人教版物理選修3-4光學(xué)知識點總結(jié)教學(xué)教材

人教版物理選修3-4光學(xué)知識點總結(jié)．．．．．．．．物理選光知點光的直傳．的射一、光．定義：能夠自行發(fā)光的物體．．特點：光源具有能量且能將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為光能，光在介質(zhì)中傳播就是能量的傳播．二、光直傳．光在同一種均勻透明的介質(zhì)中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度＝3

各種頻率的光在介質(zhì)中的傳播速度均小于在真空中的傳播速度，v<C說明直線傳播的前提條件是在同一質(zhì)，而且是均否則，可能發(fā)生偏折。如從空氣進入水中（不是同一種介質(zhì)）；“市蜃樓”象（介質(zhì)不均勻）。同一種頻率的光在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的。不同頻率的光在同一種介質(zhì)中傳播速度一般也不同。在同一種介質(zhì)中，頻率越低的光其傳播速度越大。根據(jù)愛因斯坦的相對論光速不可能超C當(dāng)障礙物或孔的尺寸和波長可以相比或者比波長小時，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光線可以偏離原來的傳播方向。④近年來1999-2001年）科學(xué)家們在極低的壓強

和極低的溫度-9）下，得到一種物質(zhì)的凝聚態(tài)，光在其中的速度降低到17m/s甚至停止運動。．本影和半影（l影：影是自光源發(fā)出并與投影物體表面相切的光線在背光面的后方圍成的區(qū)域．本影：發(fā)光面較小的光源在投影物體后形成的光線完全不能到達的區(qū)域．半影：發(fā)光面較大的光源在投影物體后形成的只有部分光線照射的區(qū)域．日食和月食：人位于月球的本影內(nèi)能看到日全食，位于月球的半影內(nèi)能看到日偏食，位于月球本影的延伸區(qū)域（即“本影”能看到日環(huán)食．當(dāng)?shù)厍虻谋居安糠只蛉繉⒃虑蚍垂饷嬲谧。惴謩e能看到月偏食和月全食．具體來說：若圖中的，則地球上的某區(qū)域處在區(qū)域A到日全食；處在區(qū)域B或C內(nèi)看到日偏食；處在區(qū)域D到日環(huán)食。若圖中的P是球，則月球處在區(qū)域A內(nèi)將看到月全食；處在區(qū)域B內(nèi)將看到月偏食；由于日、月、地的大小及相對位置關(guān)系決定看月球不可能運動到區(qū)域D內(nèi)所以不存在月環(huán)食的自然光現(xiàn)象。用眼睛看實際物體和像用眼睛看物或像的本質(zhì)是凸透鏡成像原理：角膜、水樣液、晶狀體和玻璃體共同作用的結(jié)果相當(dāng)于一只凸透鏡。發(fā)散光束或平行光束經(jīng)這只凸透鏡作用后，在視網(wǎng)膜上會聚于一點，引起感光細胞的感覺，通過視神經(jīng)傳給大腦，產(chǎn)生視覺。圖中的S以是點光源，即本身發(fā)光的物體。圖中的S可以是實像點（是實際光線的交點）或虛像點（是發(fā)散光線的反向延長線的交點）。入射光也可以是平行光。

