競賽光學部分屆

競賽輔導——幾何光學當前第1頁\共有139頁\編于星期五\7點一、競賽自主招生要求1、幾何光學

光的直進、反射、折射、全反射

光的色散、折射率和光速的關系

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、望遠鏡

2、波動光學

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

光的學說的歷史發(fā)展

光電效應、愛因斯坦方程

光的波粒二象性

當前第2頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點1、光沿直線傳播（1）光在均勻介質中是直線傳播，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)當前第3頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點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：像和物關于鏡面對稱，因此，對應于“實物”，平面鏡使之成一個等大小的正立的虛像；對應于“虛物”，平面鏡使之成為一個等大小的正立實像。當前第4頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點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，簡稱凹鏡；反射面是凸面的叫做凸面鏡，簡稱凸鏡。（2）球面的球心叫做曲率中心，鏡面的中心叫鏡的頂點，頂點與曲率中心的連線稱為主光軸。（3）凹鏡對光線有匯聚作用，凸鏡對光線有發(fā)散作用，凹鏡的焦點為實焦點，凸鏡的焦點為虛焦點。（4）由反射定律可以證明，對近軸光線，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。當前第5頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點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，其反射光線通過焦點。②通過焦點的入射光線，其反射光線與主軸平行。③通過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。當前第6頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點3、球面鏡成像（6）球面鏡成像公式：（符號法則為：實物u為正值，虛物u為負值；實像v為正值，虛像v為負值；凹鏡的焦距為f正值，凸鏡的焦距f為負值。）說明1：像的長度放大率：說明2：上面所得到的成像公式只適用于近軸光線成像。當前第7頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點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，對于凹面鏡只有兩種可能，一種是實物成實像，則物像同側，在根據(jù)成像公式：解得：當前第8頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點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像，則物象異側，在根據(jù)成像公式：解得：討論：例題中如果沒有指明是凹鏡，則對于凸鏡成縮小像也有兩種情況。當前第9頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點3、球面鏡成像例題分析（2）在離球面鏡10cm遠處放一個1cm高的物體，若它所成的像在鏡后6cm處，則這個鏡是______，鏡面曲率半徑r=______cm，像高為_____。解：由球面鏡成像公式及符號法則得：當前第10頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點3、球面鏡成像例題分析（3）一凸鏡和一平面鏡相距28cm，相對而立，在它們的中點放一電光源S，利用遮光板使光線先由凸鏡反射，再經平面鏡反射，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當前第11頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（1）折射定律：折射光線在入射光線和法線所決定的平面內，折射光線和入射光線分居在法線兩側，入射角和折射角的正弦之比是一個常量。4、光的折射說明：上式中的常數(shù)n21稱為介質2和介質1的相對折射率，n1和n2分別為介質1和介質2的絕對折射率，簡稱折射率，絕對折射率是指介質對真空的折射率，它反映了介質的傳光特性，用公式表示為：說明：不同頻率的光在同一介質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。當前第12頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（1）球面折射公式：球形（一部分）折射面兩側的介質折射率分別為n1和n2，C是球心，O為頂點，球面曲率半徑為r。設S為主光軸上的物點，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，折射角為i2。5、球面折射成像當前第13頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（1）薄透鏡：折射面是兩個球面，或者一個是球面，另一個是平面的透明體，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。副光軸主光軸當前第14頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（3）平行于主光軸（或副光軸）的近軸光線經透鏡后將會聚（或反向延長后相交）于主光軸（或副光軸）的一點，該點稱為焦點（副焦點）。由于只討論近軸光線，所以所有副焦點都位于垂直于主光軸的平面內，稱為焦平面。6、薄透鏡成像主光軸當前第15頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（3）平行于主光軸（或副光軸）的近軸光線經透鏡后將會聚（或反向延長后相交）于主光軸（或副光軸）的一點，該點稱為焦點（副焦點）。由于只討論近軸光線，所以所有副焦點都位于垂直于主光軸的平面內，稱為焦平面。6、薄透鏡成像主光軸當前第16頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（1）三條特殊光線的作圖7、薄透鏡成像作圖方法通過光心的光線，不改變方向。平行于主軸的光線，折射后通過焦點（或反向延長線過焦點）通過焦點（或對方焦點）的光線，折射后平行于主軸。（2）一半光線的作圖：通常由物點所發(fā)出的光線選畫出兩條特殊的光線，即可確定像點，應注意物點上所發(fā)出的任意一條光線，只要它經過此成像系統(tǒng)的作用后，必定會經過像點。作圖中也常用到平行于副光軸的光線經過透鏡作用后交于焦平面這一特點。當前第17頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（3）基本作圖7、薄透鏡成像作圖方法當前第18頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（3）基本作圖7、薄透鏡成像作圖方法當前第19頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（3）基本作圖7、薄透鏡成像作圖方法當前第20頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（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中的基本公式之一，應用是應注意以下幾點：①在用于解決透鏡成像問題時，透鏡兩側的介質的折射率應該相等。②成像光線都是近軸光線。③u，v，f均應按符號法則確定的正、負符號代入進行代數(shù)運算。符號法則可以簡單地概括為“實取正、虛取正”的法則，例如，凸透鏡的焦距取正值，凹透鏡的焦距取負值；實像的像距取正值，虛像的像距取負值等。④放大率：當前第21頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（1）眼睛：9、簡單光學儀器人的眼睛是一個特殊的光學儀器，它由曲率半徑可調的晶狀體（即相當于凸透鏡的焦距可調）、玻璃體、視網(wǎng)膜（相當于成像的光屏）組成。眼睛成像的特點是：像距基本已定，不同遠近的物體都可看成像在視網(wǎng)膜上，是靠自動調節(jié)晶狀體的曲率來實現(xiàn)的。一般正常眼睛的遠點在無限遠處，近點距離約為10cm，明視距離為25cm。當前第22頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（2）近視與遠視：要形成一個清晰的某物的影像(聚焦)，我們的眼睛必須使從物體反射來的光線發(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，遠距離的物體看起來很模糊，這是因為圖像被聚焦到視網(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，這樣看起來就很模糊，只有遠距離物體能看清晰。遠視患可戴凸透鏡，使光線稍向內折屈，幫助光線落在視網(wǎng)膜上。

