1、第07局部幾何光學(xué)§1三大定律一、直線傳播：1、條件：同一種均勻介質(zhì)2、日食原理：二、反射：1、反射定律：共面、分居兩側(cè)、等角2、平面鏡成像：等大、等距、對(duì)稱的虛像作圖法：定律法、對(duì)稱法3、反射視場(chǎng)：三、折射：sin1、折射定律：共面、分居兩側(cè)、斯涅爾公式：叫為定值sin22、折射率：描述介質(zhì)對(duì)光線偏折程度的物理量.從真空射入介質(zhì)：定義式：n網(wǎng)；決定式：ncsin2v從介質(zhì)1射入介質(zhì)2：n1sin1n2sin2;n1Vln2V2介質(zhì)1對(duì)介質(zhì)2的相對(duì)折射率：n12"皿上空n2sin1v1四、費(fèi)馬原理：1、光程l:%snns；,s1s2sn,Cs1Cs2Csnt;ctn1sln

2、2s2V1V2VnV1V2Vn在均勻介質(zhì)中,光程等于光的幾何路程s與物質(zhì)的折射率的乘積：l在不均勻介質(zhì)中,取元光程Inis,總光程為IlNmi1nis光程這光在介質(zhì)中走過的路程折算成真空中走過的路程.2、費(fèi)馬原理：在指定的兩點(diǎn)之間光實(shí)際傳播的路徑是：光程取極值的路徑.在大局部情況下,此極值為最小值,但有時(shí)為最大值,有時(shí)為恒定值.3、用原理解釋直進(jìn)、反射、折射：(1)直進(jìn)：在均勻介質(zhì)里傳播,由于給定兩點(diǎn)間直線路徑最短,所以光沿直線傳播.(2)反射：(3)折射：214頁(yè)五、全反射：1、光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)：兩種介質(zhì)相比擬,折射率較大的介質(zhì)叫光密介質(zhì),折射率較小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)2、定義：當(dāng)光線從光密介

3、質(zhì)射到光疏介質(zhì)的界面上時(shí),假設(shè)入射角大于臨界角,那么折射光線消失,只產(chǎn)生反射的現(xiàn)象叫全反射3、條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角.兩條件必須同時(shí)存在,才發(fā)生全反射.4、應(yīng)用：全反射棱鏡、光導(dǎo)纖維、海市蜃樓：六、棱鏡：1、定義：有兩個(gè)、兩個(gè)以上的折射面的透明介質(zhì).2、特點(diǎn)：光線通過棱鏡時(shí),出射光將向底面偏折.通過棱鏡可看到物體的虛像,像的位置向頂角偏移.2、光路圖：棱鏡角為A(1)偏向角：i2)(i；i2)&i；)AA一定時(shí),隨11而改變.(2)可證實(shí)：當(dāng)光路對(duì)稱即i1i；i2i2時(shí),有最小偏向角:02iiA0A：A,i222o可求nsini10Asin2sini2.

4、Asin一通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量2AcAAA右A很小時(shí),sin,sin一一那么0A(n1)2222七、色散：1、色散光路圖:2、單色光和復(fù)色光：3、光的色散：白光通過三棱鏡后,出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七色光的光束,這種現(xiàn)象叫光的色散.由七色光組成的光帶稱光譜.4、色散的本質(zhì)：由于各種色光在同一介質(zhì)中傳播的速率不同,或同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同.那么在同一介質(zhì)中各色光的臨界角C也不一樣.在同一介質(zhì)中,頻率越高的光,其傳播速度越小,波長(zhǎng)越短,折射率越大.作業(yè):1、如下圖的府視圖,寬1m的平面鏡AB的右前方站著一個(gè)人甲,另一人乙沿AB的中垂線從遠(yuǎn)處向平面鏡走近,乙能看到甲在平面鏡中的像的位置

5、是()A、走近過程的所有位置B、乙距鏡不大于1m的位置C、只有在乙距鏡0.5m的位置D、乙距鏡不大于0.5m的位置2、如下圖為發(fā)生月食時(shí),太陽(yáng)光照射光線的示意圖,月球進(jìn)入圖中哪個(gè)區(qū)域時(shí),在地球上處于夜晚地區(qū)的觀察者可以看到月食：()A、全部進(jìn)入?yún)^(qū)域IC、全部進(jìn)入?yún)^(qū)域出B、全部進(jìn)入?yún)^(qū)域H和IVD、局部進(jìn)入?yún)^(qū)域I3、如右圖所示,折射率為n=J2的液面上有一點(diǎn)光源S,發(fā)出一條光線,垂直地射到水平放置于液體中且距液面高度為h的平面鏡M的O點(diǎn)上,當(dāng)平面鏡繞垂直于紙面的軸O以角速度3逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),液面上的觀察者跟蹤觀察,發(fā)現(xiàn)液面上有一光斑掠過,且光斑到P點(diǎn)后立即消失,求：(1)光斑在這一過程的平均

