光學(xué)知識(shí)匯編學(xué)生

1、光學(xué)知識(shí)匯編一、光的傳播1折射和全反射折射定律的各種表達(dá)形式：n二血二°二1（ 0 !為入、折射角中的較大者。sin 日2 v sin C0當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于臨界角C時(shí)，發(fā)生全反射。2.各種色光性質(zhì)比較3 棱鏡對(duì)光的偏折作用例1如圖所示，一細(xì)束紅光和一細(xì)束藍(lán)光平行射到同一個(gè)三棱鏡上，經(jīng)折射后交于光屏上的同一個(gè)點(diǎn)4.若用ni和n2分別表示三棱鏡對(duì)紅光和藍(lán)光的折射率，下列說法中正確的是 A.ni<n2,a為紅光，b為藍(lán)光B.ni<n2,a為藍(lán)光，b為紅光C.ni>n2,a為紅光，b為藍(lán)光D.ni>n2,a為藍(lán)光，b為紅光全反射棱鏡橫截面是等腰

2、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)和入射角，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90o或180o。要特別注意兩種用法中光線在哪個(gè)表面發(fā)生全反射。5.玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線從上表面入射，從 下表面射出時(shí)，其特點(diǎn)是：射出光線和入射光線平行；各種色光在第一次 入射時(shí)發(fā)生色散（第二次折射不再色散）；射出光線的側(cè)移 y （入射線和射出 線間的距離）與折射率、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。例2.如圖所示，兩細(xì)束平行的單色光 a、b射向同一塊玻璃磚的上表面，然后從玻璃磚的下表面射出。已知玻璃對(duì)單色光 a的折射率較小，那么下列說法中正

3、確的有A. 進(jìn)入玻璃磚后兩束光仍然是平行的B. 從玻璃磚下表面射出后，兩束光不再平行C. 從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離一定減小了D. 從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離可能和射入前相同例3.如圖所示，用透明材料做成一長(zhǎng)方體形的光學(xué)器材，要求從上表面射入的 光線能從右側(cè)面射出，那么所選的材料的折射率應(yīng)滿足的條件是A. 折射率必須大于2B. 折射率必須小于2C. 折射率可取大于1的任意值D. 無(wú)論折射率是多大都不可能例4.如圖所示，平行單色光以 450的入射角，射到橫截面為半圓形玻璃磚的上 表面AB上。橫截面的半徑為 R,折射率為，2。試判斷半圓弧 AB上有光線射出的區(qū) 域的長(zhǎng)度。7

4、.光導(dǎo)纖維利用光的全反射，可制成光導(dǎo)纖維。光從光導(dǎo)纖維一端射入后，在傳播過程中經(jīng)過多次全反射，最終從另一端射出。由于發(fā)生的是全反射，因此傳播過程中的能量損耗非常小。用光導(dǎo)纖維傳輸信息，既經(jīng)濟(jì)又快捷。例5.如圖所示，一條長(zhǎng) L=500m的光導(dǎo)纖維用折射率為 n = 2的材料制成。一細(xì)束激光由其左端的中 心點(diǎn)以i=45o的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)， 經(jīng)過一系列全反射后從右端射出。 求：該激光在光導(dǎo)纖維中的速 度v是多大？該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間是多少？二、光的干涉和衍射1光的干涉發(fā)生光的干涉的條件是有兩個(gè)振動(dòng)情況總是相同的波源，即相干波源。 形成相干波源的方法有兩種：利用激光（因?yàn)榧す獍l(fā)出的

5、是單色性、平行度極好的光）。設(shè)法將同一束光分為兩束（這樣兩束光都來源于同一個(gè)光源，因此頻率必然相等） 下面分別是利用雙縫、利用肥皂膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖。2.干涉區(qū)域內(nèi)的亮、暗紋在兩列波都能到達(dá)的區(qū)域，疊加后加強(qiáng)（亮紋）和減弱（暗紋）的充分必要條件分別是：亮紋：屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差3等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即 S = n入（n=0, 1, 2,）暗紋：屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差3等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，即 3 =-（2n 1） （ n=0, 1, 2,）在空間，以上亮紋和暗紋的集合都是若干組雙曲線。設(shè)雙縫間距離為d,屏到雙縫距離為I，屏上某點(diǎn)到中心點(diǎn)距離為 x,在I >>d和I &

6、gt;>x的條件下，相鄰亮紋或相鄰暗紋間的距離 x可以認(rèn)為是相等的。理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)都證明：相鄰亮紋（暗紋）間的距離厶x二丄d3 公式 x二-的應(yīng)用d利用此公式可以測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。用同一雙縫干涉裝置做實(shí)驗(yàn)，紅光x最大，紫光x最小。由此可知紅光的波長(zhǎng)最大。由于各種色光在真空中的傳播速度是相同的，本實(shí)驗(yàn)證明可見光中紅光的頻率最低。用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于白光中各種色光的波長(zhǎng)不同，干涉條紋間距不同，所以屏的中央是 白色亮紋，兩邊出現(xiàn)彩色條紋，其中最靠近中央白色亮紋的是紫色亮紋。例6用綠光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在光屏上呈現(xiàn)出綠、暗相間的條紋，相鄰兩條綠條紋間的距離為 X。下列說法中正確的有A.