9、簡單光學儀器當前第23頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（1）一物體經焦距為24cm的凸透鏡成一個放大率為1.5的實像，求物到透鏡的距離。10、例題分析解：像是實像，當前第24頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點10、內表面只反射而不吸收光的圓筒內有一半徑為R的黑球，距球心為2R處有一點光源S，球心O和光源S皆在圓筒軸線上，如圖所示．若使點光源向右半邊發(fā)出的光最后全被黑球吸收，則筒的內半徑r最大為多少？解：自S作球的切線SM，并畫出S經管壁反射形成的虛像點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，則筒壁對從S

向右的光線的反射光線就有一部分進入球的右方，不會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半徑的最大值．這時SM

與MN的交點到球心的距離MO就是所要求的筒的半徑r．當前第25頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點10、……由由幾何關系可知：由圖2可得：綜上可得：當前第26頁\共有139頁\編于星期五\7點二、知識要點（1）19世紀60年代，美國物理學家麥克斯韋發(fā)展了電磁理論，指出光是一種電磁波，使波動說發(fā)展到了相當完美的地步。1、光的波動性（2）光的干涉，光的波動性。雙縫干涉、薄膜干涉當前第27頁\共有139頁\編于星期五\7點二、光的干涉當前第28頁\共有139頁\編于星期五\7點光的本質是什么？當前第29頁\共有139頁\編于星期五\7點

干涉現(xiàn)象是波獨有的特征，假設光真的是一種波，就必然會觀察到光的干涉現(xiàn)象．當前第30頁\共有139頁\編于星期五\7點思考：1、干涉現(xiàn)象是波動獨有的特征，如果光真的是一種波，就必然會觀察到光的干涉現(xiàn)象．你看見過光的干涉現(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、相鄰的加強點間的距離與什么有關？思考：3、為什么我們在日常生活中觀察不到光的干涉現(xiàn)象？當前第31頁\共有139頁\編于星期五\7點1801年，英國物理學家托馬斯·楊（1773~1829）在實驗室里成功的觀察到了光的干涉．光的干涉托馬斯·楊1773~1829當前第32頁\共有139頁\編于星期五\7點當前第33頁\共有139頁\編于星期五\7點S1S2P1ΔSP1S2－P1S1=ΔS光程差相當于完全相同的波源S1、S2雙縫干涉單色激光束相干波源當前第34頁\共有139頁\編于星期五\7點1、形成明、暗條紋的條件：光程差：總結：明條紋Δs=nλn=0、1、2、3……

