高中物理光學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、認(rèn)識(shí)深化過(guò)程光的本性X射線(xiàn)及v 1.v 以 si nC03. 各種色光性質(zhì)比較：紅光的n最小，v最小，在同種介質(zhì)中（除真空外） v最大，入最大，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?。ㄗ⒁鈪^(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(xiàn)全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象.2. 全反射條件：光線(xiàn)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(xiàn)從某種介質(zhì)射向真空（或空氣）時(shí)的臨界角為C,則四、棱鏡與光的色散1. 棱鏡對(duì)光的偏折作用 一般所說(shuō)

2、的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線(xiàn)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(chēng)性（把棱鏡中的光線(xiàn)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(chēng)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nv入（波動(dòng)性）衍射C臨干涉間 距丫 （粒子性）E光子光電效應(yīng)爭(zhēng)黃小大大小大（明顯）J小（不明顯）容易難小大大小?。ú幻黠@）J大（明顯）小大難易結(jié)論：折射率n、；全反射的臨界角 C ；（3

3、）同一介質(zhì)中的傳播速率v ；（4）在平行玻璃塊的側(cè)移 x（5）光的頻率Y ,頻率大,粒子性明顯.；（6）光子的能量E=h 丫則光子的能量越大。越容易產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 在真空中光的波長(zhǎng) 入，波長(zhǎng)大波動(dòng)性顯著；（8）在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x越來(lái)越窄（9）在相同的情況下，衍射現(xiàn)象越來(lái)越不明顯2. 全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當(dāng)?shù)娜肷潼c(diǎn)，可以使入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90o （右圖1）或180 （右圖2）。要特別注意兩種用法中光線(xiàn)在哪個(gè)表面發(fā)生全反射。3. 玻璃磚物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束照射到鏡面上并經(jīng)反射或折射后，如會(huì)聚于一點(diǎn)，則該點(diǎn)即為物點(diǎn)經(jīng)鏡 面

4、所成的實(shí)像點(diǎn)；如發(fā)散，則其反向延長(zhǎng)后的會(huì)聚點(diǎn)即為物點(diǎn)經(jīng)鏡面所成的虛像點(diǎn)。因此，判斷 某光學(xué)鏡是否能成實(shí)（虛）像，關(guān)鍵看發(fā)散光束經(jīng)該光學(xué)鏡的反射或折射后是否能變?yōu)闀?huì)聚光束 （可能仍為發(fā)散光束）。（1）平面鏡的反射不能改變物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度，所以只能在異側(cè)成等等大的、正立 的虛像。（2 ）凹透鏡的折射只能使物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度提高，所以只能在同側(cè)成縮小的、正立 的虛像。（3）凸透鏡折射既能使物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束仍然發(fā)散，又能使物點(diǎn)發(fā)出發(fā)散光束變?yōu)榫酃馐?，所以它既能成虛像，又能成?shí)像。七、幾何光學(xué)中的光路問(wèn)題幾何光學(xué)是借用“幾何”知識(shí)來(lái)研究光的傳播問(wèn)題的，而光的傳播路線(xiàn)又是由光的基本

5、傳播 規(guī)律來(lái)確定。所以，對(duì)于幾何光學(xué)問(wèn)題，只要能夠畫(huà)出光路圖，剩下的就只是“幾何問(wèn)題”了。 而幾何光學(xué)中的光路通常有如下兩類(lèi)：（1）“成像光路”一一一般來(lái)說(shuō)畫(huà)光路應(yīng)依據(jù)光的傳播規(guī)律，但對(duì)成像光路來(lái)說(shuō)，特別是對(duì)薄透 鏡的成像光路來(lái)說(shuō)，則是依據(jù)三條特殊光線(xiàn)來(lái)完成的。這三條特殊光線(xiàn)通常是指：平行于主軸的光線(xiàn)經(jīng)透鏡后必過(guò)焦點(diǎn)； 過(guò)焦點(diǎn)的光線(xiàn)經(jīng)透鏡后必平行于主軸；過(guò)光心的光線(xiàn)經(jīng)透鏡后傳播方向不變。（2） “視場(chǎng)光路”一一即用光路來(lái)確定觀察范圍。這類(lèi)光路一般要求畫(huà)出所謂的“邊緣光線(xiàn)”，而 一般的“邊緣光線(xiàn)”往往又要借助于物點(diǎn)與像點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)幫助確定。3所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線(xiàn)從上表

