高考物理總復習考點大全第十二章核心考點幾何光學市賽課公開課一等獎省名師獲獎?wù)n件

第十二講幾何光學1/60【知識關(guān)鍵點】一、光直線傳輸二、光反射三、光折射四、透鏡(不考)2/60一、光直線傳輸1．光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳輸3/60二、光反射1．反射定律反射光線跟入射光線跟法線在同一平面上，反射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角。α=β4/602．面鏡(1)平面鏡；(2)凹面鏡；(3)凸面鏡。5/60平面鏡成象特點:等大,正立,虛象,關(guān)于平面鏡對稱.6/60三、光折射(一)光折射1、折射定律折射光線跟入射光線和法線在同一平面里，折射光線跟入射光線分居法線兩側(cè)，入射角正弦與折射角正弦之比等于常數(shù)。7/602、折射率光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時候，入射角正弦sini，與折射角正弦sinr之比值n叫做這種介質(zhì)折射率。理論研究和試驗研究都證實：某種介質(zhì)折射率n，等于光在真空中速度c跟光在這種介質(zhì)中速度v之比。因為光在介質(zhì)中傳輸速度總是小于光在真空中傳輸速度，所以任何介質(zhì)折射率n均大于1。8/603、試驗：測定玻璃折射率9/60(二)全反射1、全反射現(xiàn)象光傳輸速度較小，折射率較大介質(zhì)稱之為光密介質(zhì)；光傳輸速度較大、折射率較小介質(zhì)稱之為光疏介質(zhì)。當光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，且當入射角增大到某一角度，使折射角到達90°時，折射光線就完全消失，只剩下反射到光密介質(zhì)光線，這種現(xiàn)象叫光全反射。10/602、臨界角折射角變成90°時入射角叫臨界角。設(shè)介質(zhì)折射率為n，光在介質(zhì)中傳輸速度為v，光在真空中傳輸速度為大寫C，光從介質(zhì)射入真空（或空氣）時臨界角為小寫c，那么11/603.應(yīng)用:(1)海市蜃樓(2)光導纖維12/60(三)光色散1、光色散光色散是指復色光經(jīng)過折射（如經(jīng)過三棱鏡）后，在光屏上形成彩色光帶現(xiàn)象（如圖）。色散實質(zhì)是由各種色光在同一介質(zhì)中傳輸速率不一樣，或者說是同一個介質(zhì)對不一樣色光折射率不一樣而引發(fā)。13/602、折射率與光頻率關(guān)系在同一個介質(zhì)中頻率越高光折射率越大。故同一介質(zhì)對紫光折射率最大，對紅方折射率最小。3、折射率與光速及波長關(guān)系。光從真空進入介質(zhì)時，頻率不變，速率減小，波長變短。設(shè)光在真空中波長為，光在介質(zhì)中波長為λ，那么對于不一樣頻率光波在同一個介質(zhì)中，頻率較高光速率較小，波長較短。14/60四、透鏡

(一)透鏡光心、主軸、焦點、焦距薄透鏡中央可視為一個點，叫光心。過透鏡兩個球面中心直線叫主軸。平行于主軸光線經(jīng)透鏡折射后會聚于一點叫焦點。對于凸透鏡，它是實際光線交會點，是實焦點；對于凹透鏡，它是光線反向延長線交會點，是虛焦點。焦點到光心距離是焦距。對于凸透鏡，焦距用正數(shù)表示；對于凹透鏡，焦距用負數(shù)表示。變光傳輸方向，且對光束有會聚作用。