暗條紋

n=0、1、2、3……雙縫干涉規(guī)律:當前第35頁\共有139頁\編于星期五\7點屏A屏BL1L2d兩狹縫之間距離d不變當前第36頁\共有139頁\編于星期五\7點亮亮亮為什么雙縫的間距d越小，條紋的間距越大？d2d1當前第37頁\共有139頁\編于星期五\7點為什么光的波長λ越大，條紋的間距越大？亮亮當前第38頁\共有139頁\編于星期五\7點2、影響相鄰兩明紋間的距離大小因素：①波長λ②狹縫之間的距離

d③為擋板與屏間的距離lS1S2P1Pl當前第39頁\共有139頁\編于星期五\7點各色光在真空中的波長光的顏色波長nm光的顏色波長nm紅770－620綠580－490橙620－600藍－靛490－450黃600－580紫450－400紅光波長最大，紫光波長最小當前第40頁\共有139頁\編于星期五\7點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，相鄰兩明紋的強弱、距離都差不多當前第41頁\共有139頁\編于星期五\7點小結：1、當屏上某點到雙縫的光程差是光波波長的整數(shù)倍時，在這些地方出現(xiàn)亮紋2、當屏上某點到雙縫的光程差是光波半波長的奇數(shù)倍時，在這些地方出暗紋3、干涉條紋是等間距的，明暗相間；4、同樣條件的雙縫實驗，用不同的色光得到的相鄰亮（暗）條紋間的寬度不等。5、證明：光具有波動性當前第42頁\共有139頁\編于星期五\7點練習題：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、在雙縫干涉實驗中，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（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時：（）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、屏上無任何亮光．不能C當前第43頁\共有139頁\編于星期五\7點3、用單色光做雙縫干涉實驗時，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，該處出現(xiàn)亮條紋；屏上某處到兩縫的距離之差滿足_________時，該處出現(xiàn)暗條紋．4、用白光做雙縫干涉實驗時，得到彩色的干涉條紋，下列正確的說法是：（）A、干涉圖樣的中央亮紋是白色的；B、在靠近中央亮紋兩側最先出現(xiàn)的是紅色條紋；C、在靠近中央亮紋兩側最先出現(xiàn)的是紫色條紋；D、在靠近中央亮紋兩側最先出現(xiàn)的彩色條紋的顏色與雙縫間距離有關AC

當前第44頁\共有139頁\編于星期五\7點實驗：用雙縫干涉測量光的波長人接收的信息有90％來自眼睛看到的光;光給了我們多姿多彩的世界.當前第45頁\共有139頁\編于星期五\7點實驗原理如圖所示的雙縫實驗中，屏離開擋板越遠，條紋間的距離越大，另一方面，實驗所用光波的波長越大，條紋間的距離也越大，這是為什么？思考r2-r1=dsinθX=ltanθ≈lsinθ運用幾何知識當兩列波的路程差為波長的整數(shù)倍，即dx/l=±kλ，（k=0,1,2…)時才會出現(xiàn)亮條紋，亮條紋位置為：X=±klλ/dS1S2P1Plr1r2dxθ當前第46頁\共有139頁\編于星期五\7點相鄰兩個明(或暗)條紋之間的距離為其中，波長用表示，d表示兩個狹縫之間的距離，l為擋板與屏間的距離．實驗原理當前第47頁\共有139頁\編于星期五\7點ΔXΔXΔXΔXΔXΔX當前第48頁\共有139頁\編于星期五\7點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當前第49頁\共有139頁\編于星期五\7點觀察雙縫干涉圖樣當前第50頁\共有139頁\編于星期五\7點測定單色光的波長測出n個亮條紋間的距離a，求出相鄰兩個亮條紋間的距離△x=a/（n-1),然后由△x=lλ/d當前第51頁\共有139頁\編于星期五\7點當前第52頁\共有139頁\編于星期五\7點人接收的信息有90％來自眼睛看到的光;光給了我們多姿多彩的世界.光的衍射

既然光是一種波,為什么我們日常生活中觀察不到光的衍射現(xiàn)象,而常?？吹降氖枪庋刂本€傳播的呢?13.5.光的衍射當前第53頁\共有139頁\編于星期五\7點

復習提問問題1.什么是波的衍射現(xiàn)象？

問題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，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差不多或比波長小。當前第54頁\共有139頁\編于星期五\7點

