競(jìng)賽光學(xué)部分-93屆

競(jìng)賽輔導(dǎo)——幾何光學(xué)一、競(jìng)賽自主招生要求1、幾何光學(xué)

光的直進(jìn)、反射、折射、全反射

光的色散、折射率和光速的關(guān)系

平面鏡成像、球面鏡成像公式及作圖法

薄透鏡成像公式及作圖法

眼睛、放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡

2、波動(dòng)光學(xué)

光的干涉和衍射（定性）

光譜和光譜分析、電磁波譜

3、光的本性

光的學(xué)說(shuō)的歷史發(fā)展

光電效應(yīng)、愛(ài)因斯坦方程

光的波粒二象性

二、知識(shí)要點(diǎn)1、光沿直線傳播（1）光在均勻介質(zhì)中是直線傳播，光在真空中的傳播速度為：c=3×108m/s，在其他媒質(zhì)中的傳播速度都小于c。（2）影：光射到不透明的物體，在背光面的后方形成一個(gè)光線照不到的黑暗區(qū)域，就是物體的影。在這黑暗區(qū)域中完全照不到的區(qū)域叫做本影，只有一部分光照射不到的區(qū)域叫半影。日月本影區(qū)二、知識(shí)要點(diǎn)2、光的反射（1）光的反射定律。（2）在光的反射定律中，光路是可逆的。3、平面鏡成像，球面鏡成像（1）平面鏡只改變光的傳播方向，不改變光的匯聚或發(fā)散程度。（2）平面鏡成像特點(diǎn)：像和物關(guān)于鏡面對(duì)稱，因此，對(duì)應(yīng)于“實(shí)物”，平面鏡使之成一個(gè)等大小的正立的虛像；對(duì)應(yīng)于“虛物”，平面鏡使之成為一個(gè)等大小的正立實(shí)像。二、知識(shí)要點(diǎn)3、球面鏡成像（1）反射面是球面的一部分，這種鏡面叫球面鏡，反射面如果是凹面的，叫做凹面鏡，簡(jiǎn)稱凹鏡；反射面是凸面的叫做凸面鏡，簡(jiǎn)稱凸鏡。（2）球面的球心叫做曲率中心，鏡面的中心叫鏡的頂點(diǎn)，頂點(diǎn)與曲率中心的連線稱為主光軸。（3）凹鏡對(duì)光線有匯聚作用，凸鏡對(duì)光線有發(fā)散作用，凹鏡的焦點(diǎn)為實(shí)焦點(diǎn)，凸鏡的焦點(diǎn)為虛焦點(diǎn)。（4）由反射定律可以證明，對(duì)近軸光線，球面鏡焦距：，是球面的半徑。其中凹鏡焦距為正,凸鏡焦距為負(fù)。二、知識(shí)要點(diǎn)3、球面鏡成像（5）球面鏡成像作圖中常用的三條特殊光線為：①跟主軸平行的入射光線，其反射光線通過(guò)焦點(diǎn)。②通過(guò)焦點(diǎn)的入射光線，其反射光線與主軸平行。③通過(guò)曲率中心的入射光線，其反射光線和入射光線重合但方向相反。二、知識(shí)要點(diǎn)3、球面鏡成像（6）球面鏡成像公式：（符號(hào)法則為：實(shí)物u為正值，虛物u為負(fù)值；實(shí)像v為正值，虛像v為負(fù)值；凹鏡的焦距為f正值，凸鏡的焦距f為負(fù)值。）說(shuō)明1：像的長(zhǎng)度放大率：說(shuō)明2：上面所得到的成像公式只適用于近軸光線成像。二、知識(shí)要點(diǎn)3、球面鏡成像例題分析（1）一凹面鏡所成的像，像高為物高的1/3，且已知物像間距離為1m。求凹面鏡的曲率半徑。解：由于成縮小像，對(duì)于凹面鏡只有兩種可能，一種是實(shí)物成實(shí)像，則物像同側(cè)，在根據(jù)成像公式：解得：二、知識(shí)要點(diǎn)3、球面鏡成像例題分析（1）一凹面鏡所成的像，像高為物高的1/3，且已知物像間距離為1m。求凹面鏡的曲率半徑。另一種情況是虛物成實(shí)像，則物象異側(cè)，在根據(jù)成像公式：解得：討論：例題中如果沒(méi)有指明是凹鏡，則對(duì)于凸鏡成縮小像也有兩種情況。二、知識(shí)要點(diǎn)3、球面鏡成像例題分析（2）在離球面鏡10cm遠(yuǎn)處放一個(gè)1cm高的物體，若它所成的像在鏡后6cm處，則這個(gè)鏡是______，鏡面曲率半徑r=______cm，像高為_(kāi)____。解：由球面鏡成像公式及符號(hào)法則得：二、知識(shí)要點(diǎn)3、球面鏡成像例題分析（3）一凸鏡和一平面鏡相距28cm，相對(duì)而立，在它們的中點(diǎn)放一電光源S，利用遮光板使光線先由凸鏡反射，再經(jīng)平面鏡反射，所成的像在平面鏡38cm處，求凸鏡的曲率半徑。解：由成像公式，u=14cm，v=10cm二、知識(shí)要點(diǎn)（1）折射定律：折射光線在入射光線和法線所決定的平面內(nèi)，折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè)，入射角和折射角的正弦之比是一個(gè)常量。4、光的折射說(shuō)明：上式中的常數(shù)n21稱為介質(zhì)2和介質(zhì)1的相對(duì)折射率，n1和n2分別為介質(zhì)1和介質(zhì)2的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率，絕對(duì)折射率是指介質(zhì)對(duì)真空的折射率，它反映了介質(zhì)的傳光特性，用公式表示為：說(shuō)明：不同頻率的光在同一介質(zhì)中的折射率也略有不同，紫光的折射率要大于紅光的折射率。