S

S/以上各種情況下，入射光線經(jīng)眼睛作用后都能會聚到視網(wǎng)膜上一點，所以都能被眼看到。三、光反反射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的界面上再返回原介質(zhì)的現(xiàn)象．．反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)，且反射光線和人射光線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角．．分類：光滑平面上的反射現(xiàn)象叫做鏡面反射。發(fā)生在粗糙平面上的反射現(xiàn)象叫做漫反射。鏡面反射和漫反射都遵循反射定律．．光路可逆原理：所有幾何光學(xué)中的光現(xiàn)象，光路都是可逆的．四．平鏡作和像點作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質(zhì)．成像特點：等大正立的虛像，物和像關(guān)于鏡面對稱．像與物方位關(guān):下不顛,右要交換散光的射全射一、光折．．．．．．．．．．．折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象．．折射定律折射線入光跟線同平內(nèi)折光、入射線分法兩，射的弦跟折射的弦正．3．在折射現(xiàn)象中光路是可逆的．二、折率1．定義：光從真空射入某種介,射角的正弦跟折射角的正弦之,介質(zhì)的折射率．注意：指光從真空射入介質(zhì)．12．公式γ率總大于1即n1．sinC3.各種色光性質(zhì)比較：紅光的小最小，在同種介質(zhì)中（除真空外最大，從同種介質(zhì)射向真空時全反射的臨界角C以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時的偏折角最?。ㄗ⒁鈪^(qū)分偏折角）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、全射．全反射現(xiàn)象：光照射到兩種介質(zhì)界面上時，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象．．全反射條件：光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角．．臨界角公式：光線從某種介質(zhì)射向真空（或空氣）時的臨界角C，則sinC=1/n=v/c四、棱與的散1.棱鏡對光的偏折作用一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(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。(棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反)圖時盡量利用對稱(棱鏡中的光線畫成與底邊平)。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，七色光與下面幾個物理量的對應(yīng)關(guān)系如表所示。光學(xué)中一現(xiàn)一結(jié)色散現(xiàn)象

v

λ()

衍射

C

干涉間距

γ()

光電效應(yīng)紅小

大

大()

容易

小

大

小不明)

小

難黃紫大

小

小(不明

難

大

小

大明顯)

大

易顯)結(jié)論：折射率n；全反射的臨界角；同一介質(zhì)中的傳播速率v在平行玻璃塊的側(cè)移eq\o\ac(△,x)光的頻,率,子性明.光子的能量子的能量越大。越容易產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象在真空中光的波長波長大波動性顯著；在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x窄在相同的情況下，衍射現(xiàn)象越來越不明顯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，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)90（右圖1或180（右圖2。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。3.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，其特點是：射出光線和入射光線平行；各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；．．．．．．．．．．．．．．射出光線的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)；可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。4.光導(dǎo)纖維全反射的一個重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）。光纖有內(nèi)、外兩層材料，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，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。這樣使從一個端面入射的光，經(jīng)過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出。五、各學(xué)件光的制特征光束經(jīng)平面鏡反射后，其會聚（或發(fā)散）的程度將不發(fā)生改變。這正是反射定律中“射角等于入射角”平面鏡的反射面是“面”共同決定的。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。光束射向前、后表面平行的透明玻璃磚，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是；傳播方向不變，只產(chǎn)生一個側(cè)移。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：凸透鏡使光束會聚，凹透鏡使光束發(fā)散。六、各學(xué)的像征物點發(fā)出的發(fā)散光束照射到鏡面上并經(jīng)反射或折射后，如會聚于一點，則該點即為物點經(jīng)鏡面所成的實像點；如發(fā)散，則其反向延長后的會聚點即為物點經(jīng)鏡面所成的虛像點。因此，判斷某光學(xué)鏡是否能成實（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酃馐赡苋詾榘l(fā)散光束）。（）平面鏡的反射不能改變物點發(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。（）凹透鏡的折射只能使物點發(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。（）凸透鏡折射既能使物點發(fā)出的發(fā)散光束仍然發(fā),能使物點發(fā)出發(fā)散光束變?yōu)榫酃?以它既能成虛,又能成實像。七、幾光中光問幾何光學(xué)是借用“何”識來研究光的傳播問題的，而光的傳播路線又是由光的基本傳播規(guī)律來確定。所以，對于幾何光學(xué)問題，只要能夠畫出光路圖，剩下的就只是“何問題”。而幾何光學(xué)中的光路通常有如下兩類：“像光路”—一般來說畫光路應(yīng)依據(jù)光的傳播規(guī)律，但對成像光路來說，特別是對薄透鏡的成像光路來說，則是依據(jù)三條特殊光線來完成的。這三條特殊光線通常是指：平行于主軸的光線經(jīng)透鏡后必過焦點；過焦點的光線經(jīng)透鏡后必平行于主軸；過光心的光線經(jīng)透鏡后傳播方向不變?！皥龉饴贰薄从霉饴穪泶_定觀察范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“緣光線”而一般的“緣光線”往往又要借助于物點與像點的一一對應(yīng)關(guān)系來幫助確定。光的波性光的性)一、光干一、光干現(xiàn)兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“動”強，出現(xiàn)亮條紋；某些區(qū)域使得振動減弱，出現(xiàn)暗條紋。振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，出現(xiàn)明暗相間條紋的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象光干現(xiàn)。二、產(chǎn)穩(wěn)干的件兩列波頻率相同，振動步調(diào)一振動方向相，相差恒定。兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源產(chǎn)相光的法必保相）利用激光為激光發(fā)出的是單色性極好的)分光分為)將一束光分為兩和振動情況完全相同的光(樣兩束光都來源于同一個光頻率必然相)下面分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖)源分割法：楊氏雙(雙孔)涉實驗；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．縫涉定量分析如圖所示，縫屏間距L雙縫間距O縫SS，則當(dāng)雙縫中發(fā)出光同時射到點附近的d兩束光波的路程差為=rr；由幾何關(guān)系得r+(x)2r2+(x+)22考慮到LdLx可得δ