6、面入射，從下表面射出時(shí)，其特點(diǎn)是:#外兩層經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是;射出光線(xiàn)和入射光線(xiàn)平行；各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；射出光線(xiàn)的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)； 可利用玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率。4. 光導(dǎo)纖維全反射的一個(gè)重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維（簡(jiǎn)稱(chēng)光纖）。光纖有內(nèi)、 材料，其中內(nèi)層是光密介質(zhì)，外層是光疏介質(zhì)。光在光纖中傳播時(shí)，每次射到內(nèi)、外兩層材料的 界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。這樣使從一個(gè)端面入射的光，經(jīng)過(guò)多次全反 射能夠沒(méi)有損失地全部從另一個(gè)端面射出。五、各光學(xué)元件對(duì)光路的控制特征（1）光束經(jīng)平面鏡反射后，其會(huì)聚（或發(fā)散）的程度將不發(fā)

7、生改變。這正是反射定律中“反射角等 于入射角”及平面鏡的反射面是“平面”所共同決定的。（2）光束射向三棱鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：向著底邊偏折，若光 束由復(fù)色光組成，由于不同色光偏折的程度不同，將發(fā)生所謂的色散現(xiàn)象。（3）光束射向前、后表面平行的透明玻璃磚, 傳播方向不變，只產(chǎn)生一個(gè)側(cè)移。（4）光束射向透鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：凸透鏡使光束會(huì)聚，凹 透鏡使光束發(fā)散。六、各光學(xué)鏡的成像特征光的波動(dòng)性（光的本性）一、光的干涉一、光的干涉現(xiàn)象兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“振動(dòng)”加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；某些區(qū)域使得振動(dòng)減弱，出現(xiàn)暗條紋。振動(dòng)加強(qiáng)和

8、振動(dòng)減弱的區(qū)域相互間隔，出現(xiàn)明暗相間條紋的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象。二、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波頻率相同，振動(dòng)步調(diào)一致 （振動(dòng)方向相同），相差恒定。兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源， 即相干波源1.產(chǎn)生相干光源的方法（必須保證相同）。利用激光（因?yàn)榧す獍l(fā)出的是單色性極好的光 ）；分光法（一分為二）：將一束光分為兩束 頻率和振動(dòng)情況完全相同的光。（這樣兩束光都來(lái)源于同一個(gè)光源，頻率必然相等）下面4個(gè)圖分別是利用雙縫、禾U用楔形薄膜、禾U用空氣膜、禾U用平面鏡形成相干光源的示意圖 點(diǎn)（或縫）光源分割法：楊氏雙縫（雙孔）干涉實(shí)驗(yàn)；利用反射得到相干光源：薄膜干涉#結(jié)論：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)兩狹縫后形成

9、兩列光波疊加產(chǎn)生. 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3 =k入，該處的光互相加強(qiáng)， 出現(xiàn)亮條紋； 當(dāng)?shù)竭_(dá)某點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)奇數(shù)倍時(shí)，既3 = （2n_1），該點(diǎn)光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋；2 條紋間距與單色光波長(zhǎng)成正比.伙二丄，（X入）,d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(chēng)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(chēng)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

10、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 A3，等于薄膜厚度d的兩倍，即 A3 =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：A3 =2d= n=1,2）則出現(xiàn)明紋。A3 =2d=（2n-1）入12（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

11、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)，（AT=2d=?入，得d=?R，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,貝U 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

12、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=入f。光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，其頻率 f不變，其波長(zhǎng)入與光在介質(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(xiàn)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(chēng)排列強(qiáng)度減弱，間距變窄

13、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）A d w 300入當(dāng)A d=0.1mm=1300入時(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： 單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分

14、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：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動(dòng)性。入大，干涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象表明光沿直線(xiàn)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(xiàn)傳播。（反之）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。光的直進(jìn)是幾何光學(xué)的基礎(chǔ)，光的衍射現(xiàn)象并沒(méi)有完全否認(rèn)光的直進(jìn)，而是指出光的傳播規(guī)律受一定條件制約的， -任何物理規(guī)律都受一定條件限制。 （光光振動(dòng)垂學(xué)顯微鏡能放大2000倍，無(wú)法再放大，再放大衍射