光路依然可逆。二、知識(shí)要點(diǎn)（1）球面折射公式：球形（一部分）折射面兩側(cè)的介質(zhì)折射率分別為n1和n2，C是球心，O為頂點(diǎn)，球面曲率半徑為r。設(shè)S為主光軸上的物點(diǎn)，它發(fā)出的某一條光線SA的入射角為i1，折射線與主軸S`即為像點(diǎn)，折射角為i2。5、球面折射成像二、知識(shí)要點(diǎn)（1）薄透鏡：折射面是兩個(gè)球面，或者一個(gè)是球面，另一個(gè)是平面的透明體，叫做透鏡。通常把厚度比球面半徑小得多的透鏡，叫做薄透鏡。6、薄透鏡成像（2）透鏡的中心稱為光心；過(guò)光心的直線稱為光軸，其中與透鏡垂直的光軸稱為主光軸，其余的稱為副光軸。副光軸主光軸二、知識(shí)要點(diǎn)（3）平行于主光軸（或副光軸）的近軸光線經(jīng)透鏡后將會(huì)聚（或反向延長(zhǎng)后相交）于主光軸（或副光軸）的一點(diǎn)，該點(diǎn)稱為焦點(diǎn)（副焦點(diǎn)）。由于只討論近軸光線，所以所有副焦點(diǎn)都位于垂直于主光軸的平面內(nèi)，稱為焦平面。6、薄透鏡成像主光軸二、知識(shí)要點(diǎn)（3）平行于主光軸（或副光軸）的近軸光線經(jīng)透鏡后將會(huì)聚（或反向延長(zhǎng)后相交）于主光軸（或副光軸）的一點(diǎn)，該點(diǎn)稱為焦點(diǎn)（副焦點(diǎn)）。由于只討論近軸光線，所以所有副焦點(diǎn)都位于垂直于主光軸的平面內(nèi)，稱為焦平面。6、薄透鏡成像主光軸二、知識(shí)要點(diǎn)（1）三條特殊光線的作圖7、薄透鏡成像作圖方法通過(guò)光心的光線，不改變方向。平行于主軸的光線，折射后通過(guò)焦點(diǎn)（或反向延長(zhǎng)線過(guò)焦點(diǎn)）通過(guò)焦點(diǎn)（或?qū)Ψ浇裹c(diǎn)）的光線，折射后平行于主軸。（2）一半光線的作圖：通常由物點(diǎn)所發(fā)出的光線選畫出兩條特殊的光線，即可確定像點(diǎn)，應(yīng)注意物點(diǎn)上所發(fā)出的任意一條光線，只要它經(jīng)過(guò)此成像系統(tǒng)的作用后，必定會(huì)經(jīng)過(guò)像點(diǎn)。作圖中也常用到平行于副光軸的光線經(jīng)過(guò)透鏡作用后交于焦平面這一特點(diǎn)。二、知識(shí)要點(diǎn)（3）基本作圖7、薄透鏡成像作圖方法二、知識(shí)要點(diǎn)（3）基本作圖7、薄透鏡成像作圖方法二、知識(shí)要點(diǎn)（3）基本作圖7、薄透鏡成像作圖方法二、知識(shí)要點(diǎn)（1）薄透鏡成像公式：8、薄透鏡成像公式成像公式是幾何光學(xué)中的基本公式之一，應(yīng)用是應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①在用于解決透鏡成像問(wèn)題時(shí)，透鏡兩側(cè)的介質(zhì)的折射率應(yīng)該相等。②成像光線都是近軸光線。③u，v，f均應(yīng)按符號(hào)法則確定的正、負(fù)符號(hào)代入進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算。符號(hào)法則可以簡(jiǎn)單地概括為“實(shí)取正、虛取正”的法則，例如，凸透鏡的焦距取正值，凹透鏡的焦距取負(fù)值；實(shí)像的像距取正值，虛像的像距取負(fù)值等。④放大率：二、知識(shí)要點(diǎn)（1）眼睛：9、簡(jiǎn)單光學(xué)儀器人的眼睛是一個(gè)特殊的光學(xué)儀器，它由曲率半徑可調(diào)的晶狀體（即相當(dāng)于凸透鏡的焦距可調(diào)）、玻璃體、視網(wǎng)膜（相當(dāng)于成像的光屏）組成。眼睛成像的特點(diǎn)是：像距基本已定，不同遠(yuǎn)近的物體都可看成像在視網(wǎng)膜上，是靠自動(dòng)調(diào)節(jié)晶狀體的曲率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般正常眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)處，近點(diǎn)距離約為10cm，明視距離為25cm。二、知識(shí)要點(diǎn)（2）近視與遠(yuǎn)視：要形成一個(gè)清晰的某物的影像(聚焦)，我們的眼睛必須使從物體反射來(lái)的光線發(fā)生屈折，使光線直接落在視網(wǎng)膜上。近視者僅能看清近距離的物體，遠(yuǎn)距離的物體看起來(lái)很模糊，這是因?yàn)閳D像被聚焦到視網(wǎng)膜的前方了。糾正的方法是讓近視者戴凹透鏡，這樣可使聚焦后的光線稍向后移，恰好落到視網(wǎng)膜上。遠(yuǎn)視的原因是眼球的前后徑變短。近距離的物體發(fā)出的光線聚焦到視網(wǎng)膜后面，這樣看起來(lái)就很模糊，只有遠(yuǎn)距離物體能看清晰。遠(yuǎn)視患可戴凸透鏡，使光線稍向內(nèi)折屈，幫助光線落在視網(wǎng)膜上。

