几何光学多媒体课件1.ppt

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1、几何光学几何光学漆黑的夜晚，我们什么也看漆黑的夜晚，我们什么也看不见，为什么？不见，为什么？站在太阳下，紧闭双眼，仍什么也站在太阳下，紧闭双眼，仍什么也看不见。为什么？看不见。为什么？我们所以能看到东西是因为我们所以能看到东西是因为眼睛眼睛感受了从物体射来的光感受了从物体射来的光，或者说，或者说要要有光射到我们的眼睛里有光射到我们的眼睛里。人们要看见东西，必须要有光，人们要看见东西，必须要有光，而且光必须进入人们的眼睛。而且光必须进入人们的眼睛。古时候，人们不了解眼睛的构造和作用。有人古时候，人们不了解眼睛的构造和作用。有人认为，人的眼睛能看见东西，是因为眼晴能伸出两认为，人的眼睛能看见东西，

2、是因为眼晴能伸出两条看不见的触角，触角碰到物体的时候，物体就被条看不见的触角，触角碰到物体的时候，物体就被看见了。看见了。我们使用的语言中，还留有这种观点的我们使用的语言中，还留有这种观点的痕迹，例如痕迹，例如“目击目击”这个词，它的字面意思是这个词，它的字面意思是“目目光触及光触及”，好象是说，眼睛可以伸出一条光去触及，好象是说，眼睛可以伸出一条光去触及物体。物体。现在看来，这种看法自然是不科学的。实际上眼睛实际上眼睛一点光也发不出来一点光也发不出来。能够自行发光的物体叫能够自行发光的物体叫光源光源 如蜡烛、电灯、太阳、闪电等如蜡烛、电灯、太阳、闪电等 注意注意：亮的东西不一定都是光源，：亮

3、的东西不一定都是光源，如月亮、水晶等如月亮、水晶等小孔成像小孔成像 用一支削得很尖的铅笔，在一张硬纸板用一支削得很尖的铅笔，在一张硬纸板的中心部分扎一个小孔。孔的直径约三毫米的中心部分扎一个小孔。孔的直径约三毫米左右。设法把它直立在桌子上（如图）。然左右。设法把它直立在桌子上（如图）。然后拉上窗帘，使室内的光线变暗。后拉上窗帘，使室内的光线变暗。点上一支蜡烛，放在靠近小孔的地方。点上一支蜡烛，放在靠近小孔的地方。拿一张白纸，把它放在小孔的另一面。适当拿一张白纸，把它放在小孔的另一面。适当地调节它的位置，就会在白纸上看到一个倒地调节它的位置，就会在白纸上看到一个倒立的烛焰。我们称它是蜡烛的像。立

4、的烛焰。我们称它是蜡烛的像。小孔成的像小孔成的像为什么是倒为什么是倒立的？立的？为了说明这些问题，我们把蜡烛的火为了说明这些问题，我们把蜡烛的火焰看成是由许多小发光点组成的，每个发焰看成是由许多小发光点组成的，每个发光点都向四面八方射着光。光点都向四面八方射着光。总会有一小束总会有一小束光，笔直地穿过小孔，在白纸上形成一个光，笔直地穿过小孔，在白纸上形成一个小光斑。小光斑。烛焰上的每一个发光点都会在白烛焰上的每一个发光点都会在白纸上形成一个对应的光斑，全部光斑在白纸上形成一个对应的光斑，全部光斑在白纸上就组成了一个烛焰的像。纸上就组成了一个烛焰的像。从图中可以看出，从图中可以看出，烛焰上部烛焰

5、上部发发的光沿直线通过小孔，照在白纸的的光沿直线通过小孔，照在白纸的下部下部；烛焰；烛焰下部下部发出的光，通过小发出的光，通过小孔，照在白纸的孔，照在白纸的上部上部，所以在白纸，所以在白纸上形成一个上形成一个倒立的像倒立的像。小孔成像说。小孔成像说明光是任何传播的？明光是任何传播的？光是直线传播的光是直线传播的 光在均匀介质中沿直线传播光在均匀介质中沿直线传播注意：注意：光在光在同一种介质同一种介质中沿直线传中沿直线传播是有条件的，就是介质要播是有条件的，就是介质要均匀均匀，才是沿直线传播的。才是沿直线传播的。如果介质不均匀光线也会发生如果介质不均匀光线也会发生弯曲。弯曲。由于光是沿直线传播的

6、，我们由于光是沿直线传播的，我们就可以沿光的传播路线就可以沿光的传播路线画一条直线画一条直线，并在直线上并在直线上画上箭头表示光的传播画上箭头表示光的传播方向。方向。这种表示光的传播方向的直线这种表示光的传播方向的直线叫做叫做光线光线。将这种将这种假想的光线假想的光线及光的传播路径用及光的传播路径用画图的方法表示出来叫做画图的方法表示出来叫做光路图。光路图。请举例说出光直线传播的现象。请举例说出光直线传播的现象。（1）影子：大家想一想，在灯光下、阳）影子：大家想一想，在灯光下、阳光、月光、下为什么会出现影子光、月光、下为什么会出现影子（2）影子为什么会随着人与光源位置的）影子为什么会随着人与光

