高中物理光學(xué)知識點總結(jié)99111

1、第十一單元 光的性質(zhì)一、知識結(jié)構(gòu)光的本性光的微粒說（牛頓）光子說（愛因斯坦）光的干涉光的衍射雙縫干涉薄膜干涉光的電磁說光在空間傳播不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子。光子的能量E=hv。h=6.63×焦·秒，稱普朗克常量。光既有波動性，又有粒子性，故認為光具有波粒二象性(一切微觀粒子都有波粒二象性)。電磁波譜 無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、r射線，由低頻到高頻，構(gòu)成了范圍非常廣闊的電磁波譜。光的電磁說（麥克斯韋）光的波動性（惠更斯）波粒二象性能解釋：光的直線傳播、光的反射等。困 難：光的獨立傳播、光躲到兩種媒質(zhì)的界面上既有反射，又有折射。電磁場理論

2、光電效應(yīng)及其規(guī)律光子說認識深化過程目前的結(jié)論大量光子、長波長：容易表現(xiàn)出波動性。少量光子、短波長：容易表現(xiàn)出粒子性。二、學(xué)習要求1、知道有關(guān)光的本性的認識發(fā)展過程：知道牛頓代表的微粒、惠更斯的波動說一直到光的波粒二象性這一人類認識光的本性的歷程，懂得人類對客觀世界的認識是不斷發(fā)展不斷深化的。2、知道光的干涉：知道光的干涉現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件；知道雙縫干涉的裝置、干涉原理及干涉條紋的寬度特征，會用肥皂膜觀察薄膜干涉現(xiàn)象。知道光的衍射：知道光的衍射現(xiàn)象及觀察明顯衍射現(xiàn)象的條件，知道單縫衍射的條紋與雙縫干涉條紋之間的特征區(qū)別。3、知道電磁場，電磁波：知道變化的電場會產(chǎn)生磁場，變化的磁場會產(chǎn)生電場，變化

3、的磁場與變化的磁場交替產(chǎn)生形成電磁場；知道電磁波是變化的電場和磁場即電磁場在空間的傳播；知道電磁波對人類文明進步的作用，知道電磁波有時會對人類生存環(huán)境造成不利影響；從電磁波的廣泛應(yīng)用認識科學(xué)理論轉(zhuǎn)化為技術(shù)應(yīng)用是一個創(chuàng)新過程，增強理論聯(lián)系實際的自覺性。知道光的電磁說：知道光的電磁說及其建立過程，知道光是一種電磁波。4、知道電磁波波譜及其應(yīng)用：知道電磁波波譜，知道無線電波、紅外線、紫外線、X射線及g射線的特征及其主要應(yīng)用。5、知道光電效應(yīng)和光子說：知道光電效應(yīng)現(xiàn)象及其基本規(guī)律，知道光子說，知道光子的能量與光學(xué)知識點其頻率成正比；知道光電效應(yīng)在技術(shù)中的一些應(yīng)用6、知道光的波粒二象性：知道一切微觀粒子

4、都具有波粒二象性，知道大量光子容易表現(xiàn)出粒子性，而少量光子容易表現(xiàn)為粒子性。光的直線傳播光的反射二、光的直線傳播1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：C3×108m/s；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，即 v<C。三、光的反射1.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 2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

5、光學(xué)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(zhì)（2）成像特點：等大正立的虛像，物和像關(guān)于鏡面對稱（3）像與物方位關(guān)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(zhì)斜射入另一種介質(zhì)，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(nèi)，折射光線、入射光線分居法線兩側(cè)，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(zhì),入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介質(zhì)的折射率注意：指光從真空射入介質(zhì)2公式：n=sini/sin，折射率總大于1即n1

6、3.各種色光性質(zhì)比較：紅光的n最小，最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）v最大，最大，從同種介質(zhì)射向真空時全反射的臨界角C最大，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)分偏折角和折射角）。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、全反射1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2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3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(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向

7、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(zhì)小則結(jié)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(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)中的一個現(xiàn)象一串結(jié)論色散現(xiàn)象nv(波動性)衍射C臨干涉間距 (粒子性)E光子光電效應(yīng)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)小大難易結(jié)論：(1)折射率n、；(2)全反射的臨界角C；(3)同一介質(zhì)中的傳播速率v；(4)在平行玻璃塊的側(cè)移x(5)光的

8、頻率,頻率大,粒子性明顯.；(6)光子的能量E=h則光子的能量越大。越容易產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 (7)在真空中光的波長,波長大波動性顯著；(8)在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x越來越窄 (9)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?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)90o（右圖1）或180o（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

9、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、各光學(xué)元件對光路的控制特征(1)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“反射角等于入射角”及平面鏡的反射面是“平面”所共同決定的。(2)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

