竞赛光学部分届

竞赛辅导——几何光学当前1页，总共139页。一、竞赛自主招生要求1、几何光学

光的直进、反射、折射、全反射

光的色散、折射率和光速的关系

平面镜成像、球面镜成像公式及作图法

薄透镜成像公式及作图法

眼睛、放大镜、显微镜、望远镜

2、波动光学

光的干涉和衍射（定性）

光谱和光谱分析、电磁波谱

3、光的本性

光的学说的历史发展

光电效应、爱因斯坦方程

光的波粒二象性

当前2页，总共139页。二、知识要点1、光沿直线传播（1）光在均匀介质中是直线传播，光在真空中的传播速度为：c=3×108m/s，在其他媒质中的传播速度都小于c。（2）影：光射到不透明的物体，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域，就是物体的影。在这黑暗区域中完全照不到的区域叫做本影，只有一部分光照射不到的区域叫半影。日月本影区当前3页，总共139页。二、知识要点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、平面镜成像，球面镜成像（1）平面镜只改变光的传播方向，不改变光的汇聚或发散程度。（2）平面镜成像特点：像和物关于镜面对称，因此，对应于“实物”，平面镜使之成一个等大小的正立的虚像；对应于“虚物”，平面镜使之成为一个等大小的正立实像。当前4页，总共139页。二、知识要点3、球面镜成像（1）反射面是球面的一部分，这种镜面叫球面镜，反射面如果是凹面的，叫做凹面镜，简称凹镜；反射面是凸面的叫做凸面镜，简称凸镜。（2）球面的球心叫做曲率中心，镜面的中心叫镜的顶点，顶点与曲率中心的连线称为主光轴。（3）凹镜对光线有汇聚作用，凸镜对光线有发散作用，凹镜的焦点为实焦点，凸镜的焦点为虚焦点。（4）由反射定律可以证明，对近轴光线，球面镜焦距：，是球面的半径。其中凹镜焦距为正,凸镜焦距为负。当前5页，总共139页。二、知识要点3、球面镜成像（5）球面镜成像作图中常用的三条特殊光线为：①跟主轴平行的入射光线，其反射光线通过焦点。②通过焦点的入射光线，其反射光线与主轴平行。③通过曲率中心的入射光线，其反射光线和入射光线重合但方向相反。当前6页，总共139页。二、知识要点3、球面镜成像（6）球面镜成像公式：（符号法则为：实物u为正值，虚物u为负值；实像v为正值，虚像v为负值；凹镜的焦距为f正值，凸镜的焦距f为负值。）说明1：像的长度放大率：说明2：上面所得到的成像公式只适用于近轴光线成像。当前7页，总共139页。二、知识要点3、球面镜成像例题分析（1）一凹面镜所成的像，像高为物高的1/3，且已知物像间距离为1m。求凹面镜的曲率半径。解：由于成缩小像，对于凹面镜只有两种可能，一种是实物成实像，则物像同侧，在根据成像公式：解得：当前8页，总共139页。二、知识要点3、球面镜成像例题分析（1）一凹面镜所成的像，像高为物高的1/3，且已知物像间距离为1m。求凹面镜的曲率半径。另一种情况是虚物成实像，则物象异侧，在根据成像公式：解得：讨论：例题中如果没有指明是凹镜，则对于凸镜成缩小像也有两种情况。当前9页，总共139页。二、知识要点3、球面镜成像例题分析（2）在离球面镜10cm远处放一个1cm高的物体，若它所成的像在镜后6cm处，则这个镜是______，镜面曲率半径r=______cm，像高为_____。解：由球面镜成像公式及符号法则得：当前10页，总共139页。二、知识要点3、球面镜成像例题分析（3）一凸镜和一平面镜相距28cm，相对而立，在它们的中点放一电光源S，利用遮光板使光线先由凸镜反射，再经平面镜反射，所成的像在平面镜38cm处，求凸镜的曲率半径。解：由成像公式，u=14cm，v=10cm当前11页，总共139页。二、知识要点（1）折射定律：折射光线在入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居在法线两侧，入射角和折射角的正弦之比是一个常量。4、光的折射说明：上式中的常数n21称为介质2和介质1的相对折射率，n1和n2分别为介质1和介质2的绝对折射率，简称折射率，绝对折射率是指介质对真空的折射率，它反映了介质的传光特性，用公式表示为：说明：不同频率的光在同一介质中的折射率也略有不同，紫光的折射率要大于红光的折射率。光路依然可逆。当前12页，总共139页。