9、簡(jiǎn)單光學(xué)儀器二、知識(shí)要點(diǎn)（1）一物體經(jīng)焦距為24cm的凸透鏡成一個(gè)放大率為1.5的實(shí)像，求物到透鏡的距離。10、例題分析解：像是實(shí)像，二、知識(shí)要點(diǎn)10、內(nèi)表面只反射而不吸收光的圓筒內(nèi)有一半徑為R的黑球，距球心為2R處有一點(diǎn)光源S，球心O和光源S皆在圓筒軸線上，如圖所示．若使點(diǎn)光源向右半邊發(fā)出的光最后全被黑球吸收，則筒的內(nèi)半徑r最大為多少？解：自S作球的切線SM，并畫出S經(jīng)管壁反射形成的虛像點(diǎn)S`，及由S`畫出球面的切線S`N，如圖1所示，由圖可看出，只要S`M和S`N之間有一夾角，則筒壁對(duì)從S

向右的光線的反射光線就有一部分進(jìn)入球的右方，不會(huì)完全落在球上被吸收．由圖可看出，如果r的大小恰能使S`M與S`N重合，如圖2，則r

就是題所要求的筒的內(nèi)半徑的最大值．這時(shí)SM

與MN的交點(diǎn)到球心的距離MO就是所要求的筒的半徑r．二、知識(shí)要點(diǎn)10、……由由幾何關(guān)系可知：由圖2可得：綜上可得：二、知識(shí)要點(diǎn)（1）19世紀(jì)60年代，美國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)展了電磁理論，指出光是一種電磁波，使波動(dòng)說(shuō)發(fā)展到了相當(dāng)完美的地步。1、光的波動(dòng)性（2）光的干涉，光的波動(dòng)性。雙縫干涉、薄膜干涉二、光的干涉光的本質(zhì)是什么？

干涉現(xiàn)象是波獨(dú)有的特征，假設(shè)光真的是一種波，就必然會(huì)觀察到光的干涉現(xiàn)象．思考：1、干涉現(xiàn)象是波動(dòng)獨(dú)有的特征，如果光真的是一種波，就必然會(huì)觀察到光的干涉現(xiàn)象．你看見(jiàn)過(guò)光的干涉現(xiàn)象嗎？如果真的存在光的干涉現(xiàn)象，那么，光的干涉現(xiàn)象的干涉圖樣又是怎么樣？

水波的干涉圖樣思考：2、相鄰的加強(qiáng)點(diǎn)間的距離與什么有關(guān)？思考：3、為什么我們?cè)谌粘Ｉ钪杏^察不到光的干涉現(xiàn)象？1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊（1773~1829）在實(shí)驗(yàn)室里成功的觀察到了光的干涉．光的干涉托馬斯·楊1773~1829S1S2P1ΔSP1S2－P1S1=ΔS光程差相當(dāng)于完全相同的波源S1、S2雙縫干涉單色激光束相干波源1、形成明、暗條紋的條件：光程差：總結(jié)：明條紋Δs=nλn=0、1、2、3……

暗條紋

n=0、1、2、3……雙縫干涉規(guī)律:屏A屏BL1L2d兩狹縫之間距離d不變亮亮亮為什么雙縫的間距d越小，條紋的間距越大？d2d1為什么光的波長(zhǎng)λ越大，條紋的間距越大？亮亮2、影響相鄰兩明紋間的距離大小因素：①波長(zhǎng)λ②狹縫之間的距離

d③為擋板與屏間的距離lS1S2P1Pl各色光在真空中的波長(zhǎng)光的顏色波長(zhǎng)nm光的顏色波長(zhǎng)nm紅770－620綠580－490橙620－600藍(lán)－靛490－450黃600－580紫450－400紅光波長(zhǎng)最大，紫光波長(zhǎng)最小白光紅光蘭光亮暗相間彩色條紋．……4、白光的干涉圖樣是：中央是白色條紋，兩側(cè)是彩色條紋3、單色光的干涉圖樣是：

