高中物理光學知識點

光學知識點光的直線傳播．光的反射一、光源1．定義：能夠自行發(fā)光的物體．2．特點：光源具有能量且能將其它形式的能量轉化為光能，光在介質中傳播就是能量的傳播．二、光的直線傳播1．光在同一種均勻透明的介質中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：C＝3×108m/s；各種頻率的光在介質中的傳播速度均小于在真空中的傳播速度，即v<C。說明：①直線傳播的前提條件是在同一種介質，而且是均勻介質。否則，可能發(fā)生偏折。如從空氣進入水中（不是同一種介質）；“海市蜃樓”現(xiàn)象（介質不均勻）。②同一種頻率的光在不同介質中的傳播速度是不同的。不同頻率的光在同一種介質中傳播速度一般也不同。在同一種介質中，頻率越低的光其傳播速度越大。根據愛因斯坦的相對論光速不可能超過C。③當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）科學家們在極低的壓強（10-9Pa）和極低的溫度（10-9K）下，得到一種物質的凝聚態(tài)，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止運動。2．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．（2）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．（3）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．（4）日食和月食：人位于月球的本影內能看到日全食，位于月球的半影內能看到日偏食，位于月球本影的延伸區(qū)域（即“偽本影”）能看到日環(huán)食．當地球的本影部分或全部將月球反光面遮住，便分別能看到月偏食和月全食．具體來說：若圖中的P是月球，則地球上的某區(qū)域處在區(qū)域A內將看到日全食；處在區(qū)域B或C內將看到日偏食；處在區(qū)域D內將看到日環(huán)食。若圖中的P是地球，則月球處在區(qū)域A內將看到月全食；處在區(qū)域B或C內將看到月偏食；由于日、月、地的大小及相對位置關系決定看月球不可能運動到區(qū)域D內，所以不存在月環(huán)食的自然光現(xiàn)象。3.用眼睛看實際物體和像SSSS/①圖中的S可以是點光源，即本身發(fā)光的物體。②圖中的S也可以是實像點（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）。③入射光也可以是平行光。以上各種情況下，入射光線經眼睛作用后都能會聚到視網膜上一點，所以都能被眼看到。三、光的反射1.反射現(xiàn)象：光從一種介質射到另一種介質的界面上再返回原介質的現(xiàn)象．2．反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面內，且反射光線和人射光線分居法線兩側，反射角等于入射角．3．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．4．光路可逆原理：所有幾何光學中的光現(xiàn)象，光路都是可逆的．四．平面鏡的作用和成像特點（1）作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質．（2）成像特點：等大正立的虛像，物和像關于鏡面對稱．（3）像與物方位關系:上下不顛倒,左右要交換光的折射、全反射一、光的折射1．折射現(xiàn)象：光從一種介質斜射入另一種介質，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象．2．折射定律：折射光線、入射光線跟法線在同一平面內，折射光線、入射光線分居法線兩側，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．3．在折射現(xiàn)象中光路是可逆的．二、折射率1．定義：光從真空射入某種介質,入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介質的折射率．注意：指光從真空射入介質．2．公式：n=sini/sinγ，折射率總大于1．即n＞1．3.各種色光性質比較：紅光的n最小，ν最小，在同種介質中（除真空外）v最大，λ最大，從同種介質射向真空時全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質間發(fā)生折射時的偏折角最?。ㄗ⒁鈪^(qū)分偏折角和折射角）。4．兩種介質相比較，折射率較大的叫光密介質，折射率較小的叫光疏介質．三、全反射1．全反射現(xiàn)象：光照射到兩種介質界面上時，光線全部被反射回原介質的現(xiàn)象．2．全反射條件：光線從光密介質射向光疏介質，且入射角大于或等于臨界角．3．臨界角公式：光線從某種介質射向真空（或空氣）時的臨界角為C，則sinC=1/n=v/c四、棱鏡與光的色散1.棱鏡對光的偏折作用一般所說的棱鏡都是用光密介質制作的。入射光線經三棱鏡兩次折射后，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小則結論相反。)作圖時盡量利用對稱性(把棱鏡中的光線畫成與底邊平行)。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。）在同一介質中，七色光與下面幾個物理量的對應關系如表所示。光學中的一個現(xiàn)象一串結論色散現(xiàn)象nvλ(波動性)衍射C臨干涉間距γ(粒子性)E光子光電效應紅黃紫小大大小大(明顯)小(不明顯)容易難小大大小小(不明顯)大(明顯)小大難易光的波動性(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”加強，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)象叫光的干涉現(xiàn)象。二、產生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波頻率相同，振動步調一致(振動方向相同)，相差恒定。兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源1.產生相干光源的方法（必須保證相同）。⑴利用激光(因為激光發(fā)出的是單色性極好的光)；⑵分光法(一分為二)：將一束光分為兩束頻率和振動情況完全相同的光。(這樣兩束光都來源于同一個光源,頻率必然相等)下面4個圖分別是利用雙縫、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點(或縫)光源分割法：楊氏雙縫(雙孔)干涉實驗；利用反射得到相干光源：薄膜干涉利用折射得到相干光源：SSS1S2ddSS/acb2．