dxL

若光波長為λ，⑴亮紋：則當(dāng)=k(k=0,1,2,)某點到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍時，兩束光疊加干涉加強；⑵暗紋：當(dāng)－1)

2

(k=0,1,2,)點到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩束光疊加干涉減弱，LL據(jù)此不難推算出：明紋坐標(biāo)x=±kλ(k=0，，…紋坐標(biāo)x=1)dd

(k=12…測量光波長的方法條紋間[鄰亮()的距]x=

Ld

λ.(縫屏間距L雙縫間距d)用此公式可以測定單色光的波長。則出條暗)條紋的距離a,鄰兩條亮條紋間距

an

ddaLLn用白光作雙縫干涉實驗由于白光內(nèi)各種色光的波長不干涉條紋間距不,所以屏的中央是白色亮,兩邊出現(xiàn)彩色條紋。結(jié)論：同一光源發(fā)出的光經(jīng)兩狹縫后形成兩列光波疊加產(chǎn)生．①當(dāng)這兩列光波到達某點的路程差為波長的整數(shù)倍時，=kλ該處的光互相加強，出現(xiàn)亮條紋；②當(dāng)?shù)竭_某點的路程差為半波長奇數(shù)倍時，=

2

(2n

該點光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋；

·③條紋間距與單色光波長成正比．

ld

()

·所以單光雙干實驗時屏的中央是亮紋，兩邊對稱地排列明暗相同且間距相等的條紋用白光作縫涉驗，屏的中央是白色亮紋，兩邊對稱地排列彩色條紋，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)各色條紋交錯現(xiàn)象。所以出現(xiàn)彩色條紋。將其中一條縫遮?。簩⒊霈F(xiàn)明暗相間的亮度不同且不等距的衍射條紋．膜涉象光照到薄膜上，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Δ,于薄膜厚度d倍，即=2d由膜上各處厚度不同，故各處兩列反射波的路程差不等。Δdn(n2出現(xiàn)明紋。=2=(2-1)/2(=1,…)出現(xiàn)暗紋。應(yīng)注意：干涉條紋出現(xiàn)在被照射(即前表)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。薄膜干應(yīng)：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)鏡透(氟鎂透鏡增透膜的厚度應(yīng)是透射光在薄膜中波長的14使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長(Δ=λ得=)，故反射光疊加后減弱。大大減少了光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對人的視覺最敏感，通過時完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著削弱。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+E+E膜吸收能量不變的前提下，若則E。增強透射光的強度。(2)“用涉檢平面”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，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。果某處凸起來，則對應(yīng)明或暗)前出現(xiàn)，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙所示。(“提與延后是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上。)注意：于發(fā)光物質(zhì)的特殊性，任何獨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。．的長波和率的關(guān)vf光在不同介質(zhì)中傳播時，其頻率f不變，其波長與光在介質(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、光衍。光衍現(xiàn)是光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象．單縫衍：央明而亮的條紋，兩側(cè)對稱排列強度減弱，間距變窄的條紋。圓孔衍：暗相間不等距的圓環(huán)，（與牛頓環(huán)有區(qū)別的）泊松亮：光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑。當(dāng)形成泊松亮斑時，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)。各種不形的礙都使光發(fā)衍。至使輪廓模糊不清，產(chǎn)生明衍的件障礙物或孔)尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小(障礙物或孔的尺寸小于時有明顯衍射現(xiàn)象)Δ≤300當(dāng)d=0.1mm=1300λ看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了。小結(jié)：的涉紋衍條紋都光疊的果但存在顯區(qū)：單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分布，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。光的衍射條紋與干涉條紋都是彩色的。意義：①干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動性干涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。②衍射現(xiàn)象表明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當(dāng)光波長比障礙物小得多和情況條才可以看作直線傳播。()③在發(fā)生明顯衍射的條件下，當(dāng)窄縫變窄時，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。光的直進是幾何光學(xué)的基礎(chǔ)，光的衍射現(xiàn)象并沒有完全否認光的直進，而是指出光的傳播規(guī)律受一定條件制約的，理規(guī)律都受一定條件限制(學(xué)顯微鏡能放大2000倍，無法再放大，再放大衍射現(xiàn)象明顯了)(以下新教材適)三光偏橫波只沿某個特定方向振動，這種現(xiàn)象叫波的振。有橫波才有偏振現(xiàn)象。根據(jù)波是否具有偏振現(xiàn)象來判斷波是否橫波，實驗表明，光具有偏振現(xiàn)象，說明光波是橫波。

