高中物理光学部分实验及知识点学习方法

1、高中物理光学部分实验及知识点学习方法光学包括两大部分内容：几何光学和物理光学几何光学（又称光线光学）是以光的直线传播性质为基础，研究光在煤质中的传播规律及其应用的学科；物理光学是研究光的本性、光和物质的相互作用规律的学科一、重要概念和规律（一）、几何光学基本概念和规律1、基本规律光源发光的物体分两大类：点光源和扩展光源点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合光线表示光传播方向的几何线光束通过一定面积的一束光线它是温过一定截面光线的集合光速光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为C=3X108m/s。丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮

2、法测出了光这。实像光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的虚像光源发出的光线经光学器件后，由发实际光线的延长线形成的。本影光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区半影光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域2基本规律（1）光路可逆原理光线逆着反射线或折射线方向入射，将沿着原来的入射线方向反射或折射（2）光的独立传播规律光在传播时虽屡屡相交，但互不扰乱，保持各自的规律继续传播。（3）光的直线传播规律先在同一种均匀介质中沿直线传播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。（4）光的反射定律反射线、人射线、法线共面；反射线与人射线分布于法线两侧；反射角等于入射角。（5

3、）光的折射定律折射线、人射线、法织共面，折射线和入射线分居法线两侧；对确定的两种介质，入射角（i）的正弦和折射角（r）的正弦之比是一个常数.介质的折射串n=sini/sinr=c/v。全反射条件 光从光密介质射向光疏介质； 入射角大于临界角A，sinA=1/n。3常用光学器件及其光学特性（1）棱镜光密煤质的棱镜放在光疏煤质的环境中，入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。隔着棱镜看到物体的像向项角偏移。棱镜的色散作用复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。（2）平面镜点光源发出的同心发散光束，经平面镜反射后，得到的也是同心发散光束能在镜后形成等大的、正立的虚出，像与物对镜面对称。（3）球面镜凹面镜

4、有会聚光的作用，凸面镜有发散光的作用（4）平行透明板光线经平行透明板时发生平行移动（侧移）侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。（5）透镜在光疏介质的环境中放置有光密介质的透镜时，凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用透镜成像作图利用三条特殊光线。成像规律l/u+l/v=l/f。线放大率m二像长/物长=|v|/u。说明 成像公式的符号法则一一凸透镜焦距f取正，凹透镜焦距f取负；实像像距v取正，虚像像距v取负。 线放大率与焦距和物距有关4简单光学仪器的成像原理和眼睛（1）幻灯机是凸透镜成像在fVuV2f时的应用。得到的是倒立放大的实像.（2）放大镜是凸透镜成像在。uf时的应用。通过

5、放大饼在物方同地看到正立虚像。（3）眼睛等效于一变焦距照相机，正常人明视距约25厘米。明视距离小子25厘米的近视眼患者需配戴凹透镜做镜片的眼镜；明视距离大于25厘米的远视25者需配戴凸透镜做镜片的眼镜。（4）显微镜由短焦距的凸透镜作物镜，长焦距的透镜作目镜所组成。物体位于物镜焦点外很靠近焦点处，经物镜成实像于目镜焦点内很靠近焦点处。再经物镜在同侧形成一放大虚像（通常位于明视距离处）。（5）照相机是凸透镜成像在u2f时的应用.得到的是倒立缩小施实像。（6）望远镜由长焦距的凸透镜作物镜，辕焦距的透镜作目镜所组成。极远处至物镜的光可看成平行光，经物镜成中间像（倒立、缩小、实像）于物镜焦点外很靠近焦点

6、处，恰位于目镜焦点内，再经目镜成虚像于极远处（或明视距离处）。（二）物理光学人类对光本性的认识发展过程（1）微粒说（牛顿）基本观点认为光像一群弹性小球的微粒。实验基础光的直线传播、光的反射现象。困难问题无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象以及光的独立传播规律等。（2）波动说（惠更斯）基本观点认为光是某种振动激起的波（机械波）。实验基础光的干涉和衍射现象。1. 光的衍射现象单缝衍射（或圆孔衍射）条件缝宽（或孔径）可与波长相比拟。装置（略）。现象出现中央最亮最宽的明条，两边不等距发表的明暗条纹（或明暗乡间的圆环）。困难问题难以解释光的直进、寻找不到传播介质。2. 个的干涉现象杨氏双缝干涉实

7、验条件两束光频率相同、相差恒定。装置（略）。现象出现中央明条，两边等距分布的明暗相间条纹。解释屏上某处到双孔（双缝）的路程差是波长的整数倍（半个波长的偶数倍）时，两波同相叠加，振动加强，产生明条；两波反相叠加，振动相消，产生暗条。应用检查平面、测量厚度、增强光学镜头透射光强度（增透膜）（3）光子说（爱因斯坦）基本观点认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hv。实验基础光电效应现象。装置（略）。现象 入射光照到光电子发射几乎是瞬时的； 入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率v。；（4）电磁说（麦克斯韦）基本观点认为光是一种电磁波。实验基础赫兹实验（证明电磁波具有跟光同样的性质和波速）