明暗相間的條紋，相鄰兩明紋的強(qiáng)弱、距離都差不多小結(jié)：1、當(dāng)屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差是光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，在這些地方出現(xiàn)亮紋2、當(dāng)屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差是光波半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，在這些地方出暗紋3、干涉條紋是等間距的，明暗相間；4、同樣條件的雙縫實(shí)驗(yàn)，用不同的色光得到的相鄰亮（暗）條紋間的寬度不等。5、證明：光具有波動(dòng)性練習(xí)題：1、兩只相同的燈泡發(fā)出的光束相遇___________發(fā)生干涉現(xiàn)象？（填“能”或“不能”）2、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏上觀察到彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片（只能透過(guò)紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過(guò)綠光），這時(shí)：（）A、只有紅色和綠色的干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失．B、紅色和綠色的干涉條紋消失，其它顏色的干涉條紋仍然存在．C、任何顏色的干涉條紋都不存在。D、屏上無(wú)任何亮光．不能C3、用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，屏上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋，屏上某處到兩狹鍵的距離之差滿足__________時(shí)，該處出現(xiàn)亮條紋；屏上某處到兩縫的距離之差滿足_________時(shí)，該處出現(xiàn)暗條紋．4、用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到彩色的干涉條紋，下列正確的說(shuō)法是：（）A、干涉圖樣的中央亮紋是白色的；B、在靠近中央亮紋兩側(cè)最先出現(xiàn)的是紅色條紋；C、在靠近中央亮紋兩側(cè)最先出現(xiàn)的是紫色條紋；D、在靠近中央亮紋兩側(cè)最先出現(xiàn)的彩色條紋的顏色與雙縫間距離有關(guān)AC

實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)人接收的信息有90％來(lái)自眼睛看到的光;光給了我們多姿多彩的世界.實(shí)驗(yàn)原理如圖所示的雙縫實(shí)驗(yàn)中，屏離開(kāi)擋板越遠(yuǎn)，條紋間的距離越大，另一方面，實(shí)驗(yàn)所用光波的波長(zhǎng)越大，條紋間的距離也越大，這是為什么？思考r2-r1=dsinθX=ltanθ≈lsinθ運(yùn)用幾何知識(shí)當(dāng)兩列波的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即dx/l=±kλ，（k=0,1,2…)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：X=±klλ/dS1S2P1Plr1r2dxθ相鄰兩個(gè)明(或暗)條紋之間的距離為其中，波長(zhǎng)用表示，d表示兩個(gè)狹縫之間的距離，l為擋板與屏間的距離．實(shí)驗(yàn)原理ΔXΔXΔXΔXΔXΔX中間亮紋第二條亮紋第一條亮紋第一條亮紋第二條亮紋第一條暗紋第一條暗紋第二條暗紋第三條暗紋第二條暗紋第三條暗紋觀察雙縫干涉圖樣測(cè)定單色光的波長(zhǎng)測(cè)出n個(gè)亮條紋間的距離a，求出相鄰兩個(gè)亮條紋間的距離△x=a/（n-1),然后由△x=lλ/d人接收的信息有90％來(lái)自眼睛看到的光;光給了我們多姿多彩的世界.光的衍射

既然光是一種波,為什么我們?nèi)粘Ｉ钪杏^察不到光的衍射現(xiàn)象,而常?？吹降氖枪庋刂本€傳播的呢?13.5.光的衍射

復(fù)習(xí)提問(wèn)問(wèn)題1.什么是波的衍射現(xiàn)象？

問(wèn)題2.發(fā)生明顯衍射的條件是什么？波在它傳播的方向上遇到障礙物或孔時(shí)，波繞到障礙物陰影里去繼續(xù)傳的現(xiàn)象叫波的衍射障礙物或孔的尺寸跟波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小。

光的干涉現(xiàn)象反映了光的波動(dòng)性，而波動(dòng)性的另一特征是波的衍射現(xiàn)象，光是否具有衍射現(xiàn)象呢？如果有衍射現(xiàn)象，為什么在日常生活中我們沒(méi)有觀察到光的衍射現(xiàn)象呢？水波、聲波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，它們發(fā)生衍射的現(xiàn)象特征是什么？光的衍射

一切波都能發(fā)生衍射，通過(guò)衍射把能量傳到陰影區(qū)域，能夠發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸跟波長(zhǎng)差不多．

取一個(gè)不透光的屏，在它的中間裝上一個(gè)寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，用平行的單色光照射，在縫后適當(dāng)距離處放一個(gè)像屏．激光束調(diào)節(jié)狹縫寬窄像屏一單縫衍射波長(zhǎng)很短400-700nm1.單縫衍射條紋的特征一單縫衍射(1)、中央亮紋寬而亮．(2)、兩側(cè)條紋具有對(duì)稱性，明暗相間且不等距.2.單縫衍射與雙縫干涉條紋和區(qū)別各明紋或暗紋寬度、亮度基本相等.中央條紋最寬最亮,兩側(cè)條紋寬度、亮度逐漸減?。p縫干涉條紋單縫衍射條紋觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：3.單縫衍射規(guī)律1、波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫越窄,中央條紋越寬，各條紋間距越大．(衍射越明顯)2、單縫不變時(shí)，波長(zhǎng)大的中央亮紋越寬，條紋間隔越大(衍射越明顯)

3、白光（白熾燈）的單縫衍射條紋為中央亮,兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．改變縫寬改變波長(zhǎng)13.5光的衍射1衍射圖樣：明暗相間且不等距條紋（中央亮紋）2單縫衍射規(guī)律3．衍射條件：縫的尺寸接近波長(zhǎng)或比波長(zhǎng)還要小