光的干涉現(xiàn)象反映了光的波動性，而波動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有觀察到光的衍射現(xiàn)象呢？水波、聲波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象，它們發(fā)生衍射的現(xiàn)象特征是什么？光的衍射當前第55頁\共有139頁\編于星期五\7點

一切波都能發(fā)生衍射，通過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差不多．

取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個寬度可以調節(jié)的狹縫，用平行的單色光照射，在縫后適當距離處放一個像屏．激光束調節(jié)狹縫寬窄像屏一單縫衍射波長很短400-700nm當前第56頁\共有139頁\編于星期五\7點1.單縫衍射條紋的特征一單縫衍射(1)、中央亮紋寬而亮．(2)、兩側條紋具有對稱性，明暗相間且不等距.當前第57頁\共有139頁\編于星期五\7點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,兩側條紋寬度、亮度逐漸減?。p縫干涉條紋單縫衍射條紋當前第58頁\共有139頁\編于星期五\7點觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：3.單縫衍射規(guī)律1、波長一定時，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，波長大的中央亮紋越寬，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,兩側為彩色條紋，且外側呈紅色，靠近光源的內側為紫色．改變縫寬改變波長當前第59頁\共有139頁\編于星期五\7點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：縫的尺寸接近波長或比波長還要小

一、單縫衍射

1)波長一定時，單縫越窄,中央條紋越寬，各條紋間距越大．2)單縫不變時，波長大的中央亮紋越寬，條紋間隔越大

3)白光的單縫衍射條紋為中央亮,兩側為彩色條紋，且外側呈紅色，靠近光源的內側為紫色．當前第60頁\共有139頁\編于星期五\7點ABS1、孔較大時——屏上出現(xiàn)清晰的光斑二.圓孔衍射當前第61頁\共有139頁\編于星期五\7點二圓孔衍射ABS2、孔較小時——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)的范圍遠遠超過了光沿直線傳播所能照明的范圍）原因:來自單縫或圓孔上不同位置的光,在屏上疊加的結果.當前第62頁\共有139頁\編于星期五\7點圓孔衍射S當前第63頁\共有139頁\編于星期五\7點光的衍射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：縫的尺寸接近波長或比波長還要小

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：孔的尺寸接近波長或比波長還要小

當前第64頁\共有139頁\編于星期五\7點三光繞過障礙物的衍射

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，歷史上曾有一個著名的衍射圖樣——泊松亮斑．實驗：在光束中放一個不透明圓盤現(xiàn)象：在不透明圓盤的陰影后面，出現(xiàn)了一個亮斑。當前第65頁\共有139頁\編于星期五\7點圓屏衍射泊松亮斑圓屏衍射圖樣當前第66頁\共有139頁\編于星期五\7點泊松亮斑在其影子的中心有一個亮斑當前第67頁\共有139頁\編于星期五\7點小圓盤和小圓孔做衍射圖樣特點圓孔衍射圓盤衍射當前第68頁\共有139頁\編于星期五\7點光的衍射現(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，其原因是光通過物體的邊緣而發(fā)生衍射的結果．圓屏衍射圓孔衍射鋼針的衍射當前第69頁\共有139頁\編于星期五\7點光的衍射一、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)，中心有一個亮斑（泊松亮斑）

2衍射條件：屏的尺寸接近波長或比波長還要小

當前第70頁\共有139頁\編于星期五\7點1、光在沒有障礙物的均勻介質中，直線傳播

2、在孔或障礙物的尺寸比波長差不多或還小，光就發(fā)生衍射。3、

光的衍射并沒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相比，甚至比波長還小時，衍射現(xiàn)象明顯。課堂小結：當前第71頁\共有139頁\編于星期五\7點透射光柵:在玻璃片上刻有許多等寬而又間距相等的平行刻痕，刻痕產生漫反射而不太透光，未刻的部分相當于透光的狹縫,一般每毫米有幾十到幾千個狹縫。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當前第72頁\共有139頁\編于星期五\7點練一練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陽光下肥皂膜上的彩色條紋C太陽光通過三棱鏡產生的彩色條紋D眼睛透過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DE當前第73頁\共有139頁\編于星期五\7點2、下列關于單縫衍射的說法中，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課堂練習好大的苦瓜！當前第74頁\共有139頁\編于星期五\7點

