人教版物理选修3-4光学知识点总结

光的直线传播．光的反射一、光源定义：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、光的直线传播光在同一种均匀透亮的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C＝3×108m/s；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〔不是同一种介质“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。依据爱因斯坦的相对论光速不行能超过C。④近年来1999-2001年〕科学家们在极低的压强1-9P〕和极低的温度1-9〕17m/s，甚至停顿运动。本影和半影〔l〕影：影是自光源发出并与投影物体外表相切的光线在背光面的前方围成的区域．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局部光线照耀的区域．域〔即“伪本影域〔即“伪本影〕到月偏食和月全食．PABCDPA内将看到月全食；处在区域B或C内将看到月偏食；由于日、月、地的大小及相对位置关系打算看月球不行能运动到区域D用眼睛看实际物体和像SS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SS的感觉，通过视神经传给大脑，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长线的交点。③入射光也可以是平行光。以上各种状况下，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．光路可逆原理：全部几何光学中的光现象，光路都是可逆的．四．平面镜的作用和成像特点作用：只转变光束的传播方向，不转变光束的聚散性质．四．平面镜的作用和成像特点作用：只转变光束的传播方向，不转变光束的聚散性质．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、全反射一、光的折射折射现象：光从一种介质射入另一种介质，传播方向发生转变的现象．折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦跟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

1．即n＞1．n最小，ν最小，在同种介质中〔除真空外〕v最大，λ最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C〔留意区分。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、全反射全反射现象：光照耀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〕时的临界角为C，则sinC=1/n=v/c四、棱镜与光的色散棱镜对光的偏折作用(假设棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。)作图时尽量利用对称性(把棱镜中的光线画成与底边平行)。〔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*(波动衍射C临干预间γ(粒子E光子光电效应性)距性)红小大大红小大大小大小(不明小难黄显)显)紫大小难大小大易小(不明大(明显)显)结论：(1结论：(1)折射率n全反射的临界角C；同一介质中的传播速率v；(4)在平行玻璃块的侧移△x光的频率γ,频率大,粒子性明显.；光子的能量E=hγ则光子的能量越大。越简洁产生光电效应现象(7)在真空中光的波长λ,波长大波动性显著；在一样的状况下，双缝干预条纹间距x越来越窄在一样的状况下，衍射现象越来越不明显全反射棱镜经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90〔右图1〕或180〔右图。要特别留意两种用法中光线在哪个外表发生全反射。玻璃砖所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上外表入射，从下外表射出时，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。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，经过屡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掌握特征光束经平面镜反射后，其会聚〔或发散〕的程度将不发生转变。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”所共同打算的。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，推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。平面镜的反射不能转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旧发散,又能使物点发动身散光束变为聚光束,所以它既能成虚像,又能成实像。七、几何光学中的光路问题几何光学是借用“几何”学问来争论光的传播问题的，而光的传播路线又是由光的根本传播规律来确定。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“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”——即用光路来确定观看范围。这类光路一般要求画出所谓的“边缘光线光线”往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。光的波动性(光的本性)一、光的干预一、光的干预现象两列波在相遇的叠加区域，某些区域使得“振动”加强，消灭亮条纹；某些区域使得振动减弱，消灭暗条纹。振光的干预现象。二、产生稳定干预的条件：两列波频率一样，振动步调全都(振动方向一样)，相差恒定。两个振动状况总是一样的波源，即相干波源1.产生相干光源的方法〔必需保证一样。⑴利用激光(由于激光发出的是单色性极好的光)；⑵分光法(一分为二)：将频率和振动状况完全一样的光。(这样两束光都来源于同一个光源,频率必定相等)下面4/a/割法：杨氏双缝(双孔)干预试验；利用反射得到相干光源：薄膜干预 cS1SS2利用折射得到相干光源： S1SS2bS双缝干预的定量分析L远大于双缝间距d，O点与双缝SSO点四周的P1 2 d d点时，两束光波的路程差为 δ=r－r；由几何关系得：r2=L2+(x－)2，r2=L2+(x+)2.2dx考虑到L》d和L》x，可得δ=L

1 1.假设光波长为λ，

2 2 2⑴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，两束光叠加干预加强；⑵暗纹：当δ=±(2k－1)2弱，

(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，两束光叠加干预减L L (1)明纹坐标x=±kd

)暗纹坐标L

d·2 (k=1，2，…〕测量光波长的方法(3)条纹间距[相邻亮纹(暗纹)间的距离]△x=d

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n条亮条纹(暗)条纹的距离a,相邻两条亮条纹间距a n

d d aLx ( )1 Ln1用白光作双缝干预试验时,由于白光内各种色光的波长不同,干预条纹间距不同,所以屏的中心是白色亮纹,两边消灭彩色条纹。结论：由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，即δ=kλ，该处的光相互加强，消灭亮··②当到达某点的路程差为半波长奇数倍时，既δ=2