一、單縫衍射

1)波長(zhǎng)一定時(shí)，單縫越窄,中央條紋越寬，各條紋間距越大．2)單縫不變時(shí)，波長(zhǎng)大的中央亮紋越寬，條紋間隔越大

3)白光的單縫衍射條紋為中央亮,兩側(cè)為彩色條紋，且外側(cè)呈紅色，靠近光源的內(nèi)側(cè)為紫色．ABS1、孔較大時(shí)——屏上出現(xiàn)清晰的光斑二.圓孔衍射二圓孔衍射ABS2、孔較小時(shí)——屏上出現(xiàn)衍射花樣（亮暗相間的不等間距的圓環(huán)，這些圓環(huán)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了光沿直線傳播所能照明的范圍）原因:來(lái)自單縫或圓孔上不同位置的光,在屏上疊加的結(jié)果.圓孔衍射S光的衍射1衍射圖樣：明暗相間且不等距條紋（中央亮紋）

2單縫衍射規(guī)律3衍射條件：縫的尺寸接近波長(zhǎng)或比波長(zhǎng)還要小

一、單縫衍射二、圓孔衍射1衍射圖樣：明暗相間且不等距的同心圓環(huán)．（中央亮斑）

2衍射條件：孔的尺寸接近波長(zhǎng)或比波長(zhǎng)還要小

三光繞過(guò)障礙物的衍射

不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，歷史上曾有一個(gè)著名的衍射圖樣——泊松亮斑．實(shí)驗(yàn)：在光束中放一個(gè)不透明圓盤現(xiàn)象：在不透明圓盤的陰影后面，出現(xiàn)了一個(gè)亮斑。圓屏衍射泊松亮斑圓屏衍射圖樣泊松亮斑在其影子的中心有一個(gè)亮斑小圓盤和小圓孔做衍射圖樣特點(diǎn)圓孔衍射圓盤衍射光的衍射現(xiàn)象不只是狹縫和圓孔，各種不同形狀的物體都能使光發(fā)生衍射，以至使影的輪廓模糊不清，其原因是光通過(guò)物體的邊緣而發(fā)生衍射的結(jié)果．圓屏衍射圓孔衍射鋼針的衍射光的衍射一、單縫衍射二、圓孔衍射三、圓屏衍射1衍射圖樣：明暗相間的不等距的同心圓環(huán)，中心有一個(gè)亮斑（泊松亮斑）

2衍射條件：屏的尺寸接近波長(zhǎng)或比波長(zhǎng)還要小

1、光在沒(méi)有障礙物的均勻介質(zhì)中，直線傳播

2、在孔或障礙物的尺寸比波長(zhǎng)差不多或還小，光就發(fā)生衍射。3、

光的衍射并沒(méi)有否定光的直線傳播，而是指出了它的適用范圍和它的局限性。4、縫、孔或障礙物的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相比，甚至比波長(zhǎng)還小時(shí)，衍射現(xiàn)象明顯。課堂小結(jié)：透射光柵:在玻璃片上刻有許多等寬而又間距相等的平行刻痕，刻痕產(chǎn)生漫反射而不太透光，未刻的部分相當(dāng)于透光的狹縫,一般每毫米有幾十到幾千個(gè)狹縫。反射光柵:在高反射率的金屬上刻痕.四.衍射光柵N=1N=2N=3N=4練一練1、下列屬于光的衍射現(xiàn)象的是（）A雨后天空出現(xiàn)的絢麗的彩虹B陽(yáng)光下肥皂膜上的彩色條紋C太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡產(chǎn)生的彩色條紋D眼睛透過(guò)紗巾看到的燈光的條紋E眼睛瞇成一條線看到的發(fā)光的電燈周圍有彩色花紋DE2、下列關(guān)于單縫衍射的說(shuō)法中，正確的是（）A和光的雙縫干涉圖樣相同B各亮條紋的寬度不同而亮度相同C各亮條紋的寬度相同而亮度不同D中央亮條紋的寬度最寬，亮度最亮D課堂練習(xí)好大的苦瓜！

3、用單色光通過(guò)小圓盤和小圓孔做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，在光屏上得到衍射圖形，它們的特征是（）

A．用小圓盤時(shí)中央是暗的，用小圓孔時(shí)中央是亮的B．中央均為亮點(diǎn)的同心圓形條紋

C．中央均為暗點(diǎn)的同心圓形條紋

D．用小圓盤時(shí)中央是亮的，用小圓孔時(shí)中央是暗的B課堂練習(xí)你行嗎！4、我們經(jīng)?？梢钥吹?，凡路邊施工處總掛有紅色的電燈，這除了紅色光容易引起人的視覺(jué)注意以外，還有一個(gè)重要的原因，這一原因是紅色光（）A．比其他色光更容易發(fā)生衍射B．比其他可見(jiàn)光更容易發(fā)生干涉C．比其他可見(jiàn)光更容易發(fā)生反射D．比其他可見(jiàn)光更容易發(fā)生折射A課堂練習(xí)5、關(guān)于衍射下列說(shuō)法正確的是（）A．衍射現(xiàn)象中衍射花樣有亮暗條紋的出現(xiàn)是光的疊加的結(jié)果B．雙縫干涉中也存在著光的衍射現(xiàn)象C．影的存在是一個(gè)與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實(shí)D．一切波都可以產(chǎn)生衍射ABD課堂練習(xí)警察為你加油！