10、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。(3)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。(4)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、各光學(xué)鏡的成像特征物點發(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）。（1）平面鏡的反射

11、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。（2）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。（3）凸透鏡折射既能使物點發(fā)出的發(fā)散光束仍然發(fā)散,又能使物點發(fā)出發(fā)散光束變?yōu)榫酃馐?所以它既能成虛像,又能成實像。七、幾何光學(xué)中的光路問題幾何光學(xué)是借用“幾何”知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“幾何問題”了。而幾何光學(xué)中的光路通常有如下兩類：（1）“成像光路”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

12、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。（2）“視場光路”即用光路來確定觀察范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“邊緣光線”，而一般的“邊緣光線”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(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：兩列波頻率相同，振動步調(diào)一致(振

13、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(chǎn)生相干光源的方法（必須保證相同）。利用激光 (因為激光發(fā)出的是單色性極好的光)；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)dSS /acb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：SS1S2··結(jié)論：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)兩狹縫后形成兩列光波疊加產(chǎn)生當這兩列光波到達某點的路程差為波長的整數(shù)倍時，即=k，該

14、處的光互相加強，出現(xiàn)亮條紋；當?shù)竭_某點的路程差為半波長奇數(shù)倍時，既=，該點光互相消弱，出現(xiàn)暗條紋；條紋間距與單色光波長成正比 ()，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(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。將其中一條縫遮住：將出現(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(chǎn)生平行相間條紋，兩列反射波的路程差,等于薄膜厚度d的兩倍，即=2

15、d。 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：=2d=n(n=1,2)則出現(xiàn)明紋。 =2d=(2n-1)/2(n=1,2)則出現(xiàn)暗紋。 應(yīng)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(yīng)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。看到膜上出現(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(yīng)是透射光在薄膜中波長的14倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長，(T=2d=½，得d=

16、88;)，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入=E反+E透+E吸。 在介質(zhì)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(yīng)明紋(或暗紋)提前出現(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。 (注：“提前”與“延后”不是指在時間

17、上，而是指由左向右的順序位置上。 )注意：由于發(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。4光的波長、波速和頻率的關(guān)系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(cè)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，

18、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(chǎn)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)d300 當d=0.1mm=1300時看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了。小結(jié)：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)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(cè)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：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動性。大，干

19、涉和衍射現(xiàn)明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。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)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，任何物理規(guī)律都受一定條件限制。(光學(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(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

20、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(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是90°，這時，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。我們通常看到的絕大多數(shù)光都是偏振光。除了直接從光源發(fā)出的光外。偏振片(起偏器)由特定的材料制成，它上面有一個特殊方向(透振方向)只有振動方向和透振方

21、向平行的光波才能通過偏振片。（3）只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光的偏振也證明了光是一種波，而且是橫波。各種電磁波中電場E的方向、磁場B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。（4）光波的感光作用和生理作用主要是由電場強度E引起的，因此將E的振動稱為光振動。（5）應(yīng)用：立體電影、照相機的鏡頭、消除車燈的眩光等。四、麥克斯韋光的電磁說 1、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。提出光電磁說的背景：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值3.11×108m/s，這和當時測出的光速3.15×108m/s非常接近，在此基礎(chǔ)

22、上麥克斯韋提出了光在本質(zhì)上是一種電磁波這就是所謂的光的電磁說。光電磁說的依據(jù)：赫茲在電磁說提出20多年后，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。用實驗證實了光的電磁說的正確性。光電磁說的意義：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。電磁波譜：按波長由大到小的順序排列為：無線電波、紅外線、可見光(七色)、紫外線、X射級、射線，除可見光外，相鄰波段間都有重疊。各種電磁波

23、產(chǎn)生的基理、性質(zhì)差別、用途。電磁波種類無線電波紅外線可見光紫外線X射線射線頻率(Hz)1043×101210123.9×10143.9×10147.5×10147.5×10145×10163×10163×10203×1019以上真空中波長(m)3×10141043×1047.7×1077.7×1074×1074×1076×10910810121011以下組成頻率波波長：大小 波動性：明顯不明顯 頻率：小大 粒子性：不明顯明顯觀察方法無線電技術(shù)利用熱效應(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電路中自由電子的的振蕩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)特性波動性強熱效應(yīng)引起視覺化學(xué)作用、熒光效應(yīng)、殺菌貫穿作用強貫穿本領(lǐng)最強用途通訊，廣播，導(dǎo)航加熱烘干、遙測遙感，醫(yī)療，導(dǎo)向等照明，照相，加熱日光燈，黑光燈手術(shù)室殺菌消毒，治療皮膚病等檢查探測，透視，治療等探測，治療等從無線電波到射線，都是本質(zhì)上相同的電磁波，它們