【2022】人教版物理选修3-4光学知识点总结

物理选修3-4光学知识点光的直线传播．光的反射一、光源定义：能够自行发光的物体．二、光的直线传播v<C。说明：①直线传播的前提条件是在介质，而且是介质。否则，可能发生偏折。如从空气进入水中（一种介质“海市蜃楼”现象（介质不均匀。②同一种频率的光在不同介质中的传播速度是不同的。不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同。在同一种介质中，频率越低的光其传播速度越大。根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过C。③当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，发生明显的衍射现象，光线可以偏离原来的传播方向。（1999-2001年）（10-9K）本影和半影本影：发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域．半影：发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光线照射的区域．日食和月食：人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位于月球本影的延伸域（即“伪本影）能看到日环食．当地球的本影部分或全部将月球反光面遮住，便分别能看到月偏食和月全食．具体来说：若图中的P是月球，则地球上的某区域处在区域A内将看到日全食；处在区域BC内将看到日偏食；处在区域D内将看到日环食。若图中的P是地球，则月球处在区域A内将看到月全食；处在区域B或C决定看月球不可能运动到区域D内，所以不存在月环食的自然光现象。用眼睛看实际物体和像用眼睛看物或像的本质是凸透镜成像原理：角膜、水样液、晶状体和玻璃体共同作用的结果相当于一只凸透大脑，产生视觉。①图中的S可以是点光源，即本身发光的物体。②图中的S也可以是实像点（是实际光线的交点）或虚像点（是发散光线的反向延S S/长线的交点。③入射光也可以是平行光。以上各种情况下，入射光线经眼睛作用后都能会聚到视网膜上一点，所以都能被眼看到。三、光的反射反射现象：光从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象．角．遵循反射定律．四．平面镜的作用和成像特点作用：只改变光束的传播方向，不改变光束的聚散性质．成像特点：等大正立的虚像，物和像关于镜面对称．散 光的折射、全反一、光的折射折射现象：光从一种介质射入另一种介质，传播方向发生改变的现象．折射角的正弦成正比．在折射现象中光路是可逆的．二、折射率入介质．c 1公式：n=sini/sinγv

sinC0

，折射率总大于1．即n＞1．n最小，在同种介质中（除真空外最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C（注意区分4．两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质．三、全反射1．全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角．临界角公式：光线从某种介质射向真空（或空气）C，则四、棱镜与光的色散棱镜对光的偏折作用（称光谱（光偏折最小，紫光偏折最大）在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应关系如表所示。色散现象n色散现象nv*性)衍射C临红小黄紫大大大显)容易小干涉间距大γ性)小显)(E光电效应光子(明(不明小难小难大小大易小(不明 大(明)显)结论：(1)折射率全反射的临界角C；同一介质中的传播速率(4).；光子的能量(7)在真空中光的波长波长大波动性显著；(8)在相同的情况下，双缝干涉条纹间距x越来越窄(9)在相同的情况下，衍射现象越来越不明显全反射棱镜9（右图1）或180（右图2种用法中光线在哪个表面发生全反射。玻璃砖所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：⑴射出光线和入射光线平行；⑵各种色光在第一次入射后就发生色散；⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。4.光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。五、各光学元件对光路的控制特征光束经平面镜反射后，其会聚（或发散）的程度将不发生改变。这正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面镜的反射面是“平面”所共同决定的。由于不同色光偏折的程度不同，将发生所谓的色散现象。只产生一个侧移。六、各光学镜的成像特征如发散，则其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点。因此，判断某光学镜是否能成实（虚）像，关键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是否能变为会聚光束（可能仍为发散光束。平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散程度，所以只能在异侧成等等大的、正立的虚像。凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高，所以只能在同侧成缩小的、正立的虚像。凸透镜折射既能使物点发出的发散光束仍然发散,又能使物点发出发散光束变为聚光束,所以它既能成虚像又能成实像。七、几何光学中的光路问题以，对于几何光学问题，只要能够画出光路图，剩下的就只是“几何问题”了。而几何光学中的光路通常有如下两类：“成像光路”——一般来说画光路应依据光的传播规律，但对成像光路来说，特别是对薄透镜的成像光路过焦点的光线经透镜后必平行于主轴；过光心的光线经透镜后传播方向不变。“视场光路”——即用光路来确定观察范围。这类光路一般要求画出所谓的“边缘光线光的波动性(光的本性)一、光的干涉一、光的干涉现象光的干涉现象。二、产生稳定干涉的条件：两列波频率相同，振动步调一致(振动方向相同)，相差恒定。两个振动情况总是相同的波源，即相干波源产生相干光源的方法（必须保证相同。⑴利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光)；()：将,)下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图点(或缝)光源分割法：杨氏双双孔干涉实验；利用反射得到相干光源：薄膜干涉 a利用折射得到相干光源： cS S dSS 1 S/ bS2双缝干涉的定量分析如图所示，缝屏间距L远大于双缝间距d，O点与双缝S1和S2等间距，则当双缝中发出光同时射到O点附近d2 1 的P点时，两束光波的路程差为 δ=r－r；由几何关系得2=L2+(x－2 1 dx