7、 如果增大單縫到雙縫間的距離， x將增大B. 如果增大雙縫之間的距離， x將增大C. 如果增大雙縫到光屏之間的距離， x將增大D. 如果減小雙縫的每條縫的寬度，而不改變雙縫間的距離， x將增大例7 .用太陽(yáng)光照射豎直放置的肥皂膜，觀察肥皂膜的反射光，將會(huì)看到彩色條紋。關(guān)于這些彩色條紋 的說法中正確的有A .所看到的彩色條紋是光的色散形成的B.所看到的彩色條紋的每一條亮線都是豎直線C .每一組完整的彩色亮線中，都是紫光在最上方D .每一組完整的彩色亮線中，都是紅光在最上方例&如圖是用干涉法檢查平面的平整程度的示意圖。其中AB是透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，CD是被檢查的平面。用單色光從上面豎直地照射下

8、來，從AB上方觀察到有明暗相間的條紋。這是由兩束反射光疊加形成 的。下列說法中正確的是AB的上表面和AB的上表面和AB的下表面和AB的下表面反射的CD的上表面反射的CD的上表面反A. 兩束反射光分別是從B. 兩束反射光分別是從C. 兩束反射光分別是從D. 如果將右邊BD間墊的薄片再變薄些，觀察到相鄰亮紋間的距離將減小4. 增透膜攝影機(jī)、照相機(jī)的光學(xué)鏡頭、 潛水艇的潛望鏡等， 都是由許多透鏡和棱鏡組成的，光進(jìn)入這些裝置時(shí), 在每個(gè)鏡面上都有一部分光被反射，使得通過裝置的光強(qiáng)度減弱，造成所成像的亮度不夠。為解決這個(gè)問題，可以利用光的干涉，在鏡面涂上一層厚度適當(dāng)?shù)耐该鞅∧?，該膜的厚度等于入射光在薄?/p>

9、中波長(zhǎng)的1/4。這樣，從膜的前后兩個(gè)表面反射的光，光程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，因而疊加后互相抵消，減弱了反射光的 強(qiáng)度，使透射光的強(qiáng)度得以增大。這種膜叫增透膜。一般情況下入射光是白光，其中各種色光的波長(zhǎng)是不同的。因此在確定薄膜厚度時(shí)要使白光中人的視 覺最敏感的綠光在垂直入射時(shí)完全抵消。這時(shí)紅光和紫光的反射光不可能完全抵消，因此我們看到的這些 鏡頭的顏色總是呈現(xiàn)淡紫色或蘭色。例9登山運(yùn)動(dòng)員在登雪山時(shí)要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長(zhǎng)時(shí)間被紫外線照射， 否則將會(huì)嚴(yán)重地?fù)p壞視力。你能不能利用薄膜干涉的原理設(shè)計(jì)一種能大大減小紫外線對(duì)眼睛傷害的眼鏡？ 如果有一種薄膜材料的折射率為n=1.5，所要

10、消除的紫外線的頻率為8.1 x 1014Hz,那么它設(shè)計(jì)的這種“增反膜”的厚度至少是多少？（眼鏡片材料的折射率大于1.5。）5. 光的衍射6. 泊松亮斑7 雙縫干涉和單縫衍射的聯(lián)系與區(qū)別例10.平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較，下列說法中正確的有A. 在小孔衍射圖樣和泊松亮斑的中心處都是亮斑B. 泊松亮斑中心亮點(diǎn)周圍的暗環(huán)較窄C. 小孔衍射圖樣的中心是暗斑，泊松亮斑圖樣的中心是亮斑D. 小孔衍射的衍射圖樣中亮、暗條紋間的間距是均勻的，泊松亮斑圖樣中亮、暗條紋間的間距是不均 勻的例11.關(guān)于光的衍射的下列說法中正確的是A只有當(dāng)障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比或者比光的波長(zhǎng)小的時(shí)候才能

11、發(fā)生衍射B. 如果障礙物的尺寸比光的波長(zhǎng)大得太多，就不能發(fā)生光的衍射C. 隔著高墻和墻另一側(cè)的人說話時(shí)“聽其聲而不見其人”，是因?yàn)槁暡òl(fā)生了明顯衍射，而光波的衍 射非常微弱D. 小孔成像就是由光的衍射形成的三、光的電磁說1. 光的電磁說麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的傳播速度相同，大膽地提出：光在本質(zhì)上是一種電磁波一一這就 是光的電磁說，20年后，赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了光的電磁說的正確性。2. 電磁波譜紅外線、紫外線、X射線的主要性質(zhì)及其應(yīng)用舉例。種類產(chǎn)生主要性質(zhì)應(yīng)用舉例紅外線一切物體都能發(fā)出熱效應(yīng)遙感、遙控、加熱紫外線一切咼溫物體能發(fā)出化學(xué)效應(yīng)熒光、殺菌、合成 VdX射線陰極射線射到固體表面穿透能