7、源位置的改变？试画图说明改变？试画图说明 影子的出现不恰恰证明了光在空气中是沿直线影子的出现不恰恰证明了光在空气中是沿直线传播的吗？如果光能拐弯，它就能绕过物体跑传播的吗？如果光能拐弯，它就能绕过物体跑到物体的背后去，物体背光的一方就会亮起来，到物体的背后去，物体背光的一方就会亮起来，那还会有影子吗？那还会有影子吗？光在光在真空中真空中的传播速度。的传播速度。光在真空中的传播速度是光在真空中的传播速度是3108m/s，（空气中近似认为（空气中近似认为3108m/s）光在光在水中水中传播的速度是传播的速度是2.25108m/s,光在光在玻璃玻璃中的传播速度是中的传播速度是2108m/s记忆口诀真

8、空水玻璃，速度节节低。真空水玻璃，速度节节低。对于对于两种介质两种介质来说，光在其中速来说，光在其中速度较大的叫度较大的叫光疏介质光疏介质，速度较小的叫，速度较小的叫做做光密介质光密介质。对于水和玻璃两种介质来说，对于水和玻璃两种介质来说，哪一个是光疏介质？哪一个是光疏介质？光的反射及反射定律光的反射及反射定律 反射反射是指光从一种介质射到另一种是指光从一种介质射到另一种介质表面时，有部分光介质表面时，有部分光返回原介质中传返回原介质中传播播的现象。的现象。光的反射所遵循的规律光的反射所遵循的规律称为光称为光的反射定律。的反射定律。光的反射定律光的反射定律 反射光线、入射光线与法线在同一平面反

9、射光线、入射光线与法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居在法线的上，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；两侧，反射角等于入射角；入射光线入射光线反射光线反射光线法线法线入射光线入射光线反射光线反射光线法线法线记忆口诀：记忆口诀：1面面2角角3线线注意注意：对应于一条入射光线，只有：对应于一条入射光线，只有一条反射光线。一条反射光线。反射角等于入射角反射角等于入射角。反射反射角随着入射角的改变而改变角随着入射角的改变而改变记忆口诀：记忆口诀：1面面2角角3线线反射现象中光路可逆反射现象中光路可逆上图中光线上图中光线BO沿原来的反射光线沿原来的反射光线OB的方向的方向射到界面上

10、，这时的反射光线射到界面上，这时的反射光线OA定会沿原来定会沿原来的入射光线的入射光线AO 的方向射出去。的方向射出去。镜面反射和漫反射镜面反射和漫反射 黑板用久了，会出现黑板用久了，会出现“反光反光”现象，即有些同学会说现象，即有些同学会说“老师，我老师，我看不清黑板上写的东西。为什么？看不清黑板上写的东西。为什么？是因为发生了镜面反射，使有些是因为发生了镜面反射，使有些方向没有反射光线，从而看不见黑板方向没有反射光线，从而看不见黑板上的东西。上的东西。注意注意：无任是镜面反射还是漫反射，每一条：无任是镜面反射还是漫反射，每一条反射光线和入射光线之间的关系同样遵守反反射光线和入射光线之间的关

11、系同样遵守反射定律。射定律。另外，日常见到的绝大部分反射面都另外，日常见到的绝大部分反射面都会发生漫反射，由于漫反射才能够使我们会发生漫反射，由于漫反射才能够使我们从不同方向看到物体。教师里的黑板用毛从不同方向看到物体。教师里的黑板用毛玻璃、电影幕布用粗布，都是为了使各个玻璃、电影幕布用粗布，都是为了使各个方向的人都能看到物体。方向的人都能看到物体。纸亮还是镜子亮？纸亮还是镜子亮？在一间黑屋子里，用手电筒照射一在一间黑屋子里，用手电筒照射一面镜子和一张白纸。你想，是镜子亮还面镜子和一张白纸。你想，是镜子亮还是白纸亮？你也许立即回答：是白纸亮？你也许立即回答：“是镜子是镜子亮亮”。不要忙着下结论

12、，还是先来观察。不要忙着下结论，还是先来观察一下吧！一下吧！左图表示了这个实验的结果：左图表示了这个实验的结果：镜子看起来成了黑的。如果在同样镜子看起来成了黑的。如果在同样条件下，白纸反而比镜子亮一些。条件下，白纸反而比镜子亮一些。这是什么缘故呢？这是什么缘故呢？因为光滑的镜面只因为光滑的镜面只能规则地反射光线，能规则地反射光线，发生了发生了镜面反射镜面反射 一束光线照在白纸上，由于纸的表面一束光线照在白纸上，由于纸的表面凹凸不平，光束就被反射到许多不同凹凸不平，光束就被反射到许多不同的方向去，即发生了漫反射。的方向去，即发生了漫反射。正是借助漫反射光正是借助漫反射光线，我们才能在任线，我们才

