人教版物理選修3-4光學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

光的直線傳播．光的反射一、光源定義：能夠自行發(fā)光的物體．特點(diǎn)：光源具有能量且能將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為光能，光在介質(zhì)中傳播就是能量的傳播．二、光的直線傳播光在同一種均勻透亮的介質(zhì)中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：C＝3×108m/s；v<C。說明：①直線傳播的前提條件是在介質(zhì)，而且是介質(zhì)。否則，可能發(fā)生偏折。如從空氣進(jìn)入水中〔不是同一種介質(zhì)“海市蜃樓”現(xiàn)象〔介質(zhì)不均勻。②同一種頻率的光在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的。不同頻率的光在同一種介質(zhì)中傳播速度一般也不同。在同一種介質(zhì)中，頻率越低的光其傳播速度越大。依據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論光速不行能超過C。④近年來(lái)1999-2001年〕科學(xué)家們?cè)跇O低的壓強(qiáng)1-9P〕和極低的溫度1-9〕17m/s，甚至停頓運(yùn)動(dòng)。本影和半影〔l〕影：影是自光源發(fā)出并與投影物體外表相切的光線在背光面的前方圍成的區(qū)域．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(dá)的區(qū)域．半影：發(fā)光面較大的光源在投影物體后形成的只有局部光線照耀的區(qū)域．域〔即“偽本影域〔即“偽本影〕到月偏食和月全食．PABCDPA內(nèi)將看到月全食；處在區(qū)域B或C內(nèi)將看到月偏食；由于日、月、地的大小及相對(duì)位置關(guān)系打算看月球不行能運(yùn)動(dòng)到區(qū)域D用眼睛看實(shí)際物體和像SS用眼睛看物或像的本質(zhì)是凸透鏡成像原理：角膜、水樣液、晶狀體和玻璃體共同作用的結(jié)果相當(dāng)于一只凸透SS的感覺，通過視神經(jīng)傳給大腦，產(chǎn)生視覺。①圖中的S可以是點(diǎn)光源，即本身發(fā)光的物體。②圖中的S也可以是實(shí)像點(diǎn)〔是實(shí)際光線的交點(diǎn)〕或虛像點(diǎn)〔是發(fā)散光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。③入射光也可以是平行光。以上各種狀況下，入射光線經(jīng)眼睛作用后都能會(huì)聚到視網(wǎng)膜上一點(diǎn)，所以都能被眼看到。三、光的反射反射現(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．角．遵循反射定律．光路可逆原理：全部幾何光學(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(diǎn)作用：只轉(zhuǎn)變光束的傳播方向，不轉(zhuǎn)變光束的聚散性質(zhì)．四．平面鏡的作用和成像特點(diǎn)作用：只轉(zhuǎn)變光束的傳播方向，不轉(zhuǎn)變光束的聚散性質(zhì)．成像特點(diǎn)：等大正立的虛像，物和像關(guān)于鏡面對(duì)稱．散 光的折射、全反射一、光的折射折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象．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．在折射現(xiàn)象中光路是可逆的．二、折射率入介質(zhì)．c 1公式：n=sini/sinγv