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

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

C．中央均為暗點的同心圓形條紋

D．用小圓盤時中央是亮的，用小圓孔時中央是暗的B課堂練習你行嗎！當前第75頁\共有139頁\編于星期五\7點4、我們經常可以看到，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注意以外，還有一個重要的原因，這一原因是紅色光（）A．比其他色光更容易發(fā)生衍射B．比其他可見光更容易發(fā)生干涉C．比其他可見光更容易發(fā)生反射D．比其他可見光更容易發(fā)生折射A課堂練習當前第76頁\共有139頁\編于星期五\7點5、關于衍射下列說法正確的是（）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．影的存在是一個與衍射現(xiàn)象相矛盾的客觀事實D．一切波都可以產生衍射ABD課堂練習警察為你加油！當前第77頁\共有139頁\編于星期五\7點

6、用點燃的蠟燭照亮一個帶有圓孔的遮光板，當圓孔的直徑由數(shù)厘米逐漸減小為零的過程中，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)課堂練習空姐為你加油！當前第78頁\共有139頁\編于星期五\7點7、關于光的衍射（）A是光在傳播中繞過障礙物發(fā)生彎曲的現(xiàn)象B衍射條紋圖樣是光波相互疊加的結果C為光的波動說提供了有力的證據(jù)D完全否定了光的直線傳播的理論BC課堂練習同志們！你們做對了嗎！當前第79頁\共有139頁\編于星期五\7點8.如圖所示是用游標卡尺兩測腳間的狹縫觀察日光燈光源時所看到的四個現(xiàn)象.當游標卡尺兩測腳間的狹縫寬度從0.8mm逐漸變小時,所看到的四個圖像的順序是________

abcd課堂練習當前第80頁\共有139頁\編于星期五\7點

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課堂練習當前第81頁\共有139頁\編于星期五\7點10.在觀察光的衍射現(xiàn)象的實驗中,通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫,觀看遠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課堂練習你做對了嗎！當前第82頁\共有139頁\編于星期五\7點當前第83頁\共有139頁\編于星期五\7點第六節(jié)光的偏振第十三章光當前第84頁\共有139頁\編于星期五\7點復習：在縱波中，振動方向總是跟波的傳播方向在同一直線上．在橫波中，振動方向總是垂直于波的傳播方向，但不同的橫波，振動方向可以不同．例如一列橫波沿水平方向傳播，質點在豎直平面內可能沿著上下方向振動，也可能沿著左右方向振動，也可能沿著任何其他方向振動．當然，對于一個確定的橫波，它的振動方向是確定的．當前第85頁\共有139頁\編于星期五\7點一、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，就在軟繩上形成一列橫波.現(xiàn)在，讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板，如果狹縫與振動方向平行，則振動可以通過狹縫傳到木板的另一側（圖甲）．如果狹縫與振動方向垂直，則振動就被狹縫擋住而不能向前傳播（圖乙）．當前第86頁\共有139頁\編于星期五\7點形象說明偏振片的原理通光方向腰橫別扁擔進不了城門當前第87頁\共有139頁\編于星期五\7點如果將這根繩換成細軟的彈簧，前后推動彈簧形成縱波，則無論狹縫怎樣放置，彈簧上的縱波都可以通過狹縫傳播到木板的另一側（如下圖）．當前第88頁\共有139頁\編于星期五\7點受上面實驗的啟發(fā)，我們可以利用類似的實驗來判斷光波是橫波還是縱波?偏振片由特定的材料制成，它上面有一個特殊的方向（叫做透振方向），只有振動方向與透振方向平行的光波才能通過偏振片．偏振片對光波的作用就像上圖中的狹縫對于機械波的作用一樣．

現(xiàn)在利用偏振片代替上面的帶有狹縫的木板，來做光學實驗．當前第89頁\共有139頁\編于星期五\7點當前第90頁\共有139頁\編于星期五\7點當只有一塊偏振片時，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片，透射光的強度不變．當兩塊偏振片的透振方向平行時，透射光的強度最大，但是，比通過一塊偏振片時要弱．當兩塊偏振片的透振方向垂直時，透射光的強度最弱，幾乎為零.當前第91頁\共有139頁\編于星期五\7點產生上述現(xiàn)象的原因：1、太陽、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的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同．這種光叫做自然光.當前第92頁\共有139頁\編于星期五\7點2、自然光通過第一個偏振片（叫做起偏器）之后，只有振動方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通過．也就是說，通過第一個偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動．這種光叫做偏振光．

