高中物理光學(xué)部分實(shí)驗(yàn)及知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)方法

1、高中物理光學(xué)部分實(shí)驗(yàn)及知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)方法光學(xué)包括兩大部分內(nèi)容：幾何光學(xué)和物理光學(xué)幾何光學(xué)（又稱光線光學(xué)）是以光的直線傳播性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究光在煤質(zhì)中的傳播規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科；物理光學(xué)是研究光的本性、光和物質(zhì)的相互作用規(guī)律的學(xué)科一、重要概念和規(guī)律（一）、幾何光學(xué)基本概念和規(guī)律1、基本規(guī)律光源發(fā)光的物體分兩大類：點(diǎn)光源和擴(kuò)展光源點(diǎn)光源是一種理想模型，擴(kuò)展光源可看成無數(shù)點(diǎn)光源的集合光線表示光傳播方向的幾何線光束通過一定面積的一束光線它是溫過一定截面光線的集合光速光傳播的速度。光在真空中速度最大。恒為C=3X108m/s。丹麥天文學(xué)家羅默第一次利用天體間的大距離測(cè)出了光速。法國人裴索第一次在地面上用旋轉(zhuǎn)齒輪

2、法測(cè)出了光這。實(shí)像光源發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)器件后，由實(shí)際光線形成的虛像光源發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)器件后，由發(fā)實(shí)際光線的延長線形成的。本影光直線傳播時(shí)，物體后完全照射不到光的暗區(qū)半影光直線傳播時(shí)，物體后有部分光可以照射到的半明半暗區(qū)域2基本規(guī)律（1）光路可逆原理光線逆著反射線或折射線方向入射，將沿著原來的入射線方向反射或折射（2）光的獨(dú)立傳播規(guī)律光在傳播時(shí)雖屢屢相交，但互不擾亂，保持各自的規(guī)律繼續(xù)傳播。（3）光的直線傳播規(guī)律先在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直線傳播的例證。（4）光的反射定律反射線、人射線、法線共面；反射線與人射線分布于法線兩側(cè)；反射角等于入射角。（5

3、）光的折射定律折射線、人射線、法織共面，折射線和入射線分居法線兩側(cè)；對(duì)確定的兩種介質(zhì)，入射角（i）的正弦和折射角（r）的正弦之比是一個(gè)常數(shù).介質(zhì)的折射串n=sini/sinr=c/v。全反射條件 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)； 入射角大于臨界角A，sinA=1/n。3常用光學(xué)器件及其光學(xué)特性（1）棱鏡光密煤質(zhì)的棱鏡放在光疏煤質(zhì)的環(huán)境中，入射到棱鏡側(cè)面的光經(jīng)棱鏡后向底面偏折。隔著棱鏡看到物體的像向項(xiàng)角偏移。棱鏡的色散作用復(fù)色光通過三棱鏡被分解成單色光的現(xiàn)象。（2）平面鏡點(diǎn)光源發(fā)出的同心發(fā)散光束，經(jīng)平面鏡反射后，得到的也是同心發(fā)散光束能在鏡后形成等大的、正立的虛出，像與物對(duì)鏡面對(duì)稱。（3）球面鏡凹面鏡

4、有會(huì)聚光的作用，凸面鏡有發(fā)散光的作用（4）平行透明板光線經(jīng)平行透明板時(shí)發(fā)生平行移動(dòng)（側(cè)移）側(cè)移的大小與入射角、透明板厚度、折射率有關(guān)。（5）透鏡在光疏介質(zhì)的環(huán)境中放置有光密介質(zhì)的透鏡時(shí)，凸透鏡對(duì)光線有會(huì)聚作用，凹透鏡對(duì)光線有發(fā)散作用透鏡成像作圖利用三條特殊光線。成像規(guī)律l/u+l/v=l/f。線放大率m二像長/物長=|v|/u。說明 成像公式的符號(hào)法則一一凸透鏡焦距f取正，凹透鏡焦距f取負(fù)；實(shí)像像距v取正，虛像像距v取負(fù)。 線放大率與焦距和物距有關(guān)4簡單光學(xué)儀器的成像原理和眼睛（1）幻燈機(jī)是凸透鏡成像在fVuV2f時(shí)的應(yīng)用。得到的是倒立放大的實(shí)像.（2）放大鏡是凸透鏡成像在。uf時(shí)的應(yīng)用。通過

5、放大餅在物方同地看到正立虛像。（3）眼睛等效于一變焦距照相機(jī)，正常人明視距約25厘米。明視距離小子25厘米的近視眼患者需配戴凹透鏡做鏡片的眼鏡；明視距離大于25厘米的遠(yuǎn)視25者需配戴凸透鏡做鏡片的眼鏡。（4）顯微鏡由短焦距的凸透鏡作物鏡，長焦距的透鏡作目鏡所組成。物體位于物鏡焦點(diǎn)外很靠近焦點(diǎn)處，經(jīng)物鏡成實(shí)像于目鏡焦點(diǎn)內(nèi)很靠近焦點(diǎn)處。再經(jīng)物鏡在同側(cè)形成一放大虛像（通常位于明視距離處）。（5）照相機(jī)是凸透鏡成像在u2f時(shí)的應(yīng)用.得到的是倒立縮小施實(shí)像。（6）望遠(yuǎn)鏡由長焦距的凸透鏡作物鏡，轅焦距的透鏡作目鏡所組成。極遠(yuǎn)處至物鏡的光可看成平行光，經(jīng)物鏡成中間像（倒立、縮小、實(shí)像）于物鏡焦點(diǎn)外很靠近焦點(diǎn)

