1、高中物理光學(xué)知識點總結(jié) P 1 S S / 光的直線傳播光的反射 一、光源 1定義：能夠自行發(fā)光的物體 2特點：光源具有能量且能將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為光能，光在介質(zhì)中傳播就是能量的傳播 二、光的直線傳播 1光在同一種均勻透明的介質(zhì)中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：C3108m/s； 各種頻率的光在介質(zhì)中的傳播速度均小于在真空中的傳播速度，即 vC。 說明： 直線傳播的前提條件是在同一種介質(zhì)，而且是均勻介質(zhì)。否則，可能發(fā)生偏折。如從空氣進入水中（不是同一種介質(zhì)）；“海市蜃樓”現(xiàn)象（介質(zhì)不均勻）。 同一種頻率的光在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的。不同頻率的光在同一種介質(zhì)中傳播速度一般也不同

2、。在同一種介質(zhì)中，頻率越低的光其傳播速度越大。根據(jù)愛因斯坦的相對論光速不可能超過C。 當(dāng)障礙物或孔的尺寸和波長可以相比或者比波長小時，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光線可以偏離原來的傳播方向。 近年來（1999-2001年）科學(xué)家們在極低的壓強（10-9Pa）和極低的溫度（10-9K）下，得到一種物質(zhì)的凝聚態(tài)，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止運動。 2本影和半影 （l）影：影是自光源發(fā)出并與投影物體表面相切的光線在背光面的后方圍成的區(qū)域 （2）本影：發(fā)光面較小的光源在投影物體后形成的光線完全不能到達的區(qū)域 （3）半影：發(fā)光面較大的光源在投影物體后形成的只有部分光線照射的區(qū)域 （4）日食和月食：人

3、位于月球的本影內(nèi)能看到日全食，位于月球的半影內(nèi)能看到日偏食，位于月球本影的延伸區(qū)域（即“偽本影”）能看到日環(huán)食當(dāng)?shù)厍虻谋居安糠只蛉繉⒃虑蚍垂饷嬲谧。惴謩e能看到月偏食和月全食 具體來說：若圖中的P是月球，則地球上的某區(qū)域處在區(qū)域A內(nèi)將看到日全食；處在區(qū)域B或C內(nèi)將看到日偏食；處在區(qū)域D內(nèi)將看到日環(huán)食。若圖中的P是地球，則月球處在區(qū)域A內(nèi)將看到月全食；處在區(qū)域B或C內(nèi)將看到月偏食；由于日、月、地的大小及相對位置關(guān)系決定看月球不可能運動到區(qū)域D內(nèi)，所以不存在月環(huán)食的自然光現(xiàn)象。 3.用眼睛看實際物體和像 用眼睛看物或像的本質(zhì)是凸透鏡成像原理：角膜、水樣液、晶狀體和玻璃體共同作用的結(jié)果相當(dāng)于一只凸

4、透鏡。發(fā)散光束或平行光束經(jīng)這只凸透鏡作用后，在視網(wǎng)膜上會聚于一點，引起感光細胞的感覺，通過視神經(jīng)傳給大腦，產(chǎn)生視覺。 圖中的S可以是點光源，即本身發(fā)光的物體。 圖中的S也可以是實像點（是實際光線的交點）或虛像點（是發(fā)散光線的反向延長線的交點）。 入射光也可以是平行光。 以上各種情況下，入射光線經(jīng)眼睛作用后都能會聚到視網(wǎng)膜上一點，所以都能被眼看到。 三、光的反射 1.反射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的界面上再返回原介質(zhì)的現(xiàn)象 2反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)，且反射光線和人射光線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角 3分類：光滑平面上的反射現(xiàn)象叫做鏡面反射。發(fā)生在粗糙平面上的反射現(xiàn)

5、象叫做漫反射。鏡面反射和漫反射都遵循反射定律 高中物理光學(xué)知識點總結(jié) P 2 色散現(xiàn)象 n v (波動性) 衍射 C臨 干涉間距 (粒子性) E光子 光電效應(yīng) 紅黃紫 小 大小 大 (明顯) 小 (不明顯) 難小 大大 小 小 (不明顯) 大 (明顯小 大難 易 ) 4光路可逆原理：所有幾何光學(xué)中的光現(xiàn)象，光路都是可逆的 四平面鏡的作用和成像特點 （1）作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質(zhì) （2）成像特點：等大正立的虛像，物和像關(guān)于鏡面對稱 （3）像與物方位關(guān)系:上下不顛倒,左右要交換 散 光的折射、全反射 一、光的折射 1折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生改變的

