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2018届高三物理一轮复习第十三章 光学 第一单元 光传播 几何光学教案
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
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。
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。
4.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:
① 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>1
⑥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,
【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
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