d2)2，r2=L2+(x+2

)2.考虑到》d 和》x，可得δ=L.若光波长为λ，⑴亮纹：则当δ=±kλ(k=0,1,2,…)屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍时，两束光叠加干涉加强；⑵暗纹：当δ=±(2k－1)2 (k=0,1,2,…)屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍时，两束光叠加干涉减弱，L L 据此不难推算出：(1)明纹坐标x=±kdλ(2)暗纹坐标x=±(2k－1) d·2L

(k=1，2，…）测量光波长的方法(3)条纹间[相邻亮(暗)间的距] △x=dλ.(缝屏间距双缝间距d)用此公式可以测定单色光的波长。则出n条亮条暗)条纹的距离相邻两条亮条纹间距a n

d d aLx ( )1 Ln1彩色条纹。··结论：··①当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，即δ=kλ，该处的光互相加强，出现亮条纹；②当到达某点的路程差为半波长奇数倍时，既δ=2

(2n1)，该点光互相消弱，出现暗条纹；x

ld (∝λ)，近的是紫色亮纹。原因：不同色光产生的条纹间距不同，出现各色条纹交错现象。所以出现彩色条纹。将其中一条缝遮住：将出现明暗相间的亮度不同且不等距的衍射条纹纹，两列反射波的路程差Δδ,等于薄膜厚度d的两倍，即Δδ=2d。由于膜上各处厚度不同，故各处两列反射波的路程差不等。若：Δδ=2d=nλ(n=1,2…)则出现明纹。Δδ=2d=(2n-1)λ/2(n=1,2…)则出现暗纹。应注意：干涉条纹出现在被照射面(即前表面)色光出现彩色条纹。薄膜干涉应用光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的两列光叠加。看到膜上出现明暗相间的条纹。透镜增透膜氟化镁透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的1／4，得d=λ)度。

=E +E 入 反 透

。在介质膜吸收能量不变的前提下，若E吸

=0，则E反

最大。增强透射光的强透如图所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光(凹下，则对应条纹延后出现，如图乙所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上。)注意：出的两列光叠加才能产生干涉现象。光的波长、波速和频率的关系v＝λf。光在不同介质中传播时，其频率f不变，其波长λ与光在介质中的波速v成正比．色光的颜色由频率决定，频率不变则色光的颜色也不变。二、光的衍射。光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象．单缝衍射：圆孔衍射：明暗相间不等距的圆环（与牛顿环有区别的）边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。至使轮廓模糊不清，产生明显衍射的条件：障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。(当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm时，有明显衍射现象)Δd≤300λ 当Δd=0.1mm=1300λ时看到的衍射现象就很明显了。小结：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区别：大，干涉和衍射现明显，越容易观察到现象。②衍射现象表明光沿直线传播只是近似规律，当光波长比障碍物小得多和情况下(条件)光才可以看作直线传播。(反之)③在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄时，亮斑的范围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。光的直进是几何光学的基础，光的衍射现象并没有完全否认光的直进，而是指出光的传播规律受一定条件制约的，任何物理规律都受一定条件限制(光学显微镜能放 光振动垂大2000倍，无法再放大，再放大衍射现象明显了。)(以下新教材适用)三.光的偏振横波只沿某个特定方向振动，这种现象叫做波的偏振。只有横波才有偏振现象。