6、用點(diǎn)燃的蠟燭照亮一個(gè)帶有圓孔的遮光板，當(dāng)圓孔的直徑由數(shù)厘米逐漸減小為零的過(guò)程中，位于遮光板后面的屏上將依次出現(xiàn)的現(xiàn)象是：__________，____________；___________．圓形亮斑燭煙的像明暗相間的圓環(huán)課堂練習(xí)空姐為你加油！7、關(guān)于光的衍射（）A是光在傳播中繞過(guò)障礙物發(fā)生彎曲的現(xiàn)象B衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果C為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù)D完全否定了光的直線傳播的理論BC課堂練習(xí)同志們！你們做對(duì)了嗎！8.如圖所示是用游標(biāo)卡尺兩測(cè)腳間的狹縫觀察日光燈光源時(shí)所看到的四個(gè)現(xiàn)象.當(dāng)游標(biāo)卡尺兩測(cè)腳間的狹縫寬度從0.8mm逐漸變小時(shí),所看到的四個(gè)圖像的順序是________

abcd課堂練習(xí)

9.用單色光照射雙縫，在像屏上觀察到明暗相間的干涉條紋，現(xiàn)用遮光板將其中的一個(gè)縫擋住，則像屏上觀察到()A、寬度均勻的明暗相間的條紋。B、中央亮而寬，兩邊窄而暗條紋。C、一條亮紋。D、一片亮光。B課堂練習(xí)10.在觀察光的衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)緊靠眼睛的卡尺測(cè)腳形成的狹縫,觀看遠(yuǎn)處的日光燈管或線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫),可以看到()A.黑白相間的直條紋B.黑白相間的弧形條紋C.彩色的直條紋D.彩色的弧形條紋.C課堂練習(xí)你做對(duì)了嗎！第六節(jié)光的偏振第十三章光復(fù)習(xí)：在縱波中，振動(dòng)方向總是跟波的傳播方向在同一直線上．在橫波中，振動(dòng)方向總是垂直于波的傳播方向，但不同的橫波，振動(dòng)方向可以不同．例如一列橫波沿水平方向傳播，質(zhì)點(diǎn)在豎直平面內(nèi)可能沿著上下方向振動(dòng)，也可能沿著左右方向振動(dòng)，也可能沿著任何其他方向振動(dòng)．當(dāng)然，對(duì)于一個(gè)確定的橫波，它的振動(dòng)方向是確定的．一、偏振現(xiàn)象取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一端上下抖動(dòng)，就在軟繩上形成一列橫波.現(xiàn)在，讓軟繩穿過(guò)一塊帶有狹縫的木板，如果狹縫與振動(dòng)方向平行，則振動(dòng)可以通過(guò)狹縫傳到木板的另一側(cè)（圖甲）．如果狹縫與振動(dòng)方向垂直，則振動(dòng)就被狹縫擋住而不能向前傳播（圖乙）．形象說(shuō)明偏振片的原理通光方向腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門如果將這根繩換成細(xì)軟的彈簧，前后推動(dòng)彈簧形成縱波，則無(wú)論狹縫怎樣放置，彈簧上的縱波都可以通過(guò)狹縫傳播到木板的另一側(cè)（如下圖）．受上面實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，我們可以利用類似的實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷光波是橫波還是縱波?偏振片由特定的材料制成，它上面有一個(gè)特殊的方向（叫做透振方向），只有振動(dòng)方向與透振方向平行的光波才能通過(guò)偏振片．偏振片對(duì)光波的作用就像上圖中的狹縫對(duì)于機(jī)械波的作用一樣．

現(xiàn)在利用偏振片代替上面的帶有狹縫的木板，來(lái)做光學(xué)實(shí)驗(yàn)．當(dāng)只有一塊偏振片時(shí)，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片，透射光的強(qiáng)度不變．當(dāng)兩塊偏振片的透振方向平行時(shí)，透射光的強(qiáng)度最大，但是，比通過(guò)一塊偏振片時(shí)要弱．當(dāng)兩塊偏振片的透振方向垂直時(shí)，透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零.產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因：1、太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同．這種光叫做自然光.2、自然光通過(guò)第一個(gè)偏振片（叫做起偏器）之后，只有振動(dòng)方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通過(guò)．也就是說(shuō)，通過(guò)第一個(gè)偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個(gè)特定的方向振動(dòng)．這種光叫做偏振光．

橫波只沿著某一個(gè)特定的方向振動(dòng)，稱為波的偏振．只有橫波才有偏振現(xiàn)象．3、通過(guò)第一個(gè)偏振片的偏振光再通過(guò)第二個(gè)偏振片（稱為檢偏器）時(shí)，如果兩個(gè)偏振片的透振方向平行，那么，通過(guò)第一個(gè)偏振光的振動(dòng)方向跟第二個(gè)偏振片的透振方向平行，透射光的強(qiáng)度最大．4、如果兩個(gè)偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振動(dòng)方向跟第二個(gè)偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通過(guò)第二個(gè)偏振片，透射光的強(qiáng)度為零．所以，光是一種橫波．光的偏振現(xiàn)象并不罕見(jiàn)．除了從光源（如太陽(yáng)、電燈等）直接發(fā)出的光以外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是偏振光．自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這時(shí)，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直．光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用．如在拍攝日落時(shí)水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物的照片時(shí)，由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使景像不清楚．如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使景像清晰．二、偏振現(xiàn)象的應(yīng)用用偏光鏡消除了反射偏振光使玻璃門內(nèi)的人物清晰可見(jiàn)玻璃門表面的反光很強(qiáng)用偏光鏡減弱了反射偏振光不加偏振片拍攝，櫥窗中景物模糊不清加偏振片拍攝，景物變清晰偏光鏡頭立體電影例兩個(gè)偏振片緊靠在一起將它們放在一盞燈的前面以致沒(méi)有光通過(guò)．如果將其中的一片旋轉(zhuǎn)180度，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)象（）