sinC0

1．即n＞1．n最小，ν最小，在同種介質(zhì)中〔除真空外〕v最大，λ最大，從同種介質(zhì)射向真空時(shí)全反射的臨界角C〔留意區(qū)分。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、全反射全反射現(xiàn)象：光照耀到兩種介質(zhì)界面上時(shí)，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象．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．臨界角公式：光線從某種介質(zhì)射向真空〔或空氣〕時(shí)的臨界角為C，則sinC=1/n=v/c四、棱鏡與光的色散棱鏡對(duì)光的偏折作用(假設(shè)棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反。)作圖時(shí)盡量利用對(duì)稱性(把棱鏡中的光線畫成與底邊平行)?！卜Q光譜〔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(gè)物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。色散現(xiàn)象n色散現(xiàn)象nv*(波動(dòng)衍射C臨干預(yù)間γ(粒子E光子光電效應(yīng)性)距性)紅小大大紅小大大小大小(不明小難黃顯)顯)紫大小難大小大易小(不明大(明顯)顯)結(jié)論：(1結(jié)論：(1)折射率n全反射的臨界角C；同一介質(zhì)中的傳播速率v；(4)在平行玻璃塊的側(cè)移△x光的頻率γ,頻率大,粒子性明顯.；光子的能量E=hγ則光子的能量越大。越簡(jiǎn)潔產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象(7)在真空中光的波長(zhǎng)λ,波長(zhǎng)大波動(dòng)性顯著；在一樣的狀況下，雙縫干預(yù)條紋間距x越來(lái)越窄在一樣的狀況下，衍射現(xiàn)象越來(lái)越不明顯全反射棱鏡經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90〔右圖1〕或180〔右圖。要特別留意兩種用法中光線在哪個(gè)外表發(fā)生全反射。玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線從上外表入射，從下外表射出時(shí)，其特點(diǎn)是：⑴射出光線和入射光線平行；⑵各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；⑶射出光線的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)；⑷可利用玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率。4.光導(dǎo)纖維全反射的一個(gè)重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維〔簡(jiǎn)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(shí)，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(gè)端面入射的光，經(jīng)過屢次全反射能夠沒有損失地全部從另一個(gè)端面射出。五、各光學(xué)元件對(duì)光路的掌握特征光束經(jīng)平面鏡反射后，其會(huì)聚〔或發(fā)散〕的程度將不發(fā)生轉(zhuǎn)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”所共同打算的。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。只產(chǎn)生一個(gè)側(cè)移。六、各光學(xué)鏡的成像特征如發(fā)散，則其反向延長(zhǎng)后的會(huì)聚點(diǎn)即為物點(diǎn)經(jīng)鏡面所成的虛像點(diǎn)。因此，推斷某光學(xué)鏡是否能成實(shí)〔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?huì)聚光束〔可能仍為發(fā)散光束。平面鏡的反射不能轉(zhuǎn)變物點(diǎn)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。凹透鏡的折射只能使物點(diǎn)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。凸透鏡折射既能使物點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束仍舊發(fā)散,又能使物點(diǎn)發(fā)動(dòng)身散光束變?yōu)榫酃馐?所以它既能成虛像,又能成實(shí)像。七、幾何光學(xué)中的光路問題幾何光學(xué)是借用“幾何”學(xué)問來(lái)爭(zhēng)論光的傳播問題的，而光的傳播路線又是由光的根本傳播規(guī)律來(lái)確定。所以，對(duì)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：“成像光路”——一般來(lái)說畫光路應(yīng)依據(jù)光的傳播規(guī)律，但對(duì)成像光路來(lái)說，特別是對(duì)薄透鏡的成像光路過焦點(diǎn)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?！耙晥?chǎng)光路”——即用光路來(lái)確定觀看范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“邊緣光線光線”往往又要借助于物點(diǎn)與像點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)幫助確定。光的波動(dòng)性(光的本性)一、光的干預(yù)一、光的干預(yù)現(xiàn)象兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“振動(dòng)”加強(qiáng)，消滅亮條紋；某些區(qū)域使得振動(dòng)減弱，消滅暗條紋。振光的干預(yù)現(xiàn)象。二、產(chǎn)生穩(wěn)定干預(yù)的條件：兩列波頻率一樣，振動(dòng)步調(diào)全都(振動(dòng)方向一樣)，相差恒定。兩個(gè)振動(dòng)狀況總是一樣的波源，即相干波源1.產(chǎn)生相干光源的方法〔必需保證一樣。⑴利用激光(由于激光發(fā)出的是單色性極好的光)；⑵分光法(一分為二)：將頻率和振動(dòng)狀況完全一樣的光。(這樣兩束光都來(lái)源于同一個(gè)光源,頻率必定相等)下面4/a/割法：楊氏雙縫(雙孔)干預(yù)試驗(yàn)；利用反射得到相干光源：薄膜干預(yù) cS1SS2利用折射得到相干光源： S1SS2bS雙縫干預(yù)的定量分析L遠(yuǎn)大于雙縫間距d，O點(diǎn)與雙縫SSO點(diǎn)四周的P1 2 d d點(diǎn)時(shí)，兩束光波的路程差為 δ=r－r；由幾何關(guān)系得：r2=L2+(x－)2，r2=L2+(x+)2.2dx考慮到L》d和L》x，可得δ=L

1 1.假設(shè)光波長(zhǎng)為λ，

2 2 2⑴亮紋：則當(dāng)δ=±kλ(k=0,1,2,…)屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，兩束光疊加干預(yù)加強(qiáng)；⑵暗紋：當(dāng)δ=±(2k－1)2弱，

(k=0,1,2,…)屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，兩束光疊加干預(yù)減L L (1)明紋坐標(biāo)x=±kd