15、現(xiàn)象明顯了。）直于紙面（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

16、它們的偏振方向互相垂直。我們通常看到的 絕大多數(shù)光都是偏振光。除了直接從光源發(fā)出的光外。偏振片（起偏器）由特定的材料制成， 它上面有一個(gè)特殊方向（透振方向）只有振動(dòng)方向和透振方向平 行的光波才能通過(guò)偏振片。（3） 只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光的偏振也證明了光是一種波，而且是橫波。各種電磁波中電場(chǎng)E 的方向、磁場(chǎng)B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。（4） 光波的感光作用和生理作用主要是由電場(chǎng)強(qiáng)度E引起的，因此將 E的振動(dòng)稱(chēng)為光振動(dòng)。（5）應(yīng)用：立體電影、照相機(jī)的鏡頭、消除車(chē)燈的眩光等。四、麥克斯韋光的電磁說(shuō).1、光的干涉與衍射充分地表明光是一種波，光的偏振現(xiàn)象又進(jìn)一步表明光是橫波。提出光電

17、磁說(shuō)的背景：麥克斯韋對(duì)電磁理論的研究預(yù)言了電磁波的存在，并得到電磁波傳播速度的理論值3.11X 108m/s，這和當(dāng)時(shí)測(cè)出的光速 3.15 x 108m/s非常接近，在此基礎(chǔ)上麥克斯韋提出了光在本質(zhì)上是一種電磁波 這就是所謂的光的電磁說(shuō)。光電磁說(shuō)的依據(jù)：赫茲在電磁說(shuō)提出 20多年后，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，測(cè)得電磁波的傳 播速度確實(shí)等于光速，并測(cè)出其波長(zhǎng)與頻率，并且證明了電磁波也能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干 涉、偏振等現(xiàn)象。 用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說(shuō)的正確性。光電磁說(shuō)的意義：揭示了光的電磁本性，光是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波；把光現(xiàn)象和電磁學(xué)統(tǒng)一 起來(lái)，說(shuō)明光與電和磁存在聯(lián)系。說(shuō)明了光能在真空中傳播

18、的原因：電磁場(chǎng)本身就是物質(zhì)， 不需要?jiǎng)e的介質(zhì)來(lái)傳遞。電磁波譜：按波長(zhǎng)由大到小的順序排列為：無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光(七色)、紫外線(xiàn)、X射級(jí)、丫射線(xiàn),除可見(jiàn)光外，相鄰波段間都有重疊。電磁波種類(lèi)無(wú)線(xiàn)電波紅外線(xiàn)可見(jiàn)光紫外線(xiàn)倫琴射線(xiàn)丫射線(xiàn)頻率(Hz)1043X 10121012 3.9 X1410143.9X 10 7.5X 1014147.5 X 105X 10163 X 10,6 3 X20103 X 1019以上真空中波長(zhǎng)(m)3X 1014 1043 X 1047.7X7107.7 X 10 7 4X 1074 X 10 7 6X 9108/ 小1210 101011 以下組成頻率波波長(zhǎng)：大小

19、波動(dòng)性：明顯：不明顯頻率：小大 粒子性：不明顯明顯觀察方法無(wú)線(xiàn)電技術(shù)利用熱效應(yīng)激發(fā)熒光利用貫穿本領(lǐng)照相底片感光(化學(xué)效應(yīng))核技術(shù)各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理LC電路中自 由電子的的振 蕩原子的外層電子受到激發(fā)原子的內(nèi)層電 子受到激發(fā)原子核受到 激發(fā)特性波動(dòng)性強(qiáng)熱效應(yīng)引起視覺(jué)化學(xué)作用、熒 光效應(yīng)、殺菌貫穿作用強(qiáng)貫穿本領(lǐng)最 強(qiáng)用途通訊，廣播， 導(dǎo)航加熱烘干、遙 測(cè)遙感，醫(yī)療， 導(dǎo)向等照明，照相， 加熱日光燈，黑光 燈手術(shù)至殺菌 消毒，治療皮 膚病等檢查探測(cè)，透 視，治療等探測(cè)，治療等各種電磁波產(chǎn)生的基理、性質(zhì)差別、用途。產(chǎn)生。2吸收光譜：連續(xù)光通過(guò)某一物質(zhì)被吸收一部分光后形成的光譜，能反映出原子的特征譜線(xiàn). 每種元素都有自己的特征譜線(xiàn)，根據(jù)不同的特征譜線(xiàn)可確定物質(zhì)的化學(xué)組成，光譜分析既可用明 線(xiàn)光譜，也可用吸收光譜.六.激光的主要特點(diǎn)及應(yīng)用(1)激光是人工產(chǎn)生的相干光，可應(yīng)用于光纖通信。(普通光源發(fā)出的光是混合光，激光頻率單一，相干