直于纸面根据波是否具有偏振现象来判断波是否横波，实验表明，光具有偏振现象，说明光 光振动波是横波。自然光向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。自然光通过偏振片后成形偏振光。

在纸面偏振光叫偏振光。自然90°，这时，反射光和折的光外。偏振片起偏器)()过偏振片。E的方向、磁场的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。应用：四、麦克斯韦光的电磁说．1、光的干涉与衍射充分地表明光是一种波，光的偏振现象又进一步表明光是横波。提出光电磁说的背景：麦克斯韦对电磁理论的研究预言了电磁波的存在，并得到电磁波传播速度的理论值3.11×108m/s，这和当时测出的光速3.15×108m/s非常接近，在此基础上⑴麦克斯韦提出了光在本质上是一种电磁波———这就是所谓的光的电磁说。光电磁说的依据：赫兹在电磁说提出20用实验证实了光的电磁说的正确性。光电磁说的意义电和磁存在联系。说明了光能在真空中传播的原因：电磁场本身就是物质，不需要别的介质来传递。⑵电磁波谱：按波长由大到小的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光(七色)、紫外线、X射级、γ射线，除可见光外，相邻波段间都有重叠。各种电磁波产生的基理、性质差别、用途。电磁波种类无线电波红外线可见光紫外线伦琴射线γ射线频率(Hz)104～3×10121012～3.9×3.9×1014～7.57.5×1014～53×1016～3×3×1019以上1014×1014×10161020真空中波长(m)3×1014～10—4 3×104～7.7×10—77.7×10—7～4 4×10—7～6××10—7 10—910—8～10—1210—11以下组成频率波波长：大 波动性：明显 不明显频率：小 大粒子性：不明显 明显观察方法无线电技术 利用热效应激发荧光利用贯穿本领核技术照相底片感光（化学效应）各种电磁波LC电路中自原子的外层电子受到激发原子的内层电原子核受到激的产生机理由电子的的振荡子受到激发发特性波动性强热效应 引起视觉化学作用、荧光效应、杀菌贯穿作用强贯穿本领最强用途通讯，广播，导航加热烘干、遥 照明，照相测遥感医疗，加热导向等日光灯，黑光灯手术室杀菌消毒，治疗皮肤病等检查探测，透视，治疗等探测，治疗等①从无线电波到γ射线，都是本质上相同的电磁波，它们的行服从同的波动规律。②由于频率和波长不同，又表现出不同的特性：波长大(频率小)干涉、衍射明显，波动性强。现在能在晶体上观察到γ射线的衍射图样了。③除了可同光外，上述相邻的电磁波的频率并不绝对分开，但频率、波长的排列有规律。种类产生主要性质应用举例种类产生主要性质应用举例红外线一切物体都能发出热效应遥感、遥控、加热紫外线一切高温物体能发出化学效应荧光、杀菌、合成VD2X射线阴极射线射到固体表面穿透能力强人体透视、金属探伤⑷实验证明：物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长λm

和物体温度T之间满足关系λm

T=b（b为常数。可见高温物体辐射出的电磁波频率较高。在宇宙学中，可以根据接收到的恒星发出的光的频率，分析其表面温度。⑸可见光：频率范围是3.9-7.5×1014Hz，波长范围是400-770nm。五、光谱和光谱分析（可用光谱管和分光镜观察）由色