改變光傳輸方向，且對光束有發(fā)散作用。

15/60(二)透鏡成像作圖1、凸透鏡成像作圖要求出一個發(fā)光點由凸透鏡所成像，只需求出從這個發(fā)光點發(fā)出任意兩條光線經(jīng)凸透鏡折鏡后交點就能夠了。尤其是發(fā)光點不在主軸上時，下面三條光線折射方向很輕易求出：（1）跟主軸平行光線，折射后經(jīng)過焦點；（2）經(jīng)過焦點光線，折射后跟主軸平行；（3）經(jīng)過光心光線，經(jīng)過透鏡后方向不變。應(yīng)用這三條光線中任意兩條，就能夠求出發(fā)光點S像S’。16/602、凹透鏡成像作圖相仿，要求出一個發(fā)光點由凹透鏡所成像，只需求出從這個發(fā)光點發(fā)出任意兩條光線經(jīng)凹透鏡折射后，其反向延長線交點就能夠了。尤其是當發(fā)光點不在主軸上時，下面三條光線折射方向很輕易求出：（1）跟主軸平行光線，折射后其反向延長線過鏡前焦點；（2）向著鏡后焦點去光線，折射后跟主軸平行；（3）經(jīng)過光心光線，經(jīng)過透鏡后方向不變。應(yīng)用這三條光線中任意兩條，就能夠求出發(fā)光點S虛像S’。物體能夠看做是由許許多多點組成。物體上每一點都有自己像。所以物體像也能夠用做圖法求出來。17/60(三)透鏡成像特點1、凸透鏡成像特點隨物體至凸透鏡距離即物距u大小不一樣，凸透鏡能夠成實像，也能夠成虛像、能夠成倒立像、也能夠成正立像、能夠成縮小像、等大像、也能夠成放大像。（1）當u>2f時，成縮小、倒立實像。（2）當u=2f時，成等大、倒立實像。（3）當2f>u>f時，成放大、倒立實像。（4）當u=f時，不成像（5）當f>u>0時，成放大、正立虛像。18/60（2）當u=2f時，成等大、倒立實像。（3）當2f>u>f時，成放大、倒立實像。19/60（4）當u=f時，不成像（5）當f>u>0時，成放大、正立虛像。20/602、凹透鏡成像特點不論物體放在何處，凹透鏡只能成縮小、正立虛像。21/60(四)透鏡成像公式1、透鏡成像公式如圖所表示，OF=f，BO=u，B’O=v，那么22/60（1）對于凸透鏡，公式里u和f總是正，但v值不一定是正。當u<f時，v為負值。v值是正時，像和物分別位于透鏡兩側(cè)，像是實像。v值是負時，像和物在透鏡同側(cè)，像是虛像。（2）對于凹透鏡，焦距f應(yīng)取負值。因為物距u總是正，因而和物在透鏡同側(cè)。23/602、放大率取絕對值。所以24/60(五)測量凸透鏡焦距如圖所表示，物與光屏間距離是L，在它們中間放一個凸透鏡，凸透鏡焦距是f。若L>4f，在物與光屏之間移動透鏡，能使物像成在以證實凸透鏡焦距這就是二次成像法測凸透鏡焦距試驗原理。25/60【經(jīng)典例題】例1如圖所表示，一個點光源S放在平面鏡前，鏡面跟水平方向成30°角，假定光源不動，而平面鏡以速度v沿OS方向向光源平移，求光源S像S'移動速度。26/60分析：利用物像對稱性作出開始時光源S像S'，如圖所表示。解答：因鏡平移而點光源靜止，故可知像點S‘必沿S’S方向運動。鏡在△t時間移動距離為

所以v'=v，即像點移動速度大小為v，方向沿S'S方向。又因為像點移動距離為：27/60例2

、如圖甲所表示，Mv為水平放置平面鏡，AB為豎直放置物體，試用作圖法畫出人眼能看到物體在鏡中完整像區(qū)域。分析與解答：人眼看到像是來自物體AB光線經(jīng)平面鏡反射后進入眼內(nèi)光線反向延長線交點。如圖乙所表示，①依據(jù)對稱性特點作出AB在鏡中像A‘B’；②過A點作兩條射線到鏡面MN上邊界光線區(qū)域內(nèi)能夠看到A像A‘。③同理過B做出邊界光線BN、BM及對應(yīng)反射光線B1N和MA2所夾區(qū)域內(nèi)可看到B像B/。在這兩個區(qū)域公共部分B1N和MA2內(nèi),能夠同時看到AB,這就是看到A'B'，這就是看到AB完整視場。28/60例3、一束寬為d平行光，從水中射入空氣中，光束與水平夾角為φ，水折射率為n，求空氣中光束寬度d′表示式？解:

由圖中可知

說明：光由空氣射入介質(zhì)時，折射率為n，那么光由介質(zhì)射入空氣時，折射率為1/n。29/60例4、一束光線由空氣射入某種介質(zhì)，如圖所表示。在界面上發(fā)生反射和折射，已知入射角為60°，反射光線與折射光線成90°，求介質(zhì)折射率。解：因為在界面發(fā)生反射時，i=i′=60°又因為反射光線與折射光線成90°角，所以r=90°-i=30°所以30/60例5、以下圖中O’O’’為透鏡主光軸，S為點光源，S’為S像。用作圖法分別作出各圖中透鏡光心和焦點位置，并標明透鏡是凸透鏡還是凹透鏡。31/60解答：利用過光心光線方向不變這一特殊光線，能夠確定光心位置。直線SS’與O’O’’交點是光心。依據(jù)像虛、實（S’與S在鏡同側(cè)是虛像，在異側(cè)是實像），像放大或縮小判斷透鏡是凸透鏡還是凹透鏡（成實像或放大虛像是凸透鏡，成縮小虛像是凹透鏡）。再利用透鏡成像作圖另兩條特殊光線（平行于主軸光線經(jīng)透鏡折射后過焦點；經(jīng)過焦點光線經(jīng)透鏡折射后平行于主軸）確定焦點位置。以下是三個小題解答圖。32/60例6、在焦距為10cm凸透鏡主軸上、距光心20cm處有一物點S，在透鏡另一側(cè)得到S像點S’。試分析下面各種情況成像問題。（1）把透鏡下半部遮住。（2）把透鏡沿主軸切開，使一塊在原主軸上方0.2cm，另一塊在原主軸下方0.2cm。（3）把透鏡中央截去寬度為0.4cm部分，再將余下兩部分粘合成一個透鏡。（4）把透鏡沿主軸切開，使下半部分沿主軸右移5cm。分析與解：（1）像是物體（光源或漫反射）射出光線射向透鏡全部光線經(jīng)透鏡后全部折射光線會聚點。透鏡被部分遮擋后，它主軸、光心和焦點不會改變。當物距不變時，據(jù)成像公式可知，像點位置和性質(zhì)是不會改變。唯獨入射光線降低了。所以，像亮度減弱，像觀察范圍變小。其光路圖如圖所表示。33/60（2）因為一個透鏡只有一根主軸、一個光心，所以每半個透鏡都有一根主軸、一個光心。這兩個半塊透鏡實際上相當?shù)扔趦蓚€透鏡，它們主軸、光心、焦點與原透鏡相同，所不一樣只是相對于原主軸分別上、下移開0.2cm。因為u、f不變，據(jù)成像公式可知，像性質(zhì)及像距不變。光軸上。用特殊光線作光路圖，如圖所表示。34/60（3）從表面上看重新粘合透鏡是一個透鏡，從光學角度看它相當于兩個透鏡。余下這兩部分主軸、光心和焦點相對它本身位置仍不變，不受切去部分影響。粘合后，它們主軸、光心等離開原主軸35/60（4）對切后成為兩個透鏡，其中不動部分透鏡，成像情況與（1）相同，移開部分透鏡，主軸不變，只是光心右移，但焦距f不變。因為u變大，據(jù)成像公式可知，像距v變小，像仍在主軸上，如圖所表示。說明：（1）若把一個完整透鏡分割成兩部分，每一部分就成為一個透鏡。每個被分出透鏡仍有一根主軸、一個光心。不論它怎樣殘缺不全，它主軸、光心及焦點位置不會因被分割而改變。若移開它位置，其主軸、光心位置相對于原主軸、光心位置可能改變，但相對于它本身位置依然不變，焦距也不變。（2）一個物點S射出光經(jīng)過透鏡后，形成像點S’，其像距及放大率完全由物距（含物長）決定。當主軸上物距u改變時，v也跟著變，S’與S在主軸上；當u不變，物長改變時，v不變而像長變，S’和S仍在經(jīng)過光心直線上；當u變，物長不變時，v及像長皆改變。36/60例7、凹透鏡直徑為5cm，焦距f=-6cm。一把米尺垂直放置在透鏡主軸上，且離透鏡12cm。人眼在主軸上離透鏡12cm處向透鏡看去，他能看到米尺刻度范圍是多大？設(shè)主軸穿過米尺20cm刻度線。分析：米尺MN射出光線經(jīng)凹透鏡折射后，只要進入眼睛E就能看到米尺某一部分。因為凹透鏡對光有發(fā)散作用，使眼看到米尺范圍擴大。依據(jù)題意做光路圖如圖所表示。設(shè)人眼經(jīng)過凹透鏡在米尺上觀察范圍為AB，表示從AB兩端發(fā)出光線經(jīng)過透鏡邊緣折射恰能抵達人眼。按常規(guī)處理，OE為像距，但物距OE’未知。這類問題是虛物成像問題，超出中學知識。若應(yīng)用光路可逆原理進行處理，就轉(zhuǎn)換為實物成虛像問題。把人眼E看作光源，由E射出光線EC、ED射到凹透鏡邊緣C、D，經(jīng)凹透鏡后折射光線射到米尺上A、B處，其反向延長線交主軸于E’點（眼睛虛像），即像點位置確定了，OE’=v。37/60解：因為u=OE=12cm，f=-6cm，依據(jù)透鏡公式同理可得BK=10cm。答：人眼能看到米尺刻度范圍是10～30cm?！摺鰽KE’∽△COE’，38/60【反饋練習】1．關(guān)于日食和月食以下各說法中，正確是A．發(fā)生日環(huán)食時月、地距離，較發(fā)生日全食時大B．我們觀察不到月環(huán)食是因為月球距地球較近，月球較小C．發(fā)生日全食時，地球上沒有任何地方能看到日偏食D．發(fā)生月全食時，因為地球大氣散射太陽光，月面并不完全黑暗答案:ABD39/602．如圖所表示，一個點光源S經(jīng)過平面鏡成像。設(shè)光源不動，平面鏡以速率v沿OS方向向光源平移，鏡面與OS方向之間夾角為30°，則光源像S’（圖中未畫出）A．以速率v平行于OS向右運動B．以速率v垂直于OS向下運動D．以速率v沿SS’連線向S運動答案：D40/603．兩個平面鏡垂直相交于棱L，如圖所表示為入射光線a經(jīng)過2次反射光路，反射光線依次是b和c，以棱L為軸，使兩平面鏡都逆時針轉(zhuǎn)一個小角度a，入射光線a仍按原方向入射，這時反射光線依次為b’和c’，則可知A．b’與b夾角為aB．b’與b夾角為2aC．c’與c夾角為2aD．c’與c平行答案：BD41/60