6、現(xiàn)象 2折射定律：折射光線、入射光線跟法線在同一平面內(nèi)，折射光線、入射光線分居法線兩側(cè)，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比 3在折射現(xiàn)象中光路是可逆的 二、折射率 1定義：光從真空射入某種介質(zhì),入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介質(zhì)的折射率注意：指光從真空射入介質(zhì) 2公式：n=sini/sin0sin1Cvc?，折射率總大于1即n1 3.各種色光性質(zhì)比較：紅光的n最小，最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）v最大，最大，從同種介質(zhì)射向真空時全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時的偏折角最小（注意區(qū)分偏折角和折射角）。 4兩種介質(zhì)相比較，折射率較大的叫光密介質(zhì)，折射率較小的叫光疏介質(zhì) 三、

7、全反射 1全反射現(xiàn)象：光照射到兩種介質(zhì)界面上時，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象 2全反射條件：光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角 3臨界角公式：光線從某種介質(zhì)射向真空（或空氣）時的臨界角為C，則sinC=1/n=v/c 四、棱鏡與光的色散 1.棱鏡對光的偏折作用 一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折。(若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反。)作圖時盡量利用對稱性(把棱鏡中的光線畫成與底邊平行)。 由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏上形成七色光帶（稱光譜）（紅光偏折最小，紫光偏折

8、最大。）在同一介質(zhì)中，七色光與下面幾個物理量的對應(yīng)關(guān)系如表所示。 光學(xué)中的一個現(xiàn)象一串結(jié)論 高中物理光學(xué)知識點總結(jié) P 3 結(jié)論：(1)折射率n、； (2)全反射的臨界角C； (3)同一介質(zhì)中的傳播速率v； (4)在平行玻璃塊的側(cè)移x (5)光的頻率,頻率大,粒子性明顯.； (6)光子的能量E=h則光子的能量越大。越容易產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 (7)在真空中光的波長,波長大波動性顯著； (8)在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x越來越窄 (9)在相同的情況下，衍射現(xiàn)象越來越不明顯 2.全反射棱鏡 橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當(dāng)?shù)娜肷潼c，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)

9、90o（右圖1）或180o（右圖2）。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。 3.玻璃磚 所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是： 射出光線和入射光線平行； 各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散； 射出光線的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)； 可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。 4.光導(dǎo)纖維 全反射的一個重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）。光纖有內(nèi)、外兩層材料，其中內(nèi)層是光密介質(zhì)，外層是光疏介質(zhì)。光在光纖中傳播時，每次射到內(nèi)、外兩層材料的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。這樣使從一個端面入射的光，經(jīng)過多次全反射能夠沒有損失地全部從另

10、一個端面射出。 五、各光學(xué)元件對光路的控制特征 (1)光束經(jīng)平面鏡反射后，其會聚（或發(fā)散）的程度將不發(fā)生改變。這正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面鏡的反射面是“平面”所共同決定的。 (2)光束射向三棱鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：向著底邊偏折，若光束由復(fù)色光組成，由于不同色光偏折的程度不同，將發(fā)生所謂的色散現(xiàn)象。 (3)光束射向前、后表面平行的透明玻璃磚，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是；傳播方向不變，只產(chǎn)生一個側(cè)移。 (4)光束射向透鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：凸透鏡使光束會聚，凹透鏡使光束發(fā)散。 六、各光學(xué)鏡的成像特征 物點