橫波只沿著某一個特定的方向振動，稱為波的偏振．只有橫波才有偏振現(xiàn)象．當前第93頁\共有139頁\編于星期五\7點3、通過第一個偏振片的偏振光再通過第二個偏振片（稱為檢偏器）時，如果兩個偏振片的透振方向平行，那么，通過第一個偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向平行，透射光的強度最大．當前第94頁\共有139頁\編于星期五\7點4、如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通過第二個偏振片，透射光的強度為零．所以，光是一種橫波．當前第95頁\共有139頁\編于星期五\7點光的偏振現(xiàn)象并不罕見．除了從光源（如太陽、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，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直．當前第96頁\共有139頁\編于星期五\7點光的偏振現(xiàn)象有很多應用．如在拍攝日落時水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物的照片時，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)象的應用當前第97頁\共有139頁\編于星期五\7點用偏光鏡消除了反射偏振光使玻璃門內的人物清晰可見玻璃門表面的反光很強用偏光鏡減弱了反射偏振光當前第98頁\共有139頁\編于星期五\7點不加偏振片拍攝，櫥窗中景物模糊不清加偏振片拍攝，景物變清晰當前第99頁\共有139頁\編于星期五\7點偏光鏡頭立體電影當前第100頁\共有139頁\編于星期五\7點例兩個偏振片緊靠在一起將它們放在一盞燈的前面以致沒有光通過．如果將其中的一片旋轉180度，在旋轉過程中，將會產生下述的哪一種現(xiàn)象（）

A、透過偏振片的光強先增強，然后又減少到零

B、透過偏振片的光強光增強，然后減少到非零的最小值

C、透過偏振片的光強在整個過程中都增強

D、透過偏振片的光強先增強，再減弱，然后又增強當前第101頁\共有139頁\編于星期五\7點分析：起偏器和檢偏器的偏振方向垂直時，沒有光通過；偏振方向平行時，光強度達到最大當其中一個偏振片轉動180度的過程中，兩偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通過的光先增強，又減小到零，選項A正確．當前第102頁\共有139頁\編于星期五\7點光的顏色色散水面上的油膜呈彩色當前第103頁\共有139頁\編于星期五\7點紅光白光

各種光的不同顏色，實際反映了它們不同的波長（或頻率）．用白光做雙縫干涉實驗，由于白光內各種單色光的干涉條紋間距不同，在屏上會出現(xiàn)彩色條紋．一、光的顏色色散1.不同顏色的光，波長不同2.白光雙縫干涉條紋特點：(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)象當前第104頁\共有139頁\編于星期五\7點4.人眼視網(wǎng)膜上的兩種感光細胞視桿細胞：對光敏感，不能區(qū)分不同波長（頻率）的光視錐細胞：對光敏感度不如視桿細胞，但能區(qū)分不同波長（頻率）的光。我們知道：波速等于波長和頻率的乘積，這個關系對一切波都是適用的．不同的色光在真空中的傳播速度相同，所以波長不同的色光，它們的頻率也不同：波長越長，頻率越??；波長越短，頻率越大．各色光在真空中的頻率的范圍見下表：當前第105頁\共有139頁\編于星期五\7點點擊畫面觀看動畫讓一束光經薄膜的兩個表面反射后，形成的兩束反射光產生的干涉現(xiàn)象叫薄膜干涉．二、薄膜干涉中的色散當前第106頁\共有139頁\編于星期五\7點不同單色光的薄膜干涉條紋可見，波長λ越長，干涉條紋越寬當前第107頁\共有139頁\編于星期五\7點

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）應出現(xiàn)在膜的厚度相等的地方．由于光波波長極短，所以微薄膜干涉時，介質膜應足夠薄，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．當前第108頁\共有139頁\編于星期五\7點白光的薄膜干涉條紋——彩色條紋水面上的油膜呈彩色當前第109頁\共有139頁\編于星期五\7點薄膜干涉的應用（一）——檢查表面的平整程度取一個透明的標準樣板，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，從反射光中就會看到干涉條紋標準樣板待檢部件空氣薄層當前第110頁\共有139頁\編于星期五\7點如果被檢表面是平的，產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表面的平整情況。這種測量精度可達10-6cm。(a)(b)(c)單色光標準樣板薄片被檢測平面注：薄片厚度一般僅為零點零幾毫米左右，只相當于一張紙片的厚度薄膜干涉的應用（一）——檢查表面的平整程度當前第111頁\共有139頁\編于星期五\7點當前第112頁\共有139頁\編于星期五\7點薄膜干涉的應用（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)。當薄膜的厚度適當時，在薄膜的兩個表面上反射路程度恰好等于半個波長，因而互相抵，這就大大減小光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。當前第113頁\共有139頁\編于星期五\7點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的1/4。