雙縫干涉的定量分析如圖所示，縫屏間距L遠大于雙縫間距d，O點與雙縫S1和S2等間距，則當雙縫中發(fā)出光同時射到O點附近的P點時，兩束光波的路程差為δ=r2－r1；由幾何關系得：r12=L2+(x－)2，r22=L2+(x+)2.考慮到L》d和L》x，可得δ=.若光波長為λ，⑴亮紋：則當δ=±kλ(k=0,1,2,…)屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數倍時，兩束光疊加干涉加強；⑵暗紋：當δ=±(2k－1)(k=0,1,2,…)屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇數倍時，兩束光疊加干涉減弱，據此不難推算出：(1)明紋坐標x=±kλ(k=0，1，2，…）(2)暗紋坐標x=±(2k－1)·(k=1，2，…）測量光波長的方法(3)條紋間距[相鄰亮紋(暗紋)間的距離]△x=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n條亮條紋(暗)條紋的距離a,相鄰兩條亮條紋間距····結論：由同一光源發(fā)出的光經兩狹縫后形成兩列光波疊加產生．=1\*GB3①當這兩列光波到達某點的路程差為波長的整數倍時，即δ=kλ，該處的光互相加強，出現(xiàn)亮條紋；=2\*GB3②當到達某點的路程差為半波長奇數倍時，既δ=，該點光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋；=3\*GB3③條紋間距與單色光波長成正比．(∝λ)，所以用單色光作雙縫干涉實驗時，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雙縫干涉實驗時，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3．薄膜干涉現(xiàn)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．劈形薄膜干涉可產生平行相間條紋，兩列反射波的路程差Δδ,等于薄膜厚度d的兩倍，即Δδ=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：Δδ=2d=nλ(n=1,2…)則出現(xiàn)明紋。Δδ=2d=(2n-1)λ/2(n=1,2…)則出現(xiàn)暗紋。應注意：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)透鏡增透膜(氟化鎂)：透鏡增透膜的厚度應是透射光在薄膜中波長的1／4倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長，(ΔT=2d=?λ，得d=?λ)，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。在介質膜吸收能量不變的前提下，若E反=0，則E透最大。增強透射光的強度。(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，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凸起來，則對應明紋(或暗紋)提前出現(xiàn)，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應條紋延后出現(xiàn)，如圖乙所示。(注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上。)注意：由于發(fā)光物質的特殊性，任何獨立的兩列光疊加均不能產生干涉現(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生干涉現(xiàn)象。4．光的波長、波速和頻率的關系v＝λf。光在不同介質中傳播時，其頻率f不變，其波長λ與光在介質中的波速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)象是光離開直線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，兩側對稱排列強度減弱，間距變窄的條紋。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)。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.產生明顯衍射的條件：障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。(當障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，有明顯衍射現(xiàn)象)Δd≤300λ當Δd=0.1mm=1300λ時看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了。小結：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結果，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布，但衍射條紋中間亮紋最寬，兩側條紋逐漸變窄變暗，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：=1\*GB3①干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動性。λ大，干涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。=2\*GB3②衍射現(xiàn)象表明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當光波長比障礙物小得多和情況下(條件)光才可以看作直線傳播。(反之)=3\*GB3③在發(fā)生明顯衍射的條件下，當窄縫變窄時，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。光振動垂直于紙面光振動在紙面光振動垂直于紙面光振動在紙面(以下新教材適用)三.光的偏振橫波只沿某個特定方向振動，這種現(xiàn)象叫做波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。根據波是否具有偏振現(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。（1）自然光。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。（2）偏振光。自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定的方向振動，叫偏振光。自然光射到兩種介質的界面上，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