A、透過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng)，然后又減少到零

B、透過(guò)偏振片的光強(qiáng)光增強(qiáng)，然后減少到非零的最小值

C、透過(guò)偏振片的光強(qiáng)在整個(gè)過(guò)程中都增強(qiáng)

D、透過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng)，再減弱，然后又增強(qiáng)分析：起偏器和檢偏器的偏振方向垂直時(shí)，沒(méi)有光通過(guò)；偏振方向平行時(shí)，光強(qiáng)度達(dá)到最大當(dāng)其中一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)180度的過(guò)程中，兩偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通過(guò)的光先增強(qiáng)，又減小到零，選項(xiàng)A正確．光的顏色色散水面上的油膜呈彩色紅光白光

各種光的不同顏色，實(shí)際反映了它們不同的波長(zhǎng)（或頻率）．用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，由于白光內(nèi)各種單色光的干涉條紋間距不同，在屏上會(huì)出現(xiàn)彩色條紋．一、光的顏色色散1.不同顏色的光，波長(zhǎng)不同2.白光雙縫干涉條紋特點(diǎn)：(1)彩色條紋;(2)中央明條紋是白色的3.光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象4.人眼視網(wǎng)膜上的兩種感光細(xì)胞視桿細(xì)胞：對(duì)光敏感，不能區(qū)分不同波長(zhǎng)（頻率）的光視錐細(xì)胞：對(duì)光敏感度不如視桿細(xì)胞，但能區(qū)分不同波長(zhǎng)（頻率）的光。我們知道：波速等于波長(zhǎng)和頻率的乘積，這個(gè)關(guān)系對(duì)一切波都是適用的．不同的色光在真空中的傳播速度相同，所以波長(zhǎng)不同的色光，它們的頻率也不同：波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越??；波長(zhǎng)越短，頻率越大．各色光在真空中的頻率的范圍見(jiàn)下表：點(diǎn)擊畫面觀看動(dòng)畫讓一束光經(jīng)薄膜的兩個(gè)表面反射后，形成的兩束反射光產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象叫薄膜干涉．二、薄膜干涉中的色散不同單色光的薄膜干涉條紋可見(jiàn)，波長(zhǎng)λ越長(zhǎng)，干涉條紋越寬

1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一明條紋（暗條紋）應(yīng)出現(xiàn)在膜的厚度相等的地方．由于光波波長(zhǎng)極短，所以微薄膜干涉時(shí)，介質(zhì)膜應(yīng)足夠薄，才能觀察到干涉條紋．

2、用手緊壓兩塊玻璃板看到彩色條紋，陽(yáng)光下的肥皂泡和水面飄浮油膜出現(xiàn)彩色等都是薄膜干涉．白光的薄膜干涉條紋——彩色條紋水面上的油膜呈彩色薄膜干涉的應(yīng)用（一）——檢查表面的平整程度取一個(gè)透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個(gè)楔形空氣膜，用單色光從上面照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會(huì)看到干涉條紋標(biāo)準(zhǔn)樣板待檢部件空氣薄層如果被檢表面是平的，產(chǎn)生的干涉條紋就是平行的,如圖（b）所示；如果觀察到的干涉條紋如圖（c）所示，則表示被檢測(cè)表面微有凸起或凹下，這些凸起或凹下的地方的干涉條紋就彎曲。從彎曲的程度就可以了解被測(cè)表面的平整情況。這種測(cè)量精度可達(dá)10-6cm。(a)(b)(c)單色光標(biāo)準(zhǔn)樣板薄片被檢測(cè)平面注：薄片厚度一般僅為零點(diǎn)零幾毫米左右，只相當(dāng)于一張紙片的厚度薄膜干涉的應(yīng)用（一）——檢查表面的平整程度薄膜干涉的應(yīng)用（二）——增透膜鍍層薄膜在透鏡或棱鏡的表面上涂上一層薄膜(一般用氟化鎂)。當(dāng)薄膜的厚度適當(dāng)時(shí)，在薄膜的兩個(gè)表面上反射路程度恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，因而互相抵，這就大大減小光的反射損失，增強(qiáng)了透射光的強(qiáng)度，這種薄膜叫增透膜。1、增透的條件是什么？即鍍層薄膜的厚度至少多大？2、是否對(duì)所有顏色的光都有增透的作用？薄膜的厚度至少是入射光在薄膜中波長(zhǎng)的1/4。

因?yàn)槿搜蹖?duì)綠光最敏感，所以一般增強(qiáng)綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長(zhǎng)的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強(qiáng)，這樣的鏡頭呈淡紫色。增反膜?常用的棱鏡是橫截面積為三角形的三棱鏡，通常簡(jiǎn)稱為棱鏡．棱鏡可以改變光的傳播方向，還可以使光發(fā)生色散．三、折射時(shí)的色散

