高中物理光學(xué)知識(shí)點(diǎn)

光學(xué)知識(shí)點(diǎn)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(diǎn)：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：C＝3×108m/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v<C。說(shuō)明：①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(jìn)入水中（不是同一種介質(zhì)）；“海市蜃樓”現(xiàn)象（介質(zhì)不均勻）。②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。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(ài)因斯坦的相對(duì)論光速不可能超過(guò)C。③當(dāng)障礙物或孔的尺寸和波長(zhǎng)可以相比或者比波長(zhǎng)小時(shí)，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光線可以偏離原來(lái)的傳播方向。④近年來(lái)（1999-2001年）科學(xué)家們?cè)跇O低的壓強(qiáng)（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(yùn)動(dòng)。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(dá)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?，便分別能看到月偏食和月全食．具體來(lái)說(shuō)：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(duì)位置關(guān)系決定看月球不可能運(yùn)動(dòng)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(shí)際物體和像SSSS/①圖中的S可以是點(diǎn)光源，即本身發(fā)光的物體。②圖中的S也可以是實(shí)像點(diǎn)（是實(shí)際光線的交點(diǎn)）或虛像點(diǎn)（是發(fā)散光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)）。③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(huì)聚到視網(wǎng)膜上一點(diǎn)，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)象叫做漫反射。鏡面反射和漫反射都遵循反射定律．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(diǎn)（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(diǎn)：等大正立的虛像，物和像關(guān)于鏡面對(duì)稱．（3）像與物方位關(guān)系:上下不顛倒,左右要交換光的折射、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/sinγ，折射率總大于1．即n＞1．3.各種色光性質(zhì)比較：紅光的n最小，ν最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）v最大，λ最大，從同種介質(zhì)射向真空時(shí)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(shí)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、全反射1．全反射現(xiàn)象：光照射到兩種介質(zhì)界面上時(shí)，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(shí)的臨界角為C，則sinC=1/n=v/c四、棱鏡與光的色散1.棱鏡對(duì)光的偏折作用一般所說(shuō)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(shí)盡量利用對(duì)稱性(把棱鏡中的光線畫(huà)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，紫光偏折最大。）在同一介質(zhì)中，七色光與下面幾個(gè)物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。光學(xué)中的一個(gè)現(xiàn)象一串結(jié)論色散現(xiàn)象nvλ(波動(dòng)性)衍射C臨干涉間距γ(粒子性)E光子光電效應(yīng)紅黃紫小大大小大(明顯)小(不明顯)容易難小大大小小(不明顯)大(明顯)小大難易據(jù)此不難推算出：(1)明紋坐標(biāo)x=±kλ(k=0，1，2，…）(2)暗紋坐標(biāo)x=±(2k－1)·(k=1，2，…）測(cè)量光波長(zhǎng)的方法(3)條紋間距[相鄰亮紋(暗紋)間的距離]△x=λ.(縫屏間距L，雙縫間距d)用此公式可以測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。則出n條亮條紋(暗)條紋的距離a,相鄰兩條亮條紋間距····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．=1\*GB3①當(dāng)這兩列光波到達(dá)某點(diǎn)的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，即δ=kλ，該處的光互相加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；=2\*GB3②當(dāng)?shù)竭_(dá)某點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)奇數(shù)倍時(shí)，既δ=，該點(diǎn)光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋；=3\*GB3③條紋間距與單色光波長(zhǎng)成正比．(∝λ)，所以用單色光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，屏的中央是亮紋，兩邊對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，屏的中央是白色亮紋，兩邊對(duì)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(cuò)現(xiàn)象。所以出現(xiàn)彩色條紋。將其中一條縫遮住：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Δδ,等于薄膜厚度d的兩倍，即Δδ=2d。由于膜上各處厚度不同，故各處兩列反射波的路程差不等。若：Δδ=2d=nλ(n=1,2…)則出現(xiàn)明紋。Δδ=2d=(2n-1)λ/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?？吹侥ど铣霈F(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(zhǎng)的1／4倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個(gè)波長(zhǎng)，(ΔT=2d=?λ，得d=?λ)，故反射光疊加后減弱。大大減少了光的反射損失，增強(qiáng)了透射光的強(qiáng)度，這種薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對(duì)人的視覺(jué)最敏感，通過(guò)時(shí)完全抵消，邊緣的紅、紫光沒(méi)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(qiáng)透射光的強(qiáng)度。(2)“用干涉法檢查平面”：如圖所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測(cè)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(lái)，則對(duì)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(duì)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(shí)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(dú)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(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系v＝λf。光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，其頻率f不變，其波長(zhǎng)λ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(kāi)直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(duì)稱排列強(qiáng)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(shí)，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑。當(dāng)形成泊松亮斑時(shí)，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(zhǎng)相比，甚至比波長(zhǎng)還小。(當(dāng)障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時(shí)，有明顯衍射現(xiàn)象)Δd≤300λ當(dāng)Δd=0.1mm=1300λ時(shí)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：?jiǎn)紊獾难苌錀l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：=1\*GB3①干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動(dòng)性。λ大，干涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。=2\*GB3②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(zhǎng)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)=3\*GB3③在發(fā)生明顯衍射的條件下，當(dāng)窄縫變窄時(shí)，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。光振動(dòng)垂直于紙面光振動(dòng)在紙面光振動(dòng)垂直于紙面光振動(dòng)在紙面(以下新教材適用)三.光的偏振橫波只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。根據(jù)波是否具有偏振現(xiàn)象來(lái)判斷波是否橫波，實(shí)驗(yàn)表明，光具有偏振現(xiàn)象，說(shuō)明光波是橫波。（1）自然光。太陽(yáng)、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。自然光通過(guò)偏振片后成形偏振光。（2）偏振光。自然光通過(guò)偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個(gè)特定的方向振動(dòng)，叫偏振光。自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好是90°，這時(shí)，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直。我們通