6、處，恰位于目鏡焦點(diǎn)內(nèi)，再經(jīng)目鏡成虛像于極遠(yuǎn)處（或明視距離處）。（二）物理光學(xué)人類對(duì)光本性的認(rèn)識(shí)發(fā)展過程（1）微粒說（牛頓）基本觀點(diǎn)認(rèn)為光像一群彈性小球的微粒。實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)光的直線傳播、光的反射現(xiàn)象。困難問題無法解釋兩種媒質(zhì)界面同時(shí)發(fā)生的反射、折射現(xiàn)象以及光的獨(dú)立傳播規(guī)律等。（2）波動(dòng)說（惠更斯）基本觀點(diǎn)認(rèn)為光是某種振動(dòng)激起的波（機(jī)械波）。實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)光的干涉和衍射現(xiàn)象。1. 光的衍射現(xiàn)象單縫衍射（或圓孔衍射）條件縫寬（或孔徑）可與波長相比擬。裝置（略）?，F(xiàn)象出現(xiàn)中央最亮最寬的明條，兩邊不等距發(fā)表的明暗條紋（或明暗鄉(xiāng)間的圓環(huán)）。困難問題難以解釋光的直進(jìn)、尋找不到傳播介質(zhì)。2. 個(gè)的干涉現(xiàn)象楊氏雙縫干涉實(shí)

7、驗(yàn)條件兩束光頻率相同、相差恒定。裝置（略）?，F(xiàn)象出現(xiàn)中央明條，兩邊等距分布的明暗相間條紋。解釋屏上某處到雙孔（雙縫）的路程差是波長的整數(shù)倍（半個(gè)波長的偶數(shù)倍）時(shí)，兩波同相疊加，振動(dòng)加強(qiáng)，產(chǎn)生明條；兩波反相疊加，振動(dòng)相消，產(chǎn)生暗條。應(yīng)用檢查平面、測(cè)量厚度、增強(qiáng)光學(xué)鏡頭透射光強(qiáng)度（增透膜）（3）光子說（愛因斯坦）基本觀點(diǎn)認(rèn)為光由一份一份不連續(xù)的光子組成每份光子的能量E=hv。實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)光電效應(yīng)現(xiàn)象。裝置（略）?，F(xiàn)象 入射光照到光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的； 入射光頻率必須大于光陰極金屬的極限頻率v。；（4）電磁說（麥克斯韋）基本觀點(diǎn)認(rèn)為光是一種電磁波。實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)赫茲實(shí)驗(yàn)（證明電磁波具有跟光同樣的性質(zhì)和波速）

8、。各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理無線電波自由電子的運(yùn)動(dòng)；紅外線、可見光、紫外線原子外層電子受激發(fā);x射線原子內(nèi)層電子受激發(fā)；Y射線原子核受激發(fā)?？梢姽獾墓庾V發(fā)射光譜連續(xù)光譜、明線光譜；吸收光譜（特征光譜。困難問題無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。 當(dāng)vv。時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比； 光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)無關(guān)，只隨著人射光燈中的增大而增大。解釋光子能量可以被電子全部吸收不需能量積累過程； 表面電子克服金屬原子核引力逸出至少需做功（逸出功）hv。 入射光強(qiáng)。單位時(shí)間內(nèi)入射光子多，產(chǎn)生光電子多； 入射光子能量只與其頻率有關(guān)，入射至金屬表，除用于逸出功外。其余轉(zhuǎn)化為光電子初動(dòng)能。困難問題無法解釋光的波動(dòng)性。

9、（5）光的波粒二象性基本觀點(diǎn)認(rèn)為光是一種具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動(dòng)性。又有粒子性。大量光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律顯示波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為顯示粒子性。實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)微弱光線的干涉，X射線衍射.二、重要學(xué)習(xí)方法1光路可逆法在幾何光學(xué)中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作圖和計(jì)算上往在都會(huì)帶來方便。2光路追蹤法用作圖法研究光的傳播和成像問題時(shí)，抓住物點(diǎn)上發(fā)出的某條光線為研究對(duì)象。不斷追蹤下去的方法尤其適合于研究組合光具成多重保的情況。3作圖鋒幾何光學(xué)離不開光路圖。利用作圖法可以直觀地反映光線的傳播，方便地確定像的位置、大小、倒正、虛實(shí)以及成像區(qū)域或觀察范圍等把它與公式法結(jié)合起來，可以互相補(bǔ)充、互相驗(yàn)證。