二、知识要点（1）球面折射公式：球形（一部分）折射面两侧的介质折射率分别为n1和n2，C是球心，O为顶点，球面曲率半径为r。设S为主光轴上的物点，它发出的某一条光线SA的入射角为i1，折射线与主轴S`即为像点，折射角为i2。5、球面折射成像当前13页，总共139页。二、知识要点（1）薄透镜：折射面是两个球面，或者一个是球面，另一个是平面的透明体，叫做透镜。通常把厚度比球面半径小得多的透镜，叫做薄透镜。6、薄透镜成像（2）透镜的中心称为光心；过光心的直线称为光轴，其中与透镜垂直的光轴称为主光轴，其余的称为副光轴。副光轴主光轴当前14页，总共139页。二、知识要点（3）平行于主光轴（或副光轴）的近轴光线经透镜后将会聚（或反向延长后相交）于主光轴（或副光轴）的一点，该点称为焦点（副焦点）。由于只讨论近轴光线，所以所有副焦点都位于垂直于主光轴的平面内，称为焦平面。6、薄透镜成像主光轴当前15页，总共139页。二、知识要点（3）平行于主光轴（或副光轴）的近轴光线经透镜后将会聚（或反向延长后相交）于主光轴（或副光轴）的一点，该点称为焦点（副焦点）。由于只讨论近轴光线，所以所有副焦点都位于垂直于主光轴的平面内，称为焦平面。6、薄透镜成像主光轴当前16页，总共139页。二、知识要点（1）三条特殊光线的作图7、薄透镜成像作图方法通过光心的光线，不改变方向。平行于主轴的光线，折射后通过焦点（或反向延长线过焦点）通过焦点（或对方焦点）的光线，折射后平行于主轴。（2）一半光线的作图：通常由物点所发出的光线选画出两条特殊的光线，即可确定像点，应注意物点上所发出的任意一条光线，只要它经过此成像系统的作用后，必定会经过像点。作图中也常用到平行于副光轴的光线经过透镜作用后交于焦平面这一特点。当前17页，总共139页。二、知识要点（3）基本作图7、薄透镜成像作图方法当前18页，总共139页。二、知识要点（3）基本作图7、薄透镜成像作图方法当前19页，总共139页。二、知识要点（3）基本作图7、薄透镜成像作图方法当前20页，总共139页。二、知识要点（1）薄透镜成像公式：8、薄透镜成像公式成像公式是几何光学中的基本公式之一，应用是应注意以下几点：①在用于解决透镜成像问题时，透镜两侧的介质的折射率应该相等。②成像光线都是近轴光线。③u，v，f均应按符号法则确定的正、负符号代入进行代数运算。符号法则可以简单地概括为“实取正、虚取正”的法则，例如，凸透镜的焦距取正值，凹透镜的焦距取负值；实像的像距取正值，虚像的像距取负值等。④放大率：当前21页，总共139页。二、知识要点（1）眼睛：9、简单光学仪器人的眼睛是一个特殊的光学仪器，它由曲率半径可调的晶状体（即相当于凸透镜的焦距可调）、玻璃体、视网膜（相当于成像的光屏）组成。眼睛成像的特点是：像距基本已定，不同远近的物体都可看成像在视网膜上，是靠自动调节晶状体的曲率来实现的。一般正常眼睛的远点在无限远处，近点距离约为10cm，明视距离为25cm。当前22页，总共139页。二、知识要点（2）近视与远视：要形成一个清晰的某物的影像(聚焦)，我们的眼睛必须使从物体反射来的光线发生屈折，使光线直接落在视网膜上。近视者仅能看清近距离的物体，远距离的物体看起来很模糊，这是因为图像被聚焦到视网膜的前方了。纠正的方法是让近视者戴凹透镜，这样可使聚焦后的光线稍向后移，恰好落到视网膜上。远视的原因是眼球的前后径变短。近距离的物体发出的光线聚焦到视网膜后面，这样看起来就很模糊，只有远距离物体能看清晰。远视患可戴凸透镜，使光线稍向内折屈，帮助光线落在视网膜上。

9、简单光学仪器当前23页，总共139页。二、知识要点（1）一物体经焦距为24cm的凸透镜成一个放大率为1.5的实像，求物到透镜的距离。10、例题分析解：像是实像，当前24页，总共139页。二、知识要点10、内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一半径为R的黑球，距球心为2R处有一点光源S，球心O和光源S皆在圆筒轴线上，如图所示．若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收，则筒的内半径r最大为多少？解：自S作球的切线SM，并画出S经管壁反射形成的虚像点S`，及由S`画出球面的切线S`N，如图1所示，由图可看出，只要S`M和S`N之间有一夹角，则筒壁对从S