光振動垂直于紙面光振動在紙面（自光太陽、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的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光。自然光通過偏振片后成形偏振光。（偏光自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上沿個定方振，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9時，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直。我們通?？吹降慕^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)由特定的材料制成，它上面有一個特殊方(振方)有振動方向和透振方向平行的光波才能通過偏振片。只有橫才偏現(xiàn)。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E方向、磁場B方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。光波的感光作用和生理作用主要是由電場強E起的，因此將E振動稱為光振動。應(yīng)用：體電影、照相機的鏡頭、消除車燈的眩光等。四、麥斯光電說、光的干涉與衍射充分地表明光是一種波，光的偏振現(xiàn)象又進一步表明光是橫波。提出光磁的景麥克斯韋對電磁理論的研究預(yù)言了電磁波的存在，并得到電磁波傳播速度的理論.11

8

這和當(dāng)時測出的光速3.1510m/s接近，在此基礎(chǔ)上⑴麥克韋出光本上是一電波—就所的的磁。光電磁的據(jù)赫茲在電磁說提出20多后，用實驗證實了電磁波的存在，測得電磁波的傳播速度確實等于光速，并測出其波長與頻率，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)象用驗實光的電說正性光電磁的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，說明光與電和磁存在聯(lián)系。說明了光能在真空中傳播的原因：電磁場本身就是物質(zhì)，不需要別的介質(zhì)來傳遞。mmmm⑵電磁譜按波長由大到小的順序排列為：無線電波、紅外線、可見()紫外線X射級、γ，除可見光外，相鄰波段間都有重疊。各種電磁波產(chǎn)生的基理、性質(zhì)差別、用途。電磁波種類無線電波外線可見光紫外線倫琴射線γ頻率(

～312

～×14

3.9×1014

～

7.5×1014

～

～3

1019

以上真空中波長

10144

94×7.7～10～61077

812

11下組成頻率波觀察方法

波長：大小性：明顯不明顯頻率：小子性：不明顯無線電技術(shù)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)生機理

LC電中自由電子的的振

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)蕩特性

波動性強

熱效應(yīng)

引起視覺

化學(xué)作用、熒

貫穿作用強

貫穿本領(lǐng)最強光效應(yīng)、殺菌用途

通訊，廣播，導(dǎo)航

加熱烘干、遙測遙感，醫(yī)

照明，照相，加熱

日光燈，黑光燈手術(shù)室殺菌

檢查探測，透視，治療等

探測，治療等療，導(dǎo)向等

消毒，治療皮膚病等從無線波γ射，都是本質(zhì)上相同的電磁波，它們的行服從同的波動規(guī)律。由于頻率和波長不同，又表現(xiàn)出不同的特性：波長(率)涉、衍射明顯，波動性強。現(xiàn)在能在晶體上觀察到γ射的衍射圖樣了。除了可同光外，上述相鄰的電磁波的頻率并不絕對分開，但頻率、波長的排列有規(guī)律。(3)