2021年光的現(xiàn)象的剖析與歸納

光現(xiàn)象剖析與歸納張益榮（湖北省麻都市第五中學(xué)湖北麻城438300）摘要：對光各種現(xiàn)象做了全面詳盡闡述，分析了各種光現(xiàn)象遵從原理，產(chǎn)生因素，實(shí)際應(yīng)用，給出光本質(zhì)。核心詞：光反射和折射全反射光干涉光衍射光偏振光本質(zhì)光給了咱們明亮世界，可是它自己卻像一團(tuán)迷。光學(xué)既是物理學(xué)中一門古老基本科學(xué)，又是當(dāng)代科學(xué)領(lǐng)域中最活躍前沿科學(xué)之一，具備強(qiáng)大生命力和不可預(yù)計(jì)發(fā)展前景。《物理》選修3-4（新課標(biāo)人教版）第十三章對光進(jìn)行了學(xué)習(xí)。為了使同窗們對光各種現(xiàn)象及光本質(zhì)進(jìn)一步結(jié)識(shí)和鞏固，現(xiàn)將光現(xiàn)象進(jìn)行剖析，系統(tǒng)地進(jìn)行歸納和總結(jié)。一、光反射和折射1.反射和折射(1)概念：光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)分界面時(shí)，一某些光會(huì)返回到第1種介質(zhì)，這個(gè)現(xiàn)象叫做光反射（reflection）；另一某些光會(huì)進(jìn)入第2種介質(zhì)，這個(gè)現(xiàn)象叫做光折射(refraction)。(2)光反射遵從反射定律(reflectionlaw)：反射光線與入射光線﹑法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線兩側(cè)；反射角等于入射角。(3)光折射遵從折射定律(refractionlaw)：折射光線與入射光線﹑法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線兩側(cè)；入射角正弦與折射角正弦成正比。即，為比例常數(shù)。(4)在光反射和光折射中光路都是可逆。2.折射率(1)概念：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角正弦與折射角正弦值之比，叫做這種介質(zhì)絕對折射率，簡稱折射率(refractionindex),用符號表達(dá)。(2)光從第1種介質(zhì)斜射入第2種介質(zhì)時(shí)滿足，為介質(zhì)折射率，為光在該介質(zhì)中光線與法線夾角。(3)折射率關(guān)于速度表達(dá)式>1.即任何介質(zhì)折射率均不不大于1?？諝饨瓶醋髡婵?。3.折射率進(jìn)一步理解(1)某種介質(zhì)折射率是指光從真空或空氣進(jìn)入該介質(zhì)時(shí)入射角正弦值與折射角正弦值之比。如果不強(qiáng)調(diào)光進(jìn)入方式，則介質(zhì)折射率是指光在真空或空氣中角正弦值與光在介質(zhì)中角正弦值之比。(2)折射率大小反映了介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)和入射光頻率：①折射率越大，闡明介質(zhì)對光偏折作用越大，光線偏離本來傳播方向限度越厲害。②介質(zhì)對光折射率越大，闡明該光在介質(zhì)中傳播速度越小。③相對于同一介質(zhì)，折射率越大光，其頻率越大。(3)各種色光相比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率低→高同一介質(zhì)中折射率小→大同一介質(zhì)中速度大→小波長大→小臨界角大→小通過棱鏡偏折角小→大4.全反射現(xiàn)象(1)概念：光傳播到兩種介質(zhì)界面上時(shí)，普通要同步發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，若滿足了某種條件，光線不再發(fā)生折射現(xiàn)象，而所有返回到原介質(zhì)中傳播現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象（totalreflection）。發(fā)生全反射時(shí)相應(yīng)入射角叫做臨界角（criticalangle），臨界角滿足。(2)發(fā)生全反射現(xiàn)象條件①光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)；②入射角等于或不不大于臨界角．(3)全反射現(xiàn)象理解與應(yīng)用①光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言。同一種介質(zhì)，相對于其她不同介質(zhì)，也許是光密介質(zhì)，也也許是光疏介質(zhì)。②如果光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。③在光反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光反射定律；光路均是可逆。④當(dāng)光射到兩種介質(zhì)界面上時(shí)，往往同步發(fā)生光折射和反射現(xiàn)象，但是在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。當(dāng)折射角等于90°時(shí)，事實(shí)上就已經(jīng)沒有折射光線了。