8、。各种电磁波的产生机理无线电波自由电子的运动；红外线、可见光、紫外线原子外层电子受激发;x射线原子内层电子受激发；Y射线原子核受激发。可见光的光谱发射光谱连续光谱、明线光谱；吸收光谱（特征光谱。困难问题无法解释光电效应现象。 当vv。时，光电流强度与入射光强度成正比； 光电子的最大初动能与入射光强无关，只随着人射光灯中的增大而增大。解释光子能量可以被电子全部吸收不需能量积累过程； 表面电子克服金属原子核引力逸出至少需做功（逸出功）hv。 入射光强。单位时间内入射光子多，产生光电子多； 入射光子能量只与其频率有关，入射至金属表，除用于逸出功外。其余转化为光电子初动能。困难问题无法解释光的波动性。

9、（5）光的波粒二象性基本观点认为光是一种具有电磁本性的物质，既有波动性。又有粒子性。大量光子的运动规律显示波动性，个别光子的行为显示粒子性。实验基础微弱光线的干涉，X射线衍射.二、重要学习方法1光路可逆法在几何光学中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作图和计算上往在都会带来方便。2光路追踪法用作图法研究光的传播和成像问题时，抓住物点上发出的某条光线为研究对象。不断追踪下去的方法尤其适合于研究组合光具成多重保的情况。3作图锋几何光学离不开光路图。利用作图法可以直观地反映光线的传播，方便地确定像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或观察范围等把它与公式法结合起来，可以互相补充、互相验证。

10、知识要点一、光的折射1. 折射定律：n二sin大角sin小角2. 光在介质中的光速：v=c/n3光射向界面时，并不是全部光都发生折射，一定会有一部分光发生反射。4. 真空/空气的n等于1,其它介质的n都大于1。5. 真空/空气中光速恒定，为c=3X108m/s，不受光的颜色、参考系影响。光从真空/空气中进入介质中时速度一定变小。6. 光线比较时，偏折程度大（折射前后的两条光线方向偏差大）的光折射率n大。二、光的全反射1. 全反射条件：光由光密（n大的）介质射向光疏（n小的）介质；入射角大于或等于临界角C,其求法为sinC=1n。2. 全反射产生原因：由光密（n大的）介质，以临界角C射向空气时，

11、根据折射定律，空气中的sin角将等于1,即折射角为90°；若再增大入射角，“sin空气角”将大于1，即产生全反射。3. 全反射反映的是折射性质，折射倾向越强越容易全反射。即n越大，临界角C越小，越容易发生全反射。4全反射有关的现象与应用：水、玻璃中明亮的气泡；水中光源照亮水面某一范围；光导纤维（n大的内芯，n小的外套，光在内外层界面上全反射）三、光的本质与色散1.光的本质是电磁波，其真空中的波长、频率、光速满足c=入f（频率也可能用v表示），来源于机械波中的公式v入/T。2光从一种介质进入另一种介质时，其频率不变，光速与波长同时变大或变小。3将混色光分为单色光的现象成为光的色散。不同

12、颜色的光，其本质是频率不同，或真空中的波长不同。同时，不同颜色的光，其在同一介质中的折射率也不同。4色散的现象有：棱镜色散、彩虹。5红光和紫光的不同属性汇总如下：频率代或V真空中里的波长浙射率u同一介质中的光速偏忻程度临界角C红光k紫光大大C=Afy=c/n尽越大惊折毬厉害5mC=n发生全反射发生光电效应咫鮭干涉时的余纹间距发主明显衍射K容易紫光容扇大容劾原因临界角越小越容易发生金反射E=hv加=叭十班波长趣大越有可能发生關显衍射四、光的干涉1只有频率相同的两个光源才能发生干涉。2光的干涉原理（同波的干涉原理）：真空中某点到两相干光源的距离差即光程差As。当As=122n+l入，n=0,l,2

13、,时，即光程差等于半波长的奇数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调相反，叠加后使此点振动减弱；当As=n入，n=0,l,2,时，即光程差等于波长的整数倍，半波长的偶数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调一致，叠加后使此点振动加强。3杨氏双缝干涉：单色光源经过双缝形成相干光，在屏上形成明暗相间的等间距条纹。双缝间距离d、双缝到屏的距离L、光的波长入、条纹间距Ax的关系为Ax=Ld入。4双缝干涉的条纹间距指的是两条相邻的明条纹中心的距离。其它条件相同时，光的波长越大，条纹间距越大，明、暗条纹本身也越粗。5若使用白光做双缝干涉实验，会得到彩色的条纹，中央明纹为白色。6薄膜干涉：光射向薄膜时，在膜的外、内表面各反射一次，两束反射光在外表面相遇发生干涉。若叠加后振动加强，则会使反射光增强，透射光减弱；若叠加后振动减弱，则会使反射光减弱，透射光增强。7薄膜干涉的现象与应用：彩色肥皂泡、彩色油膜；增透膜、增反膜、检查工件平整度。五、光的衍射1光绕过障碍物传播即光的衍射。只有障碍物、孔、缝的尺寸小到可以与光的波长比拟时，才能观察到明显的衍射现象。2单色光的单缝衍射在屏上得到的是不等间距的条纹。其它条件相同时，光的波长越大，条纹间距越大，条纹本身也越粗（同双缝干涉）。3白光的单缝衍射得到的是彩色条纹，中央明纹为白色。4衍射相关