)暗紋坐標(biāo)L

d·2 (k=1，2，…〕測(cè)量光波長(zhǎng)的方法(3)條紋間距[相鄰亮紋(暗紋)間的距離]△x=d

λ(縫屏間距L，雙縫間距d)用此公式可以測(cè)定單色光的波長(zhǎng)則出n條亮條紋(暗)條紋的距離a,相鄰兩條亮條紋間距a n

d d aLx ( )1 Ln1用白光作雙縫干預(yù)試驗(yàn)時(shí),由于白光內(nèi)各種色光的波長(zhǎng)不同,干預(yù)條紋間距不同,所以屏的中心是白色亮紋,兩邊消滅彩色條紋。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．··①當(dāng)這兩列光波到達(dá)某點(diǎn)的路程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，即δ=kλ，該處的光相互加強(qiáng)，消滅亮··②當(dāng)?shù)竭_(dá)某點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)奇數(shù)倍時(shí)，既δ=2

(2n1)，該點(diǎn)光相互消弱，消滅暗條紋；x

ld (∝λ)，所以用單色光作雙縫干預(yù)試驗(yàn)時(shí)，用白光作雙縫干預(yù)試驗(yàn)時(shí)，屏的中心是白色亮紋，兩邊對(duì)稱地排列彩色條紋，離中心白色亮紋最近的是紫色亮紋。緣由：不同色光產(chǎn)生的條紋間距不同，消滅各色條紋穿插現(xiàn)象。所以消滅彩色條紋。將其中一條縫遮?。簩⑾麥缑靼迪嚅g的亮度不同且不等距的衍射條紋光照到薄膜上，由薄膜前、后外表反射的兩列光波疊加而成．劈形薄膜干預(yù)可產(chǎn)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。假設(shè)：Δ==n=12…)則消滅明紋。Δδ==(-1λ/2=12…)則消滅暗紋。應(yīng)留意：干預(yù)條紋消滅在被照耀面(即前外表)。后外表是光的折射所造成的色散現(xiàn)象。單色光明暗相間條紋，彩色光消滅彩色條紋。薄膜干預(yù)應(yīng)用：肥皂膜干預(yù)、兩片玻璃間的空氣膜干預(yù)、浮在水面上的油膜干預(yù)、牛頓環(huán)、蝴蝶翅膀的顏色等。光照到薄膜上，由膜的前后外表反射的兩列光疊加?？吹侥ど舷麥缑靼迪嚅g的條紋。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(zhǎng)的1／4倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個(gè)波長(zhǎng)，(ΔT=2d=?λ，得d=?λ)，故反射光疊加后減弱。大大削減了光的反射損失，增加了透射強(qiáng)度，這種薄膜叫增透膜。光譜中心局部的綠光對(duì)人的視覺最敏感，通過時(shí)完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著減弱。全部增透膜的光學(xué)鏡頭呈現(xiàn)淡紫色。從能量的角度分析E=E+E+EE=0E入 反 透 吸 反 透如下圖，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照耀，假設(shè)被檢測(cè)平面是光滑的，得到的干預(yù)圖樣必是等間距的。假設(shè)某處凸起來(lái)，則對(duì)應(yīng)明紋(或暗紋)提前消滅，如圖甲所示；假設(shè)某處凹下，則對(duì)應(yīng)條紋延后消滅，如圖乙所示。(注：“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上，而是指由左向右的挨次位置上。)留意：由于發(fā)光物質(zhì)的特別性，任何獨(dú)立的兩列光疊加均不能產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象。只有承受特別方法從同一光源分別出的兩列光疊加才能產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象。光的波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系v＝λf。光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，其頻率f不變，其波長(zhǎng)λ與光在介質(zhì)中的波速v成正比．色光的顏色由頻率打算，頻率不變則色光的顏色也不變。二、光的衍射。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：中心明而亮的條紋，兩側(cè)對(duì)稱排列強(qiáng)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)分的〕泊松亮斑：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)。各種不同外形的障礙物都能使光發(fā)生衍射。至使輪廓模糊不清，產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長(zhǎng)相比，甚至比波長(zhǎng)還小。(當(dāng)障礙物或孔的尺寸小于時(shí)，有明顯衍射現(xiàn)象)Δd≤300λ當(dāng)Δd==1300λ時(shí)看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了。小結(jié)：光的干預(yù)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)分：?jiǎn)紊獾难苌錀l紋與干預(yù)條紋都是明暗相間分布，但衍射條紋中間亮紋最寬，兩側(cè)條紋漸漸變窄變暗，干預(yù)條紋意義：①干預(yù)和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動(dòng)性。λ大，干預(yù)和衍射現(xiàn)明顯，越簡(jiǎn)潔觀看到現(xiàn)象。②衍射現(xiàn)象說明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當(dāng)光波長(zhǎng)比障礙物小得多和狀況下(條件)光才可以看作直線傳播。(反之)③在發(fā)生明顯衍射的條件下，當(dāng)窄縫變窄時(shí)，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。光的直進(jìn)是幾何光學(xué)的根底，光的衍射現(xiàn)象并沒有完全否認(rèn)光的直進(jìn)，而是指出光的傳播規(guī)律受肯定條件制約的， 任何物理規(guī)律都受肯定條件限制。(光學(xué)顯微鏡能放大2000倍，無(wú)法再放大，再放大衍射現(xiàn)象明顯了。)(以下教材適用)三.光的偏振橫波只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。依據(jù)波是否具有偏振現(xiàn)象來(lái)推斷波是否橫波，試驗(yàn)說明，光具有偏振現(xiàn)象，說明光波是橫波。