⑤全反射可以從能量角度去理解:當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角逐漸增大過程中，反射光能量逐漸增強(qiáng)，折射光能量逐漸削弱，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，折射光能量已經(jīng)削弱為零，這時(shí)就發(fā)生了全反射。⑥應(yīng)用：全反射棱鏡，光導(dǎo)纖維，光纖通訊等。二、光干涉1.定義：在兩列光波疊加區(qū)域，某些區(qū)域光被加強(qiáng)，浮現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域光被削弱，浮現(xiàn)暗紋，且加強(qiáng)和削弱互相間隔現(xiàn)象叫做光干涉現(xiàn)象。2.兩列光發(fā)生干涉條件：頻率相似、振動(dòng)方向相似、相差保持恒定。3.雙縫干涉(1)由同一光源發(fā)出光經(jīng)雙縫后形成兩束振動(dòng)狀況總是相似相干光波，屏上某點(diǎn)到雙縫路程差是波長整數(shù)倍處浮現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長奇數(shù)倍處浮現(xiàn)暗條紋。(2)干涉條紋①單色光為等間距明暗相間條紋，明暗條紋寬度也相似。②相鄰明條紋（或暗條紋）之間距離與波長、雙縫間距及屏到雙縫距離關(guān)系為，同一實(shí)驗(yàn)裝置光頻率越大，條紋間距越小。③白光干涉圖樣為彩色，中央亮紋為白色。4.薄膜干涉：運(yùn)用薄膜（如肥皂液薄膜）先后表面反射光相遇疊加形成。(1)薄膜干涉現(xiàn)象理解（以肥皂薄膜為例）①豎直肥皂薄膜，由于重力作用，形成上薄下厚楔形。②光照射到薄膜上時(shí)，在膜先后表面分別反射回來，形成兩列頻率相似光波，并且疊加。③原理分析a.在兩個(gè)表面反射回來兩列光波路程差時(shí)，薄膜上浮現(xiàn)明條紋。b.兩列反射回來光波路程差時(shí)，薄膜上浮現(xiàn)暗條紋。④同一條亮（或暗）條紋上所相應(yīng)膜厚度相似。⑤白光照射時(shí)膜上浮現(xiàn)彩色條紋。(2)薄膜干涉應(yīng)用:檢查樣品平整度。三、光衍射1.光衍射現(xiàn)象：光在遇到障礙物時(shí)，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域現(xiàn)象。2.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象條件：當(dāng)孔或障礙物尺寸比光波波長小，或者跟光波波長相差不多時(shí)，光才干發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。3.衍射圖樣(1)單縫衍射條紋特點(diǎn)：單色光發(fā)生單縫衍射時(shí)中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間條紋；條紋寬度不等，中央最寬；各相鄰條紋間距不等；中央條紋最亮，兩邊變暗；白光發(fā)生衍射時(shí)，中央仍為白光，最靠中央時(shí)紫光，最遠(yuǎn)離中央是紅光。(2)圓孔衍射：明暗相間不等距圓環(huán)。(3)泊松亮斑:光照射到一種半徑很小圓板后，在圓板陰影中心浮現(xiàn)亮斑，這是光能發(fā)生衍射有力證據(jù)之一。4.干涉和衍射本質(zhì)：光干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加成果，從本質(zhì)上講，衍射條紋形成，與干涉條紋形成具備相似原理。在衍射現(xiàn)象中，可以為從單縫通過兩列或多列同頻率光波，她們在屏上疊加形成單縫衍射條紋。四、光偏振1.概念(1)自然光：太陽、電燈等普通光源直接發(fā)出光，包括垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)光，并且沿各個(gè)方向振動(dòng)光波強(qiáng)度都相似，這種光叫自然光。(2)偏振光：自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向平面上，只沿一種特定方向振動(dòng)光，叫偏振光。2.光偏振現(xiàn)象：光在垂直于傳播方向上只沿某一特定方向振動(dòng)現(xiàn)象稱為光偏振.3.偏振光產(chǎn)生方式：(1)自然光通過起偏器：通過兩個(gè)共軸偏振片觀測自然光，第一種偏振片作用時(shí)把自然光變成偏振光，叫起偏器。第二個(gè)偏振片作用是檢查光與否為偏振光，叫檢偏器(2)自然光射到兩種介質(zhì)界面上，如果光入射方向適當(dāng)，使反射和折射光之間夾角正好是90°，這時(shí)，反射光和折射光就都是偏振光，且它們偏振方向互相垂直。咱們普通看到絕大多數(shù)光都是偏振光。4.光偏振理論意義:光干涉和衍射現(xiàn)象充分闡明了光是波，但不能擬定光波是橫波還是縱波，光偏振現(xiàn)象闡明光是橫波。5.應(yīng)用：運(yùn)用偏振濾光片照相（照相機(jī)鏡頭），電子表液晶顯示，觀看立體電影，消除汽車燈炫光等。四、光色散1.光色散：具有各種顏色光被分解為單色光現(xiàn)象。2.光譜:具有各種顏色光波分解后，各種色光按其波長有序排列。3.棱鏡(1)含義:截面是三角形玻璃儀器，可以使光反生色散，白光色散表白白光是由色光構(gòu)成，各色光在同一介質(zhì)中折射率不同。(2)三棱鏡對光線作用:變化光傳播方向，是復(fù)合光發(fā)生色散。4.白光發(fā)生光干涉、衍射和光色散都可以浮現(xiàn)彩色條紋，但光學(xué)本質(zhì)不同。五、光本質(zhì)這一章學(xué)習(xí)了光反射和折射、干涉、衍射、偏振、色散等各種光現(xiàn)象