南通市教研室高三物理精品复习 第十五讲 几何光学 人教.ppt
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1、第十五讲第十五讲几何光学几何光学【知识要点】一、光的直线传播一、光的直线传播二、光的反射二、光的反射三、光的折射三、光的折射四、透镜四、透镜(不考不考)一、光的直线传播一、光的直线传播1光在同种均匀介质中沿直线传播二、光的反射二、光的反射1反射定律反射定律反射光线跟入射光线跟法线在同一平面上，反射光线和入射光线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。=2面镜面镜(1)平面镜；(2)凹面镜；(3)凸面镜。平面镜成象的特点:等大,正立,虚象,关于平面镜对称.三、光的折射三、光的折射(一一)光的折射光的折射1、折射定律、折射定律折射光线跟入射光线和法线在同一平面里，折射光线跟入射光线分居法线的两侧，入射
2、角的正弦与折射角的正弦之比等于常数。2、折射率、折射率光从真空射入某种介质发生折射的时候，入射角的正弦sin i，与折射角的正弦sin r之比值n叫做这种介质的折射率。理论研究和实验研究都证明：某种介质的折射率n，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比。由于光在介质中的传播速度总是小于光在真空中的传播速度，所以任何介质的折射率n均大于1。2、折射率、折射率光从真空射入某种介质发生折射的时候，入射角的正弦sin i，与折射角的正弦sin r之比值n叫做这种介质的折射率。理论研究和实验研究都证明：某种介质的折射率n，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比。由于光在介质中的传
3、播速度总是小于光在真空中的传播速度，所以任何介质的折射率n均大于1。3、实验：测定玻璃的折射率、实验：测定玻璃的折射率(二二)全反射全反射1、全反射现象、全反射现象光的传播速度较小，折射率较大的介质称之为光密介质；光的传播速度较大、折射率较小的介质称之为光疏介质。当光线从光密介质射入光疏介质时，且当入射角增大到某一角度，使折射角达到90时，折射光线就完全消失，只剩下反射到光密介质的光线，这种现象叫光的全反射。2、临界角、临界角折射角变成90时的入射角叫临界角。设介质的折射率为n，光在介质中的传播速度为v，光在真空中的传播速度为大写C，光从介质射入真空（或空气）时的临界角为小写c，那么3.应用:
4、(1)海市蜃楼 (2)光导纤维(三三)光的色散光的色散1、光的色散、光的色散光的色散是指复色光通过折射（如通过三棱镜）后，在光屏上形成彩色光带的现象（如图）。色散的实质是由各种色光在同一介质中传播的速率不同，或者说是同一种介质对不同色光的折射率不同而引起的。2、折射率与光的频率的关系、折射率与光的频率的关系在同一种介质中频率越高的光折射率越大。故同一介质对紫光折射率最大，对红方折射率最小。3、折射率与光速及波长的关系。、折射率与光速及波长的关系。光从真空进入介质时，频率不变，速率减小，波长变短。设光在真空中的波长为，光在介质中的波长为，那么对于不同频率的光波在同一种介质中，频率较高的光速率较小
5、，波长较短。(二二)透镜成像的作图透镜成像的作图1、凸透镜成像的作图要求出一个发光点由凸透镜所成的像，只需求出从这个发光点发出的任意两条光线经凸透镜折镜后的交点就可以了。特别是发光点不在主轴上时，下面三条光线的折射方向很容易求出：（1）跟主轴平行的光线，折射后通过焦点；（2）通过焦点的光线，折射后跟主轴平行；（3）通过光心的光线，经过透镜后方向不变。应用这三条光线中的任意两条，就可以求出发光点S的像S。2、凹透镜成像的作图相仿，要求出一个发光点由凹透镜所成的像，只需求出从这个发光点发出的任意两条光线经凹透镜折射后，其反向延长线的交点就可以了。特别是当发光点不在主轴上时，下面三条光线的折射方向很
6、容易求出：（1）跟主轴平行的光线，折射后其反向延长线过镜前的焦点；（2）向着镜后焦点去的光线，折射后跟主轴平行；（3）通过光心的光线，经过透镜后方向不变。应用这三条光线中的任意两条，就可以求出发光点S的虚像S。物体可以看做是由许许多多的点组成的。物体上每一点都有自己的像。因此物体的像也可以用做图法求出来。(三三)透镜成像的特点透镜成像的特点1、凸透镜成像的特点随物体至凸透镜的距离即物距u大小的不同，凸透镜可以成实像，也可以成虚像、可以成倒立的像、也可以成正立的像、可以成缩小的像、等大的像、也可以成放大的像。（1）当u2f时，成缩小、倒立的实像。（2）当u=2f时，成等大、倒立的实像。（3）当2
