人教版物理选修3-4光学知识点总结教学教材

人教版物理选修3-4光学知识点总结．．．．．．．．物理选光知点光的直传．的射一、光．定义：能够自行发光的物体．．特点：光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能，光在介质中传播就是能量的传播．二、光直传．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度＝3

各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，v<C说明直线传播的前提条件是在同一质，而且是均否则，可能发生偏折。如从空气进入水中（不是同一种介质）；“市蜃楼”象（介质不均匀）。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C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。④近年来1999-2001年）科学家们在极低的压强

和极低的温度-9）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到17m/s甚至停止运动。．本影和半影（l影：影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成的区域．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区域（即“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，则地球上的某区域处在区域A到日全食；处在区域B或C内看到日偏食；处在区域D到日环食。若图中的P是球，则月球处在区域A内将看到月全食；处在区域B内将看到月偏食；由于日、月、地的大小及相对位置关系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镜。发散光束或平行光束经这只凸透镜作用后，在视网膜上会聚于一点，引起感光细胞的感觉，通过视神经传给大脑，产生视觉。图中的S以是点光源，即本身发光的物体。图中的S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长线的交点）。入射光也可以是平行光。

S

S/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、光反反射现象：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．．反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，且反射光线和人射光线分居法线两侧，反射角等于入射角．．分类：光滑平面上的反射现象叫做镜面反射。发生在粗糙平面上的反射现象叫做漫反射。镜面反射和漫反射都遵循反射定律．．光路可逆原理：所有几何光学中的光现象，光路都是可逆的．四．平镜作和像点作用：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．像与物方位关:下不颠,右要交换散光的射全射一、光折．．．．．．．．．．．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．．折射定律折射线入光跟线同平内折光、入射线分法两，射的弦跟折射的弦正．3．在折射现象中光路是可逆的．二、折率1．定义：光从真空射入某种介,射角的正弦跟折射角的正弦之,介质的折射率．注意：指光从真空射入介质．12．公式γ率总大于1即n1．sinC3.各种色光性质比较：红光的小最小，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以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角）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、全射．全反射现象：光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象．．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）时的临界角C，则sinC=1/n=v/c四、棱与的散1.棱镜对光的偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。(棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反)图时尽量利用对称(棱镜中的光线画成与底边平)。由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象，在光屏上形成七色光带（称光谱）（红光偏折最小，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。光学中一现一结色散现象

v

λ()

衍射

C

干涉间距

γ()

光电效应红小

大

大()

容易

小

大

小不明)

小

难黄紫大

小

小(不明

难

大

小

大明显)

大

易显)结论：折射率n；全反射的临界角；同一介质中的传播速率v在平行玻璃块的侧移eq\o\ac(△,x)光的频,率,子性明.光子的能量子的能量越大。越容易产生光电效应现象在真空中光的波长波长大波动性显著；在相同的情况下，双缝干涉条纹间距x窄在相同的情况下，衍射现象越来越不明显2.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90（右图1或180（右图2。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。3.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：射出光线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；．．．．．．．．．．．．．．射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；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）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。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、各学件光的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“射角等于入射角”平面镜的反射面是“面”共同决定的。光束射向三棱镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：向着底边偏折，若光束由复色光组成，由于不同色光偏折的程度不同，将发生所谓的色散现象。光束射向前、后表面平行的透明玻璃砖，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是；传播方向不变，只产生一个侧移。光束射向透镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：凸透镜使光束会聚，凹透镜使光束发散。六、各学的像征物点发出的发散光束照射到镜面上并经反射或折射后，如会聚于一点，则该点即为物点经镜面所成的实像点；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,能使物点发出发散光束变为聚光,以它既能成虚,又能成实像。七、几光中光问几何光学是借用“何”识来研究光的传播问题的，而光的传播路线又是由光的基本传播规律来确定。所以，对于几何光学问题，只要能够画出光路图，剩下的就只是“何问题”。而几何光学中的光路通常有如下两类：“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来说，则是依据三条特殊光线来完成的。这三条特殊光线通常是指：平行于主轴的光线经透镜后必过焦点；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。“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“缘光线”而一般的“缘光线”往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。光的波性光的性)一、光干一、光干现两列波在相遇的叠加区域，某些区域使得“动”强，出现亮条纹；某些区域使得振动减弱，出现暗条纹。振动加强和振动减弱的区域相互间隔，出现明暗相间条纹的现象。这种现象光干现。二、产稳干的件两列波频率相同，振动步调一振动方向相，相差恒定。两个振动情况总是相同的波源，即相干波源产相光的法必保相）利用激光为激光发出的是单色性极好的)分光分为)将一束光分为两和振动情况完全相同的光(样两束光都来源于同一个光频率必然相)下面分别是利用双缝、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)源分割法：杨氏双(双孔)涉实验；利用反射得到相干光源：薄膜干涉利用折射得到相干光源：

acS

SS

SS

/

db1211212112．缝涉定量分析如图所示，缝屏间距L双缝间距O缝SS，则当双缝中发出光同时射到点附近的d两束光波的路程差为=rr；由几何关系得r+(x)2r2+(x+)22考虑到LdLx可得δ

dxL

若光波长为λ，⑴亮纹：则当=k(k=0,1,2,)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－1)

2

(k=0,1,2,)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，LL据此不难推算出：明纹坐标x=±kλ(k=0，，…纹坐标x=1)dd

(k=12…测量光波长的方法条纹间[邻亮()的距]x=

Ld

λ.(缝屏间距L双缝间距d)用此公式可以测定单色光的波长。则出条暗)条纹的距离a,邻两条亮条纹间距

an

ddaLLn用白光作双缝干涉实验由于白光内各种色光的波长不干涉条纹间距不,所以屏的中央是白色亮,两边出现彩色条纹。结论：同一光源发出的光经两狭缝后形成两列光波叠加产生．①当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，=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，=

