夹角恰好 是 90° ,这时,反射光和折射光就都是偏振光,且它们的偏振方向相互垂直；我们通常看到的绝大 多数光都是偏振光；除了直接从光源发出的光外；偏振片 起偏器 由特定的材料制成,它上面有一个特殊方向 透振方向 只有振动方向和透振方向平行 的光波才能通过偏振片；（3）只有横波才有偏振现象；光的偏振也证明白光是一种波,而且是横波；各种电磁波中电场E的方向、磁场 B 的方向和电磁波的传播方向之间,两两相互垂直；（4）光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E 引起的,因此将 E 的振动称为光振动；（5）应用： 立体电影、照相机的镜头、排除车灯的眩光等；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 名师总结优秀学问点第 7 页,共 7 页- - - - - - -