7、fuf时，成放大、倒立的实像。（4）当u=f时，不成像（5）当fu0时，成放大、正立的虚像。（2）当u=2f时，成等大、倒立的实像。l（3）当2fuf时，成放大、倒立的实像。l（4）当u=f时，不成像l（5）当fu0时，成放大、正立的虚像。2、凹透镜成像的特点无论物体放在何处，凹透镜只能成缩小、正立的虚像。(四四)透镜成像公透镜成像公式式1、透镜成像公式如图所示，OF=f，BO=u，BO=v，那么（1）对于凸透镜，公式里的u和f总是正的，但v值不一定是正的。当u4f，在物与光屏之间移动透镜，能使物的像成在以证明凸透镜的焦距l这就是二次成像法测凸透镜的焦距的实验原理。【典型例题】例例1 如图所示
8、，一个点光源S放在平面镜前，镜面跟水平方向成30角，假定光源不动，而平面镜以速度v沿OS方向向光源平移，求光源S的像S的移动速度。分析：分析：利用物像对称性作出开始时光源S的像S，如图所示。解解答答：因镜平移而点光源静止，故可知像点S必沿SS方向运动。镜在t时间移动的距离为所以v=v，即像点移动的速度大小为v，方向沿SS方向。又因为像点移动的距离为：例例2、如图甲所示，Mv为水平放置的平面镜，AB为竖直放置的物体，试用作图法画出人眼能看到物体在镜中完整像的区域。分分析析与与解解答答：人眼看到的像是来自物体AB的光线经平面镜反射后进入眼内的光线的反向延长线的交点。如图乙所示，根据对称性的特点作出
9、AB在镜中的像AB；过A点作两条射线到镜面MN上的边界光线区域内可以看到A的像A。同理过B做出边界光线BN、BM及相应的反射光线B1N和MA2所夹区域内可看到B的像B/。在这两个区域的公共部分B1N和MA2内,可以同时看到AB,这就是看到AB，这就是看到AB完整的视场。例例3、一束宽为d的平行光，从水中射入空气中，光束与水平的夹角为，水的折射率为n，求空气中光束的宽度d的表达式？解解:由图中可知 说明说明：光由空气射入介质时，折射率为n，那么光由介质射入空气时，折射率为1/n。例例4、一束光线由空气射入某种介质，如图所示。在界面上发生反射和折射，已知入射角为60，反射光线与折射光线成90，求介
10、质的折射率。解解：因为在界面发生反射时，i=i=60又因为反射光线与折射光线成90角，所以r=90-i=30因此例例5、下列图中OO为透镜的主光轴，S为点光源，S为S的像。用作图法分别作出各图中透镜的光心和焦点的位置，并标明透镜是凸透镜还是凹透镜。解答解答：利用过光心的光线方向不变这一特殊光线，可以确定光心的位置。直线SS与OO的交点是光心。根据像的虚、实（S与S在镜的同侧是虚像，在异侧是实像），像的放大或缩小判断透镜是凸透镜还是凹透镜（成实像或放大的虚像是凸透镜，成缩小的虚像是凹透镜）。再利用透镜成像作图另两条特殊光线（平行于主轴的光线经透镜折射后过焦点；通过焦点的光线经透镜折射后平行于主轴
11、）确定焦点的位置。以下是三个小题解答图。例例6、在焦距为10cm的凸透镜主轴上、距光心20cm处有一物点S，在透镜另一侧得到S的像点S。试分析下面各种情况的成像问题。（1）把透镜下半部遮住。（2）把透镜沿主轴切开，使一块在原主轴上方0.2cm，另一块在原主轴下方0.2cm。（3）把透镜中央截去宽度为0.4cm的部分，再将余下的两部分粘合成一个透镜。（4）把透镜沿主轴切开，使下半部分沿主轴右移5cm。l分析与解：分析与解：（1）像是物体（光源或漫反射）射出的光线射向透镜的所有光线经透镜后的全部折射光线的会聚点。透镜被部分遮挡后，它的主轴、光心和焦点不会改变。当物距不变时，据成像公式可知，像点的位
12、置和性质是不会改变的。唯独入射光线减少了。因此，像的亮度减弱，像的观察范围变小。其光路图如图所示。（2）由于一个透镜只有一根主轴、一个光心，因此每半个透镜都有一根主轴、一个光心。这两个半块透镜实际上相当等于两个透镜，它们的主轴、光心、焦点与原透镜相同，所不同的只是相对于原主轴分别上、下移开0.2cm。由于u、f不变，据成像公式可知，像的性质及像距不变。的光轴上。用特殊光线作光路图，如图所示。（3）从表面上看重新粘合的透镜是一个透镜，从光学角度看它相当于两个透镜。余下这两部分的主轴、光心和焦点相对它自身的位置仍不变，不受切去部分的影响。粘合后，它们的主轴、光心等离开原主轴（4）对切后成为两个透镜
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