2

(2n

该点光互相消弱，出现暗条纹；

·③条纹间距与单色光波长成正比．

ld

()

·所以单光双干实验时屏的中央是亮纹，两边对称地排列明暗相同且间距相等的条纹用白光作缝涉验，屏的中央是白色亮纹，两边对称地排列彩色条纹，离中央白色亮纹最近的是紫色亮纹。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．膜涉象光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的两列光波叠加而成．劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹，两列反射波的路程差Δ,于薄膜厚度d倍，即=2d由膜上各处厚度不同，故各处两列反射波的路程差不等。Δdn(n2出现明纹。=2=(2-1)/2(=1,…)出现暗纹。应注意：干涉条纹出现在被照射(即前表)后表面是光的折射所造成的色散现象。单色光明暗相间条纹，彩色光出现彩色条纹。薄膜干应：肥皂膜干涉、两片玻璃间的空气膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛顿环、蝴蝶翅膀的颜色等。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。(1)镜透(氟镁透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的14使薄膜前后两面的反射光的光程差为半个波长(Δ=λ得=)，故反射光叠加后减弱。大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。光谱中央部分的绿光对人的视觉最敏感，通过时完全抵消，边缘的红、紫光没有显著削弱。所有增透膜的光学镜头呈现淡紫色。从能量的角度分析=E+E+E膜吸收能量不变的前提下，若则E。增强透射光的强度。(2)“用涉检平面”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滑的，得到的干涉图样必是等间距的。果某处凸起来，则对应明或暗)前出现，如图甲所示；如果某处凹下，则对应条纹延后出现，如图乙所示。(“提与延后是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上。)注意：于发光物质的特殊性，任何独立的两列光叠加均不能产生干涉现象。只有采用特殊方法从同一光源分离出的两列光叠加才能产生干涉现象。．的长波和率的关vf光在不同介质中传播时，其频率f不变，其波长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、光衍。光衍现是光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象．单缝衍：央明而亮的条纹，两侧对称排列强度减弱，间距变窄的条纹。圆孔衍：暗相间不等距的圆环，（与牛顿环有区别的）泊松亮：光照到不透光的极小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑。当形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。各种不形的碍都使光发衍。至使轮廓模糊不清，产生明衍的件障碍物或孔)尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小(障碍物或孔的尺寸小于时有明显衍射现象)Δ≤300当d=0.1mm=1300λ看到的衍射现象就很明显了。小结：的涉纹衍条纹都光叠的果但存在显区：单色光的衍射条纹与干涉条纹都是明暗相间分布，但衍射条纹中间亮纹最宽，两侧条纹逐渐变窄变暗，干涉条纹则是等间距，明暗亮度相同。光的衍射条纹与干涉条纹都是彩色的。意义：①干涉和衍射现象是波的特征：证明光具有波动性干涉和衍射现明显，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条才可以看作直线传播。()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，理规律都受一定条件限制(学显微镜能放大2000倍，无法再放大，再放大衍射现象明显了)(以下新教材适)三光偏横波只沿某个特定方向振动，这种现象叫波的振。有横波才有偏振现象。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，说明光波是横波。

光振动垂直于纸面光振动在纸面（自光太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，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。（偏光自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上沿个定方振，偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好9时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。除了直接从光源发出的光外。偏振片(起偏)由特定的材料制成，它上面有一个特殊方(振方)有振动方向和透振方向平行的光波才能通过偏振片。只有横才偏现。光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电E方向、磁场B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E起的，因此将E振动称为光振动。应用：体电影、照相机的镜头、消除车灯的眩光等。四、麦斯光电说、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。提出光磁的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.11

8

这和当时测出的光速3.1510m/s接近，在此基础上⑴麦克韦出光本上是一电波—就所的的磁。光电磁的据赫兹在电磁说提出20多后，用实验证实了电磁波的存在，测得电磁波的传播速度确实等于光速，并测出其波长与频率，并且证明了电磁波也能产生反射、折射、衍射、干涉、偏振等现象用验实光的电说正性光电磁的义揭示了光的电磁本性，光是一定频率范围内的电磁波；把光现象和电磁学统一起来，说明光与电和磁存在联系。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。mmmm⑵电磁谱按波长由大到小的顺序排列为：无线电波、红外线、可见()紫外线X射级、γ，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外线可见光紫外线伦琴射线γ频率(

～312

～×14

3.9×1014

～

7.5×1014

～

～3

1019

以上真空中波长

10144

94×7.7～10～61077

812

11下组成频率波观察方法

波长：大小性：明显不明显频率：小子性：不明显无线电技术效应激发荧光利用贯穿本领照相底片感光（化学效应）

核技术各种电磁波的产生机理

LC电中自由电子的的振

原子的外层电子受到激发

原子的内层电子受到激发

原子核受到激发荡特性

波动性强

热效应

引起视觉

化学作用、荧

贯穿作用强

贯穿本领最强光效应、杀菌用途

通讯，广播，导航

加热烘干、遥测遥感，医

照明，照相，加热

日光灯，黑光灯手术室杀菌

检查探测，透视，治疗等

探测，治疗等疗，导向等

消毒，治疗皮肤病等从无线波γ射，都是本质上相同的电磁波，它们的行服从同的波动规律。由于频率和波长不同，又表现出不同的特性：波长(率)涉、衍射明显，波动性强。现在能在晶体上观察到γ射的衍射图样了。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。(3)