第十三章光学.docx

第十三章 光学知识网络：第一单元 光的传播 几何光学一、光的直线传播 1、几个概念①光源：能够发光的物体②点光源：忽略发光体的大小和形状，保留它的发光性。（力学中的质点，理想化）③光能：光是一种能量，光能可以和其他形式的能量相互转化（使被照物体温度升高，使底片感光、热水器电灯、蜡烛、太阳万物生长靠太阳、光电池）④光线：用来表示光束的有向直线叫做光线，直线的方向表示光束的传播方向，光线实际上不存在，它是细光束的抽象说法。（类比：磁感线 电场线）⑤实像和虚像lSAhxvt点光源发出的同心光束被反射镜反射或被透射镜折射后，若能会聚在一点，则该会聚点称为实像点；若被反射镜反射或被透射镜折射后光束仍是发散的，但这光束的反向延长线交于一点，则该点称为虚像点．实像点构成的集合称为实像，实像可以用光屏接收，也可以用肉眼直接观察；虚像不能用光屏接收，只能用肉眼观察．2．光在同一种均匀介质中是沿直线传播的注意前提条件：在同一种介质中，而且是均匀介质。否则，可能发生偏折。如光从空气斜射入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。点评：光的直线传播是一个近似的规律。当障碍物或孔的尺寸和波长可以比拟或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向。【例1】如图所示，在A点有一个小球，紧靠小球的左方有一个点光源S。现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是A.匀速直线运动 B.自由落体运动C.变加速直线运动 D.匀减速直线运动解：小球抛出后做平抛运动，时间t后水平位移是vt，竖直位移是h=gt2，根据相似形知识可以由比例求得，因此影子在墙上的运动是匀速运动。【例2】某人身高1.8 m，沿一直线以2 m/s的速度前进，其正前方离地面5 m高处有一盏路灯，试求人的影子在水平地面上的移动速度。解析：如图所示，设人在时间t内由开始位置运动到G位置，人头部的影子由D点运动到C点。GFEDCBA三角形ABC∽FGC，有因为三角形ACD∽AFE，所以有由以上各式可以得到即= 解得S影=3.125t 。可见影的速度为3.125m/s 。二、反射 平面镜成像1、反射定律光射到两种介质的界面上后返回原介质时，其传播规律遵循反射定律．反射定律的基本内容包含如下三个要点：① 反射光线、法线、入射光线共面；② 反射光线与入射光线分居法线两侧；③ 反射角等于入射角，即　2．平面镜成像的特点——平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面对称3．光路图作法——根据成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补画光路图。SS /M NP Q4．充分利用光路可逆——在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。）5．利用边缘光线作图确定范围【例3】 如图所示，画出人眼在S处通过平面镜可看到障碍物后地面的范围。解：先根据对称性作出人眼的像点S /，再根据光路可逆，设想S处有一个点光源，它能通过平面镜照亮的范围就是人眼能通过平面镜看到的范围。图中画出了两条边缘光线。【例4】如图所示，用作图法确定人在镜前通过平面镜可看到AB完整像的范围。解：先根据对称性作出AB的像A/B/，分别作出A点、B点发出的光经平面镜反射后能射到的范围，再找到它们的公共区域（交集）。就是能看到完整像的范围。三、折射与全反射1．折射定律 (荷兰 斯涅尔)光射到两种介质的界面上后从第一种介质进入第二种介质时，其传播规律遵循折射定律．折射定律的基本内容包含如下三个要点：ir① 折射光线、法线、入射光线共面；② 折射光线与入射光线分居法线两侧；③ 入射角的正弦与折射角的正弦之比等于常数，即折射定律的各种表达形式： (θ1为入、折射角中的较大者，C为全反射时的临界角。)④折射光路是可逆的。⑤n＞1⑥介质确定，n确定。（空气1.00028 水n＝1.33 酒精n＝1.6）（不以密度为标准）⑦光密介质和光疏介质——（1）与密度不同(2)相对性 （3）n大角小，n小角大2．全反射现象（1）现象：光从光密介质进入到光速介质中时，随着入射角的增加，折射光线远离法线，强度越来越弱，但是反射光线在远离法线的同时强度越来越强，当折射角达到90度时，折射光线认为全部消失，只剩下反射光线——全反射。（2）条件：①光从光密介质射向光疏介质；② 入射角达到临界角，即（3）临界角: 折射角为900（发生全发射）时对应的入射角,αABCD【例5】 直角三棱镜的顶角α=15°， 棱镜材料的折射率n=1.5，一细束单色光如图所示垂直于左侧面射入，试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。解：由n=1.5知临界角大于30°小于45°，