13、能在任何方向上看见被照何方向上看见被照亮的物体亮的物体 答：闪电、夜光表、火炬都是光源。因为答：闪电、夜光表、火炬都是光源。因为它们本身都是能够发光的物体。钻石不是它们本身都是能够发光的物体。钻石不是光源，因为它们本身是不发光的。光源，因为它们本身是不发光的。平面镜平面镜 凡反射面是平面的镜子叫做凡反射面是平面的镜子叫做平面镜平面镜 平面镜所成像是物体发出平面镜所成像是物体发出（或反射出）的光线入射到（或反射出）的光线入射到镜面并发生反射，由反射光镜面并发生反射，由反射光的延长线在镜后相交而形成的延长线在镜后相交而形成的。的。如图所示，光从光源如图所示，光从光源S 点发出，射到平点发出，射到平

14、面镜上的光束，经面镜上的光束，经反射反射后一部分进入眼睛，后一部分进入眼睛，这束反射光看起来好象是从镜后这束反射光看起来好象是从镜后S发出，沿发出，沿直线射到眼中的一样。直线射到眼中的一样。光源光源S在平面镜后的像在平面镜后的像S并并不是由实际光线会聚而成的，不是由实际光线会聚而成的，因而这样的像叫因而这样的像叫虚像虚像。因为。因为如果用光屏放在平面镜后的如果用光屏放在平面镜后的S处，是接收不到这个像的。处，是接收不到这个像的。人们有一个习惯，总是沿着直线去寻人们有一个习惯，总是沿着直线去寻找射出光线的物体。找射出光线的物体。平面镜成象特点平面镜成象特点 物体在平面镜里成的是物体在平面镜里成的

15、是虚象虚象；象和；象和物体的物体的大小相等大小相等，它们对应点的连线和，它们对应点的连线和镜面垂直镜面垂直，它们到镜面的，它们到镜面的距离相等距离相等。记忆口诀记忆口诀：等大、对称、连线垂直：等大、对称、连线垂直平面镜的应用：梳妆用镜子、潜望平面镜的应用：梳妆用镜子、潜望镜等镜等。例题：一个身高例题：一个身高1.7米的同学，站在米的同学，站在竖直竖直放置放置的穿衣镜前，他要看到自己的全身的穿衣镜前，他要看到自己的全身像，穿衣镜的长度像，穿衣镜的长度至少是多少至少是多少？至少是人身高的一半至少是人身高的一半 硬币的浮现硬币的浮现把一枚硬币放在没有装水的瓷杯里。把瓷杯放在桌子上，慢慢地向远处推移，

16、直到你的眼睛刚好看不到硬币为止。保持你的头部不动，缓慢地向杯中倒水，保持你的头部不动，缓慢地向杯中倒水，倒着，倒着，怪事出现了：你又重新看到了倒着，倒着，怪事出现了：你又重新看到了杯底的硬币。杯底的硬币。原因是这样的，开始的时候，你看不到硬币，原因是这样的，开始的时候，你看不到硬币，是因为来自硬币的光线被茶杯的边缘挡住了，是因为来自硬币的光线被茶杯的边缘挡住了，杯子里倒进水以后，情况就发生了变化，来杯子里倒进水以后，情况就发生了变化，来自硬币的光线自硬币的光线从水中射向空气的时候，在水从水中射向空气的时候，在水和空气的界面上改变了前进的方向和空气的界面上改变了前进的方向（如上图（如上图所表示的

17、一样），所以才能进入你的眼中，所表示的一样），所以才能进入你的眼中，使你看到了硬币。使你看到了硬币。光的折射光的折射 光从一种介质进入另一种介质，光从一种介质进入另一种介质，它的它的传播方向通常会发生改变传播方向通常会发生改变，这，这种现象叫光的种现象叫光的折射折射光的折射规律光的折射规律 在折射现象中折射光线，入射光线在折射现象中折射光线，入射光线和法线在同一平面上；折射光线和入射和法线在同一平面上；折射光线和入射光线总是光线总是分居在法线两侧分居在法线两侧，增大入射角，增大入射角，折射角也增大。折射角也增大。光从空气光从空气斜射入斜射入其他介质（水、油、酒精、其他介质（水、油、酒精、玻璃等

18、）时，玻璃等）时，折射角一定小于入射角折射角一定小于入射角；光从；光从其他介质射入空气时，其他介质射入空气时，折射角大于入射角折射角大于入射角。注意注意：当入射角为零时，折射：当入射角为零时，折射角也为零，光线没有偏角也为零，光线没有偏折。折。记忆口诀记忆口诀光光疏疏到光到光密密，折射角，折射角偏小偏小。光光密密到光到光疏疏，折射角，折射角偏大偏大。人们有一个习惯，总是沿着直线去人们有一个习惯，总是沿着直线去寻找射出光线的物体。寻找射出光线的物体。当人当人在一种介质中观察另一种在一种介质中观察另一种介质中的物体时介质中的物体时，观察到的都不是，观察到的都不是物体本身，而是由物体发出的光经物体本身，而是由物体发出的光经折射后，折射光线反向延长线相交折射后，折射光线反向延长线相交所得的所得的虚象虚象。或者说：。或者说：人们有一个人们有一个习惯，总是沿着直线去寻找射出光习惯，总是沿着直线去寻找射出光线的物体。线的物体。