6、速度.(2)光斑在P點(diǎn)即將消失時(shí)的瞬時(shí)速度.4、所示,AB為一塊透明的光學(xué)材料左側(cè)的端面.建立直角坐標(biāo)系如圖,設(shè)該光學(xué)材料的折射率沿y軸正方向均勻減小.現(xiàn)有一束單色光a從原點(diǎn)O以某一入射角0由空氣射入該材料內(nèi)部,那么該光線在該材料內(nèi)部可能的光路是以下圖中的哪一個(gè)()*yxBcVSX1A/Z5V/y/xv/z/z/j5、如下圖為平安門上的觀察孔,直徑ab為2cm,門的厚度ac為3.464cm.為了擴(kuò)大向外觀察的范圍,將孔中完全嵌人折射率為<3的玻璃.求：(1)嵌入玻璃后向外觀察視野的最大張角；(2)要視野擴(kuò)大到180.,嵌入玻璃的折射率.6、如下圖,有一半圓形玻璃磚,玻璃的折射率為M,AB

7、為其直徑,長(zhǎng)度為D,O為圓心,一束寬為D/2的單色平行線光束垂直于AB從空氣射入玻璃磚,其中央線P通過O點(diǎn),如下圖,MN為光束的邊界光線,那么MN射出玻璃磚后的相交點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為多少？7、如下圖,一不透明的圓柱形容器內(nèi)裝滿折射率n=J2的透明液體,容器底部正中央O點(diǎn)處有一點(diǎn)光源S,平面鏡MN與底面成45°角放置,假設(shè)容器高為2dm,底邊半徑為1+J3dm,OM=1dm,在容器中央正上方1dm處水平放置一足夠長(zhǎng)的刻度尺,求光源S發(fā)出的光線經(jīng)平面鏡反射后,照射到刻度尺的長(zhǎng)度.不考慮容器側(cè)壁和液面的反射8、所示,紅光和紫光以不同的角度,沿半徑方向射向半圓形玻璃磚的圓心O,它們的出射光線沿

8、OP方向,那么以下說法中正確的選項(xiàng)是：A.AO是紅光,穿過玻璃磚所需時(shí)間短B. AO是紫光,穿過玻璃磚所需時(shí)間短C. AO是紅光,穿過玻璃磚所需時(shí)間長(zhǎng)D.AO是紫光,穿過玻璃磚所需時(shí)間長(zhǎng)9、如圖,a和b都是厚度均勻的平玻璃板,它們之間的夾角為小.一細(xì)光束以入射角0從P點(diǎn)射入,.小.此光束由紅光和藍(lán)光組成.那么當(dāng)光束透過b板后：A、傳播方向相對(duì)于入射光方向向左偏轉(zhuǎn)角B、傳播方向相對(duì)于入射光方向向右偏轉(zhuǎn).角C、紅光在藍(lán)光的左邊D、紅光在藍(lán)光的右邊10、一點(diǎn)光源S放在平面鏡M前不動(dòng),平面鏡跟水平方向OS成30°角,如下圖.今使平面鏡以速度v沿OS方向運(yùn)動(dòng),那么像S'的速度v'

9、;:A、v',沿OS方向B、vv,方向垂直O(jiān)S向下C、v'=J3v,沿SS'連線向S運(yùn)動(dòng)D、v'a,沿SS連線向S運(yùn)動(dòng)11、如下圖,有三塊截面為等腰直角三角形的透明材料圖中的I、n、出恰好拼成一個(gè)正方形棱鏡.從E點(diǎn)垂直于邊射入的單色光在處發(fā)生全反射,在G、H連續(xù)發(fā)生兩次折射后射出.假設(shè)該單色光在三塊材料中的傳播速率依次為vi、v2、v3,以下關(guān)系式中正確的選項(xiàng)是：A.v3>vi>v2B.v2>v3>viC.v3>v2>viD.v1>v2>v312、水底同一深度有紅、黃、紫三個(gè)顏色不同的小球并排放置,如果在水面正上方

10、垂直俯視這個(gè)小球,感覺最淺的是：A,紅球B紫球C.黃球D.三個(gè)小球的視深相同13、水的折射率為4/3,空氣的折射率為1.00,一潛水員自水下目測(cè)立于船頭的觀察者,距水面高為h1,而觀察者目測(cè)潛水員距水面深h2,那么：A.潛水員實(shí)際深度大于h2,觀察者實(shí)際高度大于h1B.潛水員實(shí)際深度小于h2,觀察者實(shí)際高度小于h1C.潛水員實(shí)際深度大于h2,觀察者實(shí)際高度小于h1D.潛水員實(shí)際深度小于h2,觀察者實(shí)際高度大于h1立成像規(guī)律:、平面折射：nn21單心光束的破壞:nixnisiniin2sini2；t22xyn2x2yiyin2nin122(i)ixn2可知：當(dāng)x增大時(shí),y減小.當(dāng)x0時(shí),yin2