4、如圖所表示，ABCD是透明玻璃磚，AB面和CD面平行，它們分別是玻璃和空氣界面，設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ，光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回到空氣中，假如改變光抵達界面Ⅰ入射角，則A、只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象。B、只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象。C、不能入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象。D、不論入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象。答案：CD42/605、一條單色光線由空氣入射到某介質(zhì)時，入射角為60°，折射光線與反射光線垂直，那么該介質(zhì)折射率為答案：B43/606、點光源S經(jīng)過帶有圓孔擋板N，照射到屏M上，形成直徑為d亮圓，假如在擋板靠近光屏一側(cè)放上一塊厚玻璃時，如圖所表示，這時點光源經(jīng)過圓孔和玻璃，在屏上形成直徑為D亮圓，直徑D和d和關(guān)系是 A、d>D B、d=DC、d<D D、無法判定、答案：A44/607、紅光與紫光相比A、在真空中傳輸時，紫光速度比較大B、在玻璃中傳輸時，紅光速度比較大C、玻璃對紅光折射率較紫光大D、從玻璃到空氣界面上，紅光臨界角較紫光為大答案：BD45/60光束，已知入射光束直徑是出射光束直徑3倍，如圖13-8所表示，則兩透答案：D46/60*9、已知介質(zhì)對某單色光臨界角為θ，則答案：ABC47/60*10、物與屏固定，在二者連線中點處放一個凸透鏡，這時屏上恰出現(xiàn)一個清楚像，若將凸透鏡向屏方向移動少許，則像屏上將A．出現(xiàn)一個縮小實像 B．出現(xiàn)一個放大實像C．出現(xiàn)一個縮小虛像 D．不再出現(xiàn)清楚像

答案：D48/60【課后練習】

1、當月球運行到地球之后適當位置時，就會出現(xiàn)月食（見圖）在AC交界、BC交界處人們看到是月______食，AC交界處看到是______圖形象，BC交界處看到是______圖形象；在C處人們看到是月______食，看到是______圖形象；若這時在高空經(jīng)過A或B處，能否看到月食?______。答案：偏，Ⅰ，II；全,Ⅲ；否。49/602．如圖所表示，AB是豎直旗桿、CD為池塘，試作圖畫出人眼E能經(jīng)過塘水看到旗桿桿頂位置范圍。答案：CC’、DD’間所限定范圍。50/603．如圖A為觀察者眼睛，BC為障礙物，D為平面鏡，三者位置保持不變，畫圖標明A經(jīng)過透鏡面看到BC后面區(qū)域。（用斜線表示）答案：（提醒利用光路可逆和平面鏡成像特點）51/604、水折射率等于4/3，玻璃折射率等于1.5，那么光在水中傳輸速度比在玻璃中傳輸速度________，光在水中傳輸速度與在玻璃中傳輸速度之此等于________。答案：快，9∶8。52/60（1）在本題圖上畫出所需光路。（2）為了測出玻璃折射率，需要測量是______，在圖上標出它們。（3）計算折射率公式是n=______。答案：入射角i、折射角r，53/606、如圖所表示，ABC為等腰三棱鏡，頂角A角度為α，一條單色光線從AB邊射入，進入三棱鏡內(nèi)光線與底邊BC平行，三棱鏡出射光線與入射光線偏向角為β，求該三棱鏡折射率n，如α=60°，β=30°，那么n為多大？答案：54/60*7、某一攝影機拍攝遠景時，它毛玻璃和鏡頭相距10cm，那么拍攝近物時，應(yīng)該將暗箱拉長還是縮短？___________，假定暗箱拉到最長時，毛玻璃和鏡頭相距12cm，則這個攝影機可照最近