向右的光线的反射光线就有一部分进入球的右方，不会完全落在球上被吸收．由图可看出，如果r的大小恰能使S`M与S`N重合，如图2，则r

就是题所要求的筒的内半径的最大值．这时SM

与MN的交点到球心的距离MO就是所要求的筒的半径r．当前25页，总共139页。二、知识要点10、……由由几何关系可知：由图2可得：综上可得：当前26页，总共139页。二、知识要点（1）19世纪60年代，美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论，指出光是一种电磁波，使波动说发展到了相当完美的地步。1、光的波动性（2）光的干涉，光的波动性。双缝干涉、薄膜干涉当前27页，总共139页。二、光的干涉当前28页，总共139页。光的本质是什么？当前29页，总共139页。

干涉现象是波独有的特征，假设光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．当前30页，总共139页。思考：1、干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．你看见过光的干涉现象吗？如果真的存在光的干涉现象，那么，光的干涉现象的干涉图样又是怎么样？

水波的干涉图样思考：2、相邻的加强点间的距离与什么有关？思考：3、为什么我们在日常生活中观察不到光的干涉现象？当前31页，总共139页。1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）在实验室里成功的观察到了光的干涉．光的干涉托马斯·杨1773~1829当前32页，总共139页。当前33页，总共139页。S1S2P1ΔSP1S2－P1S1=ΔS光程差相当于完全相同的波源S1、S2双缝干涉单色激光束相干波源当前34页，总共139页。1、形成明、暗条纹的条件：光程差：总结：明条纹Δs=nλn=0、1、2、3……

暗条纹

n=0、1、2、3……双缝干涉规律:当前35页，总共139页。屏A屏BL1L2d两狭缝之间距离d不变当前36页，总共139页。亮亮亮为什么双缝的间距d越小，条纹的间距越大？d2d1当前37页，总共139页。为什么光的波长λ越大，条纹的间距越大？亮亮当前38页，总共139页。2、影响相邻两明纹间的距离大小因素：①波长λ②狭缝之间的距离

d③为挡板与屏间的距离lS1S2P1Pl当前39页，总共139页。各色光在真空中的波长光的颜色波长nm光的颜色波长nm红770－620绿580－490橙620－600蓝－靛490－450黄600－580紫450－400红光波长最大，紫光波长最小当前40页，总共139页。白光红光兰光亮暗相间彩色条纹．……4、白光的干涉图样是：中央是白色条纹，两侧是彩色条纹3、单色光的干涉图样是：

明暗相间的条纹，相邻两明纹的强弱、距离都差不多当前41页，总共139页。小结：1、当屏上某点到双缝的光程差是光波波长的整数倍时，在这些地方出现亮纹2、当屏上某点到双缝的光程差是光波半波长的奇数倍时，在这些地方出暗纹3、干涉条纹是等间距的，明暗相间；4、同样条件的双缝实验，用不同的色光得到的相邻亮（暗）条纹间的宽度不等。5、证明：光具有波动性当前42页，总共139页。练习题：1、两只相同的灯泡发出的光束相遇___________发生干涉现象？（填“能”或“不能”）2、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时：（）A、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失．B、红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条纹仍然存在．C、任何颜色的干涉条纹都不存在。D、屏上无任何亮光．不能C当前43页，总共139页。3、用单色光做双缝干涉实验时，屏上出现明暗相间的干涉条纹，屏上某处到两狭键的距离之差满足__________时，该处出现亮条纹；屏上某处到两缝的距离之差满足_________时，该处出现暗条纹．4、用白光做双缝干涉实验时，得到彩色的干涉条纹，下列正确的说法是：（）A、干涉图样的中央亮纹是白色的；B、在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹；C、在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹；D、在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关AC