11、發(fā)出的發(fā)散光束照射到鏡面上并經(jīng)反射或折射后，如會聚于一點，則該點即為物點經(jīng)鏡面所成的實像點；如發(fā)散，則其反向延長后的會聚點即為物點經(jīng)鏡面所成的虛像點。因此，判斷某光學(xué)鏡是否能成實（虛）像，關(guān)鍵看發(fā)散光束經(jīng)該光學(xué)鏡的反射或折射后是否能變?yōu)闀酃馐赡苋詾榘l(fā)散光束）。 （1）平面鏡的反射不能改變物點發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度，所以只能在異側(cè)成等等大的、正立的虛像。 （2）凹透鏡的折射只能使物點發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度提高，所以只能在同側(cè)成縮小的、正立的虛像。 （3）凸透鏡折射既能使物點發(fā)出的發(fā)散光束仍然發(fā)散,又能使物點發(fā)出發(fā)散光束變?yōu)榫酃馐?所以它既能成虛像,又能成實像。 七、幾何光學(xué)中的光路問題

12、 高中物理光學(xué)知識點總結(jié) P 4 幾何光學(xué)是借用“幾何”知識來研究光的傳播問題的，而光的傳播路線又是由光的基本傳播規(guī)律來確定。所以，對于幾何光學(xué)問題，只要能夠畫出光路圖，剩下的就只是“幾何問題”了。而幾何光學(xué)中的光路通常有如下兩類： （1）“成像光路”一般來說畫光路應(yīng)依據(jù)光的傳播規(guī)律，但對成像光路來說，特別是對薄透鏡的成像光路來說，則是依據(jù)三條特殊光線來完成的。這三條特殊光線通常是指：平行于主軸的光線經(jīng)透鏡后必過焦點；過焦點的光線經(jīng)透鏡后必平行于主軸；過光心的光線經(jīng)透鏡后傳播方向不變。 （2）“視場光路”即用光路來確定觀察范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“邊緣光線”，而一般的“邊緣光線”往往又

13、要借助于物點與像點的一一對應(yīng)關(guān)系來幫助確定。 光的波動性(光的本性) 一、光的干涉 一、光的干涉現(xiàn)象 兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“振動”加強，出現(xiàn)亮條紋；某些區(qū)域使得振動減弱，出現(xiàn)暗條紋。振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，出現(xiàn)明暗相間條紋的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。 二、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件： 兩列波頻率相同，振動步調(diào)一致(振動方向相同) ，相差恒定。兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源 1.產(chǎn)生相干光源的方法（必須保證?相同）。 利用激光 (因為激光發(fā)出的是單色性極好的光)； 分光法(一分為二)：將一束光分為兩束頻率和振動情況完全相同的光。(這樣兩束光都來源于同一個光源,頻率必

14、然相等) 下面4個圖分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖點(或縫)光源分割法：楊氏雙縫(雙孔)干涉實驗；利用反射得到相干光源：薄膜干涉 利用折射得到相干光源： S S1 S 2 d S S / a c b 高中物理光學(xué)知識點總結(jié) P 5 2雙縫干涉的定量分析 如圖所示，縫屏間距L遠大于雙縫間距d，O點與雙縫S1和S2等間距，則當(dāng)雙縫中發(fā)出光同時射到O點附近的P點時，兩束光波的路程差為 =r2r1；由幾何關(guān)系得：r12=L2+(x 2d)2， r22=L2 +(x+2d)2. 考慮到 Ld 和 Lx，可得 =Ldx.若光波長為， 亮紋：則當(dāng)=k(k=0,1,2

15、,) 屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍時，兩束光疊加干涉加強； 暗紋：當(dāng)=(2k 1)2? (k=0,1,2,)屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩束光疊加干涉減弱， 據(jù)此不難推算出： (1)明紋坐標(biāo) x= kdL (k=0，1，2，） (2)暗紋坐標(biāo) x=(2k 1) dL 2? (k=1，2，） 測量光波長的方法 (3)條紋間距相鄰亮紋(暗紋)間的距離 x=dL. (縫屏間距L，雙縫間距d) 用此公式可以測定單色光的波長。則出n條亮條紋(暗)條紋的距離a, 相鄰兩條亮條紋間距1?n a)1(?naLdxLd? 用白光作雙縫干涉實驗時,由于白光內(nèi)各種色光的波長不同,干涉條紋間