因為人眼對綠光最敏感，所以一般增強綠光的透射，即薄膜的厚度是綠光在薄膜中波長的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射較強，這樣的鏡頭呈淡紫色。增反膜?當前第114頁\共有139頁\編于星期五\7點常用的棱鏡是橫截面積為三角形的三棱鏡，通常簡稱為棱鏡．棱鏡可以改變光的傳播方向，還可以使光發(fā)生色散．三、折射時的色散當前第115頁\共有139頁\編于星期五\7點

通過實驗或作光路可知（如圖），從玻璃棱鏡的一個側面射出的光線從另一側面射出時向底面偏折．偏折角度不僅與棱鏡材料的折射率有關，還跟入射角底大小有關．點擊畫面觀看動畫當前第116頁\共有139頁\編于星期五\7點一束白光經過棱鏡后會發(fā)生色散白光經過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，不同色光通過棱鏡的后的偏折角度不同是因為棱鏡材料對不同色光的折射率不同．由n=c/v知；在同一物質中，不同波長的光波的傳播速度不一樣，波長越短（頻率越大），波速越慢。當前第117頁\共有139頁\編于星期五\7點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直角邊AB，在三棱鏡的另一側放置一平行于AB邊的光屏，屏的距離遠近可調，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CD當前第118頁\共有139頁\編于星期五\7點2．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，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結果在上方觀察到如圖乙所示的同心內疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋，稱為牛頓環(huán)，以下說法正確的是：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為空氣膜厚度不是均勻變化的D．干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的BC當前第119頁\共有139頁\編于星期五\7點3．下列說法正確的是：A．用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的干涉現(xiàn)象B．在光導纖維束內傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象C．用標準平面檢查光學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當前第120頁\共有139頁\編于星期五\7點當前第121頁\共有139頁\編于星期五\7點激光選修3—48第十三章光當前第122頁\共有139頁\編于星期五\7點☆．物體發(fā)光的微觀機理

物質中的原子受到激發(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)躍遷的過程中，會發(fā)出光。

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

光是從物質的原子中發(fā)射出來的。當前第123頁\共有139頁\編于星期五\7點一．激光的產生

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

世界上第一臺紅寶石激光器

1960年，美國物理學家梅曼正在進行一項重要的實驗。實驗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，它的亮度是太陽表面的4倍！這是一種完全新型的光，科學家渴望多年而自然界中并不存在的光，它被命名為Laser。當前第124頁\共有139頁\編于星期五\7點二．激光的特點及其應用

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

相干性應用：光纖通訊、激光全息技術沒有光纖和激光器發(fā)明就不會有現(xiàn)在的如此發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)。當前第125頁\共有139頁\編于星期五\7點二．激光的特點及其應用應用：測距、測速、信息存儲和閱讀

2、平行度非常好：從地面上發(fā)射的一束極細的激光束，到達月球表面時，也只發(fā)散成直徑lm多的光斑，因此激光在地面上傳播時，可以看成是不發(fā)散的。手持式雷達測速儀手提激光測距儀當前第126頁\共有139頁\編于星期五\7點二．激光的特點及其應用

3、亮度高：所謂亮度，是指垂直于光線平面內單位面積上的發(fā)光功率，自然光源亮度最高的是太陽，而目前的高功率激光器，亮度可達太陽的1萬倍．應用：工業(yè)切割、焊接；醫(yī)學“光刀”；利用強激光產生的高壓引發(fā)核聚變。氧化熔化激光切割激發(fā)核聚變當前第127頁\共有139頁\編于星期五\7點特點作用應用實例相干光可進行調制、傳遞信息光纖通信平行度非常好傳播很遠距離能保持一定強度，可精確測距測速激光雷達可會聚于很小的一點，記錄信息密度高DVD、CD、VCD機，計算機光驅亮度高可在很小空間短時間內集中很大能量激光切割、焊接、打孔、醫(yī)療手術產生高壓引起核聚變人工控制聚變反應☆．激光的特點及其應用當前第128頁\共有139頁\編于星期五\7點三．全息照相

“全息”的意思為“全部信息”，即相對于只記錄物體的明暗變化的普通攝影來說，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。當前第129頁\共有139頁\編于星期五\7點