10、知識(shí)要點(diǎn)一、光的折射1. 折射定律：n二sin大角sin小角2. 光在介質(zhì)中的光速：v=c/n3光射向界面時(shí)，并不是全部光都發(fā)生折射，一定會(huì)有一部分光發(fā)生反射。4. 真空/空氣的n等于1,其它介質(zhì)的n都大于1。5. 真空/空氣中光速恒定，為c=3X108m/s，不受光的顏色、參考系影響。光從真空/空氣中進(jìn)入介質(zhì)中時(shí)速度一定變小。6. 光線比較時(shí)，偏折程度大（折射前后的兩條光線方向偏差大）的光折射率n大。二、光的全反射1. 全反射條件：光由光密（n大的）介質(zhì)射向光疏（n小的）介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角C,其求法為sinC=1n。2. 全反射產(chǎn)生原因：由光密（n大的）介質(zhì)，以臨界角C射向空氣時(shí)，

11、根據(jù)折射定律，空氣中的sin角將等于1,即折射角為90°；若再增大入射角，“sin空氣角”將大于1，即產(chǎn)生全反射。3. 全反射反映的是折射性質(zhì)，折射傾向越強(qiáng)越容易全反射。即n越大，臨界角C越小，越容易發(fā)生全反射。4全反射有關(guān)的現(xiàn)象與應(yīng)用：水、玻璃中明亮的氣泡；水中光源照亮水面某一范圍；光導(dǎo)纖維（n大的內(nèi)芯，n小的外套，光在內(nèi)外層界面上全反射）三、光的本質(zhì)與色散1.光的本質(zhì)是電磁波，其真空中的波長、頻率、光速滿足c=入f（頻率也可能用v表示），來源于機(jī)械波中的公式v入/T。2光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，其頻率不變，光速與波長同時(shí)變大或變小。3將混色光分為單色光的現(xiàn)象成為光的色散。不同

12、顏色的光，其本質(zhì)是頻率不同，或真空中的波長不同。同時(shí)，不同顏色的光，其在同一介質(zhì)中的折射率也不同。4色散的現(xiàn)象有：棱鏡色散、彩虹。5紅光和紫光的不同屬性匯總?cè)缦拢侯l率代或V真空中里的波長浙射率u同一介質(zhì)中的光速偏忻程度臨界角C紅光k紫光大大C=Afy=c/n盡越大驚折毬厲害5mC=n發(fā)生全反射發(fā)生光電效應(yīng)咫鮭干涉時(shí)的余紋間距發(fā)主明顯衍射K容易紫光容扇大容劾原因臨界角越小越容易發(fā)生金反射E=hv加=叭十班波長趣大越有可能發(fā)生關(guān)顯衍射四、光的干涉1只有頻率相同的兩個(gè)光源才能發(fā)生干涉。2光的干涉原理（同波的干涉原理）：真空中某點(diǎn)到兩相干光源的距離差即光程差A(yù)s。當(dāng)As=122n+l入，n=0,l,2

13、,時(shí)，即光程差等于半波長的奇數(shù)倍時(shí)，由于兩光源對(duì)此點(diǎn)的作用總是步調(diào)相反，疊加后使此點(diǎn)振動(dòng)減弱；當(dāng)As=n入，n=0,l,2,時(shí)，即光程差等于波長的整數(shù)倍，半波長的偶數(shù)倍時(shí)，由于兩光源對(duì)此點(diǎn)的作用總是步調(diào)一致，疊加后使此點(diǎn)振動(dòng)加強(qiáng)。3楊氏雙縫干涉：單色光源經(jīng)過雙縫形成相干光，在屏上形成明暗相間的等間距條紋。雙縫間距離d、雙縫到屏的距離L、光的波長入、條紋間距Ax的關(guān)系為Ax=Ld入。4雙縫干涉的條紋間距指的是兩條相鄰的明條紋中心的距離。其它條件相同時(shí)，光的波長越大，條紋間距越大，明、暗條紋本身也越粗。5若使用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，會(huì)得到彩色的條紋，中央明紋為白色。6薄膜干涉：光射向薄膜時(shí)，在膜的外、內(nèi)表面各反射一次，兩束反射光在外表面相遇發(fā)生干涉。若疊加后振動(dòng)加強(qiáng)，則會(huì)使反射光增強(qiáng)，透射光減弱；若疊加后振動(dòng)減弱，則會(huì)使反射光減弱，透射光增強(qiáng)。7薄膜干涉的現(xiàn)象與應(yīng)用：彩色肥皂泡、彩色油膜；增透膜、增反膜、檢查工件平整度。五、光的衍射1光繞過障礙物傳播即光的衍射。只有障礙物、孔、縫的尺寸小到可以與光的波長比擬時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。2單色光的單縫衍射在屏上得到的是不等間距的條紋。其它條件相同時(shí)，光的波長越大，條紋間距越大，條紋本身也越粗（同雙縫干涉）。3白光的單縫衍射得到的是彩色條紋，中央明紋為白色。4衍射相關(guān)