16、距不同,所以屏的中央是白色亮紋,兩邊出現(xiàn)彩色條紋。 結(jié)論：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)兩狹縫后形成兩列光波疊加產(chǎn)生 當(dāng)這兩列光波到達某點的路程差為波長的整數(shù)倍時，即=k，該處的光互相加強，出現(xiàn)亮條紋； 當(dāng)?shù)竭_某點的路程差為半波長奇數(shù)倍時，既 =)12(2?n?，該點光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋； 條紋間距與單色光波長成正比?dlx? ()， 所以用單色光作雙縫干涉實驗時， 屏的中央是亮紋，兩邊對稱地排列明暗相 同且間距相等的條紋 用白光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是白色亮紋，兩邊對稱地排列彩色條紋，離中央白色亮紋最近的是紫色亮紋。 原因：不同色光產(chǎn)生的條紋間距不同，出現(xiàn)各色條紋交錯現(xiàn)象。所以出現(xiàn)彩色條紋。 將

17、其中一條縫遮住：將出現(xiàn)明暗相間的亮度不同且不等距的衍射條紋 3薄膜干涉現(xiàn)象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的兩列光波疊加而成劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行相間條紋， 兩列反射波的路程差,等于薄膜厚度d的兩倍，即=2d。 由于膜上各處厚度不同，故各處兩 高中物理光學(xué)知識點總結(jié) P 6 列反射波的路程差不等。 若：=2d=n(n=1,2)則出現(xiàn)明紋。 =2d=(2n-1)/2(n=1,2)則出現(xiàn)暗紋。 應(yīng)注意：干涉條紋出現(xiàn)在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散現(xiàn)象。單色光明暗相間條紋，彩色光出現(xiàn)彩色條紋。 薄膜干涉應(yīng)用：肥皂膜干涉、兩片玻璃間的空氣膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛頓環(huán)、蝴

18、蝶翅膀的顏色等。 光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的兩列光疊加。看到膜上出現(xiàn)明暗相間的條紋。 (1)透鏡增透膜(氟化鎂)：透鏡增透膜的厚度應(yīng)是透射光在薄膜中波長的14 倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長，(T=2d=?，得d=?)，故反射光疊加后減弱。大大減少了光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對人的視覺最敏感，通過時完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著削弱。所有增透膜的光學(xué)鏡頭呈現(xiàn)淡紫色。 從能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。 在介質(zhì)膜吸收能量不變的前提下，若E反=0，則E透最大。增強透射光的強度。 (2)“用干涉法檢查平面”：如圖所示，兩板之間

19、形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。 如果某處凸起來，則對應(yīng)明紋(或暗紋)提前出現(xiàn)，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙所示。 (注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上。 ) 注意：由于發(fā)光物質(zhì)的特殊性，任何獨立的兩列光疊加均不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。只有采用特殊方法從同一光源分離出的兩列光疊加才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 4光的波長、波速和頻率的關(guān)系vf。光在不同介質(zhì)中傳播時，其頻率f不變，其波長與光在介質(zhì)中的波速v成正比色光的顏色由頻率決定，頻率不變則色光的顏色也不變。 二、光的衍射。 1.光的衍射現(xiàn)象是光離開直

20、線路徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象 單縫衍射：中央明而亮的條紋，兩側(cè)對稱排列強度減弱，間距變窄的條紋。 圓孔衍射：明暗相間不等距的圓環(huán)，（與牛頓環(huán)有區(qū)別的） 2.泊松亮斑：當(dāng)光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑。當(dāng)形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。 3.各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射。至使輪廓模糊不清， 4.產(chǎn)生明顯衍射的條件： 障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。(當(dāng)障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，有明顯衍射現(xiàn)象) d300 當(dāng)d=0.1mm=1300時看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了。 小結(jié)：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，但存在明顯的區(qū)別： 單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分布，但衍射條紋中間亮紋最寬，兩側(cè)條紋逐漸變窄變暗，干涉條紋則是等間距，明暗亮度相同。 白光的衍射條紋與干涉條紋都是彩色的。 意義：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動性。大，干涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。 衍射現(xiàn)象表明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當(dāng)光波長比障礙物小得多和情況下(條件)光才可以看作直線傳播。(反之) 在發(fā)生明顯衍射的條件下，當(dāng)窄縫變窄時，亮斑的范圍變大，條光振動垂 直于