通過(guò)實(shí)驗(yàn)或作光路可知（如圖），從玻璃棱鏡的一個(gè)側(cè)面射出的光線從另一側(cè)面射出時(shí)向底面偏折．偏折角度不僅與棱鏡材料的折射率有關(guān)，還跟入射角底大小有關(guān)．點(diǎn)擊畫面觀看動(dòng)畫一束白光經(jīng)過(guò)棱鏡后會(huì)發(fā)生色散白光經(jīng)過(guò)棱鏡后在光屏上形成一條彩色的光帶，紅光在上端，紫光在最下端，不同色光通過(guò)棱鏡的后的偏折角度不同是因?yàn)槔忡R材料對(duì)不同色光的折射率不同．由n=c/v知；在同一物質(zhì)中，不同波長(zhǎng)的光波的傳播速度不一樣，波長(zhǎng)越短（頻率越大），波速越慢。1．如圖所示，截面為ABC的玻璃直角三棱鏡放置在空氣中，寬度均為d的紫、紅兩束光垂直照射三棱鏡的一個(gè)直角邊AB，在三棱鏡的另一側(cè)放置一平行于AB邊的光屏，屏的距離遠(yuǎn)近可調(diào)，在屏上出現(xiàn)紫、紅兩條光帶，可能是：A．紫色光帶在上，紅色光帶在下，紫色光帶較寬B．紫色光帶在下，紅色光帶在上，紫色光帶較寬C．紅色光帶在上，紫色光帶在下，紅色光帶較寬D．紅色光帶在下，紫色光帶在上，紅色光帶較寬CD2．如圖21甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長(zhǎng)的光垂直入射到該裝置上，結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說(shuō)法正確的是：A．干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B．干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡與玻璃之間空氣膜的上表面反射光和空氣膜的下表面反射光疊加形成的C．干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸炔皇蔷鶆蜃兓腄．干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸仁蔷鶆蜃兓腂C3．下列說(shuō)法正確的是：A．用三棱鏡觀察太陽(yáng)光譜是利用光的干涉現(xiàn)象B．在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象C．用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象D．雨后的彩虹是由于光的色散現(xiàn)象形成的BD激光選修3—48第十三章光☆．物體發(fā)光的微觀機(jī)理

物質(zhì)中的原子受到激發(fā)以后，原子能量增加，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，要向低能態(tài)躍遷。在向低能態(tài)躍遷的過(guò)程中，會(huì)發(fā)出光。

普通光源（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的發(fā)光過(guò)程為自發(fā)輻射。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨(dú)立，頻率、振動(dòng)方向、相位不一定相同——為非相干光。

光是從物質(zhì)的原子中發(fā)射出來(lái)的。一．激光的產(chǎn)生

某些物質(zhì)的原子中的粒子受光或電刺激，使低能級(jí)的原子變成高能級(jí)原子，在向低能態(tài)躍遷時(shí)輻射出相位、頻率、方向等完全相同的光，把這種光叫激光。

世界上第一臺(tái)紅寶石激光器

1960年，美國(guó)物理學(xué)家梅曼正在進(jìn)行一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置里有一根人造紅寶石棒。突然，一束深紅色的亮光從裝置中射出，它的亮度是太陽(yáng)表面的4倍！這是一種完全新型的光，科學(xué)家渴望多年而自然界中并不存在的光，它被命名為L(zhǎng)aser。二．激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用

1、相干性：激光是一種人工產(chǎn)生的相干光.（相干光的條件：頻率相同，相位差恒定，偏振方向一致。）

相干性應(yīng)用：光纖通訊、激光全息技術(shù)沒(méi)有光纖和激光器發(fā)明就不會(huì)有現(xiàn)在的如此發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)。二．激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用應(yīng)用：測(cè)距、測(cè)速、信息存儲(chǔ)和閱讀

2、平行度非常好：從地面上發(fā)射的一束極細(xì)的激光束，到達(dá)月球表面時(shí)，也只發(fā)散成直徑lm多的光斑，因此激光在地面上傳播時(shí)，可以看成是不發(fā)散的。手持式雷達(dá)測(cè)速儀手提激光測(cè)距儀二．激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用

3、亮度高：所謂亮度，是指垂直于光線平面內(nèi)單位面積上的發(fā)光功率，自然光源亮度最高的是太陽(yáng)，而目前的高功率激光器，亮度可達(dá)太陽(yáng)的1萬(wàn)倍．應(yīng)用：工業(yè)切割、焊接；醫(yī)學(xué)“光刀”；利用強(qiáng)激光產(chǎn)生的高壓引發(fā)核聚變。氧化熔化激光切割激發(fā)核聚變特點(diǎn)作用應(yīng)用實(shí)例相干光可進(jìn)行調(diào)制、傳遞信息光纖通信平行度非常好傳播很遠(yuǎn)距離能保持一定強(qiáng)度，可精確測(cè)距測(cè)速激光雷達(dá)可會(huì)聚于很小的一點(diǎn)，記錄信息密度高DVD、CD、VCD機(jī)，計(jì)算機(jī)光驅(qū)亮度高可在很小空間短時(shí)間內(nèi)集中很大能量激光切割、焊接、打孔、醫(yī)療手術(shù)產(chǎn)生高壓引起核聚變?nèi)斯た刂凭圩兎磻?yīng)☆．激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用三．全息照相

“全息”的意思為“全部信息”，即相對(duì)于只記錄物體的明暗變化的普通攝影來(lái)說(shuō)，激光全息攝影還能記錄物體的空間變化。被拍攝的物體：小雞拍攝得到的全息圖

全息攝影：記錄被攝物體反射（透射）光波中全部信息（振幅、相位）的攝影。三．全息照相

拍攝全息照片的基本光路參考光照相底片反射光物光物同一激光束被分成兩束，參考光直接照到底片上，物光也到達(dá)底片