(2n1)，该点光相互消弱，消灭暗条纹；x

ld (∝λ)，所以用单色光作双缝干预试验时，用白光作双缝干预试验时，屏的中心是白色亮纹，两边对称地排列彩色条纹，离中心白色亮纹最近的是紫色亮纹。缘由：不同色光产生的条纹间距不同，消灭各色条纹穿插现象。所以消灭彩色条纹。将其中一条缝遮住：将消灭明暗相间的亮度不同且不等距的衍射条纹光照到薄膜上，由薄膜前、后外表反射的两列光波叠加而成．劈形薄膜干预可产生平行相间条纹，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。假设：Δ==n=12…)则消灭明纹。Δδ==(-1λ/2=12…)则消灭暗纹。应留意：干预条纹消灭在被照耀面(即前外表)。后外表是光的折射所造成的色散现象。单色光明暗相间条纹，彩色光消灭彩色条纹。薄膜干预应用：肥皂膜干预、两片玻璃间的空气膜干预、浮在水面上的油膜干预、牛顿环、蝴蝶翅膀的颜色等。光照到薄膜上，由膜的前后外表反射的两列光叠加。看到膜上消灭明暗相间的条纹。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倍。使薄膜前后两面的反射光的光程差为半个波长，(ΔT=2d=½λ，得d=¼λ)，故反射光叠加后减弱。大大削减了光的反射损失，增加了透射强度，这种薄膜叫增透膜。光谱中心局部的绿光对人的视觉最敏感，通过时完全抵消，边缘的红、紫光没有显著减弱。全部增透膜的光学镜头呈现淡紫色。从能量的角度分析E=E+E+EE=0E入 反 透 吸 反 透如下图，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照耀，假设被检测平面是光滑的，得到的干预图样必是等间距的。假设某处凸起来，则对应明纹(或暗纹)提前消灭，如图甲所示；假设某处凹下，则对应条纹延后消灭，如图乙所示。(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的挨次位置上。)留意：由于发光物质的特别性，任何独立的两列光叠加均不能产生干预现象。只有承受特别方法从同一光源分别出的两列光叠加才能产生干预现象。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．色光的颜色由频率打算，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：中心明而亮的条纹，两侧对称排列强度减弱，间距变窄的条纹。圆孔衍射：明暗相间不等距的圆环〔与牛顿环有区分的〕泊松亮斑：边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。各种不同外形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时，有明显衍射现象)Δd≤300λ当Δd==1300λ时看到的衍射现象就很明显了。小结：光的干预条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区分：单色光的衍射条纹与干预条纹都是明暗相间分布，但衍射条纹中间亮纹最宽，两侧条纹渐渐变窄变暗，干预条纹意义：①干预和衍射现象是波的特征：证明光具有波动性。λ大，干预和衍射现明显，越简洁观看到现象。②衍射现象说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状况下(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根底，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肯定条件制约的， 任何物理规律都受肯定条件限制。(光学显微镜能放大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。依据波是否具有偏振现象来推断波是否横波，试验说明，光具有偏振现象，说明光波是横波。

光振动垂直于纸面自然光。太阳、电灯等一般光源直接发出的光，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一样，这种光叫自然光。自然光通过偏振片后成形偏振光。偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，假设光的入射方向适宜，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向相互垂直。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(起偏器)由特定的材料制成，它上面有一个特别方向(透振方向)只有振动方向和透振方向平行的光波才能通过偏振片。只有横波才有偏振现象。光的偏振也证明白光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两相互垂直。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：立体电影、照相机的镜头、消退车灯的眩光等。四、麦克斯韦光的电磁说．1、光的干预与衍射充分地说明光是一种波，光的偏振现象又进一步说明光是横波。提出光电磁说的背景：麦克斯韦对电磁理论的争论预言了电磁波的存在，并得到电磁波传播速度的理论值×108m/s，这和当时测出的光速×108m/s⑴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多年后，用试验证明白电磁波的存在，测得电磁波的传播速度确实等于用试验证明白光的电磁说的正确性。光电磁说的意义电和磁存在联系。说明白光能在真空中传播的缘由：电磁场本身就是物质，不需要别的介质来传递。⑵电磁波谱：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、性质差异、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)104～3×1012 1012～×1014 ×1014～×1014 ×1014～5×10163×1016～3×10203×1019以上真空中波长3×1014～10—4 3×104～×10— ×10—7～4×104×10—7～6×10—8～10—1210—11以下(m)7 —7 10—9组成频率波波长：大小波动性：明显不明显频率：小大 粒子性：不明显明显观看方法无线电技术 利用热效应 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LC电路中自由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气理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、荧贯穿作用强贯穿本领最强光效应、杀菌通讯，播送，加热烘干、遥照明，照相，日光灯，黑光检查探测，透 探测，治疗等导航导向等加热灯手术室杀菌消毒，治疗皮肤病等视，治疗等用途①从无线电波到γ射线，都是本质上一样的电磁波，它们的行听从同的波动规律。用途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)干预、衍射明显，波动性强。现在能在晶体上观看到γ射线的衍射图样了。种类产生主要性质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