11、-yni/即匕n(2)物像關(guān)系:/y/n近軸條件下二、球面上的反射:1符號(hào)法那么：光線:從左到右線段:物距s、象距sb、半徑高度:從頂點(diǎn)O量起,向右為正,向左為負(fù)物高、象高垂直于主軸向上為正,向下為負(fù)2球面鏡的反射:反射單心性的破壞：當(dāng)r、s一定時(shí),s'與入射角有關(guān).物像關(guān)系近軸條件下：光路圖：f/公式:無論凹球面或凸球面,無論s、s'、f/的數(shù)值大小和正負(fù),只要在近軸光線的限制下公式均成立.焦點(diǎn)：s,像方焦點(diǎn)F'第二焦點(diǎn)s',物方焦點(diǎn)F第一焦點(diǎn)焦距：f/匚,像方焦距第二焦距；f二,物方焦距第一焦距22焦平面：像方焦平面：過像方焦點(diǎn)垂直于主軸的平面；物方焦平面：

12、過物方焦點(diǎn)垂直于主軸的平面.焦平面的性質(zhì)：像方焦平面的性質(zhì)：光心：光線經(jīng)過光心沿原路返回入射平行光線會(huì)聚于焦平面上一點(diǎn)物方焦平面的性質(zhì)：焦平面上一點(diǎn)發(fā)光后平行射出；光心：光線經(jīng)過光心沿原路返回作圖法：平行光線法:斜光線法1:斜光線法2:例題：一個(gè)點(diǎn)狀物體放在離前0.05m處,凹球面鏡的曲率半徑為0.2m,確定象的位置和性質(zhì).三、單球面鏡折射:對(duì)單心光束的破壞：當(dāng)s一定時(shí),L不同1也不同.物像關(guān)系：(近軸光線條件下)/nnnn一ssr主軸上/s,p/為像方焦點(diǎn)f,像方焦距：f/s'"/r(n/n,"+)nns',P為物方焦點(diǎn)F,物方焦距：fs/nr(n/n,“

13、-)nn/所以,f/f,分居兩側(cè).fn一,f'f高斯公式：二-1ss牛頓公式：xx/ff/物距x：從物方焦點(diǎn)F量起,右方為正,左方為負(fù)；像距x':從像方焦點(diǎn)F'量起,右方為正,左方為負(fù)；作圖法：平行光法、斜光線法pFOCptpFOGpt例題：一個(gè)折射率為1.6的玻璃啞鈴,長(zhǎng)為20cm,兩端的曲率半徑為2cm,假設(shè)在離啞鈴左端5cm處的軸上有一物點(diǎn),求象的位置和性質(zhì).四、薄透鏡：性質(zhì)：光線從左向左厚度：薄透鏡tr1、r2,可忽略主軸：過o1、o2的邊線物像關(guān)系:近軸光線條件下n/SinS2nn1ri丑/S2n也n/Sir2所以,n2S2nSin2n像方焦距:物方焦距:ri

14、r2nn1n2nrir2ninn1n2nnirif/F/所以,fjfni特例:nin2,光心是n1i1(nni)()ri2n1n21f/f1ssf(n1)(-)ri2一,f/f高斯公式：二-1ss牛頓公式：xx/ff/復(fù)合緊靠薄透鏡組合:1T71f?五、作圖法：平行光線法、斜光線法§3常見的幾種光學(xué)助視儀器:一、眼睛(1)簡(jiǎn)化眼：折射率：n/43II物方焦距：f17.1mm廠加-3«像方焦距：f/22.8mm/=-17.mm=口棋想網(wǎng)膜的曲率半徑：R5.7mm-視角：1/(2)眼的調(diào)節(jié)：睫狀肌松馳時(shí),水晶體兩曲面的曲率半徑最大,這時(shí)遠(yuǎn)處的物體在視網(wǎng)膜上形成清楚的像,眼能看清

15、楚的最遠(yuǎn)點(diǎn)稱為遠(yuǎn)點(diǎn),故眼視遠(yuǎn)物不感到疲勞.當(dāng)眼注視近處物體時(shí),睫狀肌收縮,使水晶體的兩曲率半徑變小,焦距變短,仍能在網(wǎng)膜上成像.當(dāng)睫狀肌最緊張,水晶體兩側(cè)面曲率半徑最小時(shí),眼能看清楚的最近點(diǎn)稱為近點(diǎn).眼的近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)、調(diào)節(jié)范圍并不是保持不變的：幼年：近點(diǎn)在眼前78cm；遠(yuǎn)點(diǎn)在無限遠(yuǎn)處；中年：近點(diǎn)約在眼前25cm處老年：近點(diǎn)約在眼前12m處,遠(yuǎn)點(diǎn)眼前只有幾米處適當(dāng)?shù)恼彰飨?眼觀察眼前25cm處的物體不費(fèi)力,而且能看清楚物體的細(xì)節(jié),這個(gè)距離叫明視距離.非正常眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前有限距離的眼：近視眼,可配戴適當(dāng)光焦度的透鏡矯正.近點(diǎn)在變遠(yuǎn)的眼：遠(yuǎn)視眼,可配戴適當(dāng)光焦度的透鏡矯正.前角膜不是一個(gè)球面,而是一個(gè)具有兩個(gè)對(duì)稱平面的橢球面：散光眼,可配戴一柱面透鏡矯正.例題：把人眼看成距視網(wǎng)膜2m的一個(gè)簡(jiǎn)單透鏡,有人能看清100cm300cm內(nèi)的物體.求：此