光振動(dòng)垂直于紙面自然光。太陽(yáng)、電燈等一般光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都一樣，這種光叫自然光。自然光通過偏振片后成形偏振光。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(gè)特定的方向振動(dòng)，叫偏振光。自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，假設(shè)光的入射方向適宜，使反射和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光，且它們的偏振方向相互垂直。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(gè)特別方向(透振方向)只有振動(dòng)方向和透振方向平行的光波才能通過偏振片。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光的偏振也證明白光是一種波，而且是橫波。各種電磁波中電場(chǎng)E的方向、磁場(chǎng)B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩相互垂直。光波的感光作用和生理作用主要是由電場(chǎng)強(qiáng)度E引起的，因此將E的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。應(yīng)用：立體電影、照相機(jī)的鏡頭、消退車燈的眩光等。四、麥克斯韋光的電磁說．1、光的干預(yù)與衍射充分地說明光是一種波，光的偏振現(xiàn)象又進(jìn)一步說明光是橫波。提出光電磁說的背景：麥克斯韋對(duì)電磁理論的爭(zhēng)論預(yù)言了電磁波的存在，并得到電磁波傳播速度的理論值×108m/s，這和當(dāng)時(shí)測(cè)出的光速×108m/s⑴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，用試驗(yàn)證明白電磁波的存在，測(cè)得電磁波的傳播速度確實(shí)等于用試驗(yàn)證明白光的電磁說的正確性。光電磁說的意義電和磁存在聯(lián)系。說明白光能在真空中傳播的緣由：電磁場(chǎng)本身就是物質(zhì)，不需要?jiǎng)e的介質(zhì)來(lái)傳遞。⑵電磁波譜：X射級(jí)、γ射線，除可見光外，相鄰波段間都有重疊。各種電磁波產(chǎn)生的基理、性質(zhì)差異、用途。電磁波種類無(wú)線電波 紅外線 可見光 紫外線倫琴射線γ射線頻率(Hz)104～3×1012 1012～×1014 ×1014～×1014 ×1014～5×10163×1016～3×10203×1019以上真空中波長(zhǎng)3×1014～10—4 3×104～×10— ×10—7～4×104×10—7～6×10—8～10—1210—11以下(m)7 —7 10—9組成頻率波波長(zhǎng)：大小波動(dòng)性：明顯不明顯頻率：小大 粒子性：不明顯明顯觀看方法無(wú)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LC電路中自由原子的外層電子受到激發(fā)原子的內(nèi)層電原子核受到激的產(chǎn)生氣理電子的的振蕩子受到激發(fā)發(fā)特性波動(dòng)性強(qiáng) 熱效應(yīng) 引起視覺 化學(xué)作用、熒貫穿作用強(qiáng)貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)光效應(yīng)、殺菌通訊，播送，加熱烘干、遙照明，照相，日光燈，黑光檢查探測(cè)，透 探測(cè)，治療等導(dǎo)航導(dǎo)向等加熱燈手術(shù)室殺菌消毒，治療皮膚病等視，治療等用途①?gòu)臒o(wú)線電波到γ射線，都是本質(zhì)上一樣的電磁波，它們的行聽從同的波動(dòng)規(guī)律。用途②由于頻率和波長(zhǎng)不同，又表現(xiàn)出不同的特性：波長(zhǎng)大(頻率小)干預(yù)、衍射明顯，波動(dòng)性強(qiáng)?，F(xiàn)在能在晶體上觀看到γ射線的衍射圖樣了。種類產(chǎn)生主要性質(zhì)種類產(chǎn)生主要性質(zhì)應(yīng)用舉例紅外線一切物體都能發(fā)出熱效應(yīng)遙感