12、力強(qiáng)人體透視、金屬探傷從課本可知：電磁波按照波長(zhǎng)從大到小排列，順序?yàn)椋簾o(wú)線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、丫射線。從圖中還可以發(fā)現(xiàn)：各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個(gè)波段間都有重疊。各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理分別是：無(wú)線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的；紅外線、可見 光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；丫射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。不同的電磁波，由于波長(zhǎng)、頻率不同，表現(xiàn)出來的性質(zhì)也不同。 波長(zhǎng)最長(zhǎng)的無(wú)線電波容易表現(xiàn)出干涉、 衍射等現(xiàn)象，而波長(zhǎng)短的紫外線、 X射線、丫射線，要觀察它們的干涉、衍射就越來越困難了（但不能說它 們不能發(fā)生

13、衍射）?？梢姽忸l率范圍是 3.9-7.5 x 1014Hz,波長(zhǎng)范圍是4.0-7.7 x 10-7m。要記住以上數(shù)量級(jí)。例12.為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)況，在發(fā)射場(chǎng)建立了兩個(gè)發(fā)射臺(tái)，分別用于發(fā)射廣播電臺(tái)和電視臺(tái) 兩種信號(hào)。其中廣播電臺(tái)用的電磁波波長(zhǎng)為550m,電視臺(tái)用的電磁波波長(zhǎng)為0.566m。為了不讓發(fā)射場(chǎng)附近的小山擋住信號(hào)，需要在小山頂上建了一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)站，用來轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，這是因?yàn)樵撔盘?hào)的波長(zhǎng)太 ,不易發(fā)生明顯衍射。例13.右圖是倫琴射線管的結(jié)構(gòu)示意圖。電源E給燈絲K加熱，使其發(fā)射出熱電子。子在K、A間的強(qiáng)電場(chǎng)作用下高速向?qū)﹃帢OA飛去。電子流打到A極（對(duì)陰極）表面，ABC D四、光的偏振 1 偏

14、振現(xiàn)象在沿同一個(gè)方向傳播的縱波中，所有介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向都和波的傳播方向平行，因此振動(dòng)總是發(fā)生 在同一條直線上的；而在沿同一個(gè)方向傳播的橫波中，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向是垂直的，而 跟波的傳播方向垂直的方向有無(wú)窮多種可能，沿同一方向傳播的橫波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向可能是不同的，因 此會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象。能否發(fā)生偏振，是縱波和橫波的區(qū)別。利用偏振可以判定一種波是橫波還是縱波。 2.光的偏振課本介紹的演示實(shí)驗(yàn)證明光是一種橫波。太陽(yáng)、燈泡等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于光的傳播方向的沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè) 方向振動(dòng)的光的強(qiáng)度是相同的。這種光叫自然光。自然光通過偏振片（起偏器）后成為偏振光。當(dāng)

15、檢偏器的透振方向跟 起偏器的透振方向相同時(shí)， 通過檢偏器的光強(qiáng)度最大； 當(dāng)檢偏器的透 振方向跟起偏器的透振方向垂直時(shí)，通過檢偏器的光強(qiáng)度最弱。JCET激發(fā)出高頻電磁波，這就是X射線。下列說法中正確的有.P、Q間應(yīng)接高壓直流電，且 P接正極.P、Q間應(yīng)接高壓交流電.從A發(fā)出的X射線是由K到A的高速電子流反射形成的.從K到A間是高速電子流即陰極射線，從 A發(fā)出的是X射線即一種高頻電磁波熱電QP由于光是電磁波，而電磁波中的電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向都是和電磁波的 傳播方向垂直的（如右圖所示），這也從理論上說明光是橫波。實(shí)驗(yàn)證明，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)稱為光振動(dòng)。3.

16、自然光和偏振光從光源（太陽(yáng)、電燈等）直接發(fā)出的光是自然光。自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果入射方向合適（ 的夾角恰好是90o,這時(shí)反射光和折射光就都是偏振的，我們通?？吹降慕^大多數(shù)光，都是偏振光。tan i =n)4.偏振光的應(yīng)用偏振光可用于攝影。在拍攝照片時(shí)為消除水面或玻璃表面多余的反光，可以在照相機(jī)鏡頭前裝偏振濾 光片，讓其透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光的干擾，使拍出的相片影象清晰。偏振光還可用于拍攝和觀看立體電影。例14.如圖，P是一偏振片，P的透振方向（用帶有箭頭的實(shí)線表示）為豎直方向。下列四種入射光束 哪種照射 P時(shí)不能在P的另一側(cè)觀察到透射光？A.B.C.D.中,太陽(yáng)光沿豎直方向振動(dòng)的光沿水平方向振動(dòng)的光沿與豎直方向成 45°角振動(dòng)的光光