当前44页，总共139页。实验：用双缝干涉测量光的波长人接收的信息有90％来自眼睛看到的光;光给了我们多姿多彩的世界.当前45页，总共139页。实验原理如图所示的双缝实验中，屏离开挡板越远，条纹间的距离越大，另一方面，实验所用光波的波长越大，条纹间的距离也越大，这是为什么？思考r2-r1=dsinθX=ltanθ≈lsinθ运用几何知识当两列波的路程差为波长的整数倍，即dx/l=±kλ，（k=0,1,2…)时才会出现亮条纹，亮条纹位置为：X=±klλ/dS1S2P1Plr1r2dxθ当前46页，总共139页。相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为其中，波长用表示，d表示两个狭缝之间的距离，l为挡板与屏间的距离．实验原理当前47页，总共139页。ΔXΔXΔXΔXΔXΔX当前48页，总共139页。中间亮纹第二条亮纹第一条亮纹第一条亮纹第二条亮纹第一条暗纹第一条暗纹第二条暗纹第三条暗纹第二条暗纹第三条暗纹当前49页，总共139页。观察双缝干涉图样当前50页，总共139页。测定单色光的波长测出n个亮条纹间的距离a，求出相邻两个亮条纹间的距离△x=a/（n-1),然后由△x=lλ/d当前51页，总共139页。当前52页，总共139页。人接收的信息有90％来自眼睛看到的光;光给了我们多姿多彩的世界.光的衍射

既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢?13.5.光的衍射当前53页，总共139页。

复习提问问题1.什么是波的衍射现象？

问题2.发生明显衍射的条件是什么？波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传的现象叫波的衍射障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。当前54页，总共139页。

光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？光的衍射当前55页，总共139页。

一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多．

取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏．激光束调节狭缝宽窄像屏一单缝衍射波长很短400-700nm当前56页，总共139页。1.单缝衍射条纹的特征一单缝衍射(1)、中央亮纹宽而亮．(2)、两侧条纹具有对称性，明暗相间且不等距.当前57页，总共139页。2.单缝衍射与双缝干涉条纹和区别各明纹或暗纹宽度、亮度基本相等.中央条纹最宽最亮,两侧条纹宽度、亮度逐渐减小．双缝干涉条纹单缝衍射条纹当前58页，总共139页。观察下列衍射图样，分析衍射规律：3.单缝衍射规律1、波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大．(衍射越明显)2、单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大(衍射越明显)

3、白光（白炽灯）的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．改变缝宽改变波长当前59页，总共139页。13.5光的衍射1衍射图样：明暗相间且不等距条纹（中央亮纹）2单缝衍射规律3．衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小

一、单缝衍射

1)波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大．2)单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大

3)白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．当前60页，总共139页。ABS1、孔较大时——屏上出现清晰的光斑二.圆孔衍射当前61页，总共139页。二圆孔衍射ABS2、孔较小时——屏上出现衍射花样（亮暗相间的不等间距的圆环，这些圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围）原因:来自单缝或圆孔上不同位置的光,在屏上叠加的结果.当前62页，总共139页。圆孔衍射S当前63页，总共139页。光的衍射1衍射图样：明暗相间且不等距条纹（中央亮纹）

2单缝衍射规律3衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小

一、单缝衍射二、圆孔衍射1衍射图样：明暗相间且不等距的同心圆环．（中央亮斑）

2衍射条件：孔的尺寸接近波长或比波长还要小

当前64页，总共139页。三光绕过障碍物的衍射

不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．实验：在光束中放一个不透明圆盘现象：在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。当前65页，总共139页。圆屏衍射泊松亮斑圆屏衍射图样当前66页，总共139页。泊松亮斑在其影子的中心有一个亮斑当前67页，总共139页。小圆盘和小圆孔做衍射图样特点圆孔衍射圆盘衍射当前68页，总共139页。光的衍射现象不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．圆屏衍射圆孔衍射钢针的衍射当前69页，总共139页。光的衍射一、单缝衍射二、圆孔衍射三、圆屏衍射1衍射图样：明暗相间的不等距的同心圆环，中心有一个亮斑（泊松亮斑）

2衍射条件：屏的尺寸接近波长或比波长还要小

当前70页，总共139页。1、光在没有障碍物的均匀介质中，直线传播

2、在孔或障碍物的尺寸比波长差不多或还小，光就发生衍射。3、

光的衍射并没有否定光的直线传播，而是指出了它的适用范围和它的局限性。4、缝、孔或障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比波长还小时，衍射现象明显。课堂小结：当前71页，总共139页。透射光栅:在玻璃片上刻有许多等宽而又间距相等的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝,一般每毫米有几十到几千个狭缝。反射光栅:在高反射率的金属上刻痕.四.衍射光栅N=1N=2N=3N=4当前72页，总共139页。练一练1、下列属于光的衍射现象的是（）A雨后天空出现的绚丽的彩虹B阳光下肥皂膜上的彩色条纹C太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹D眼睛透过纱巾看到的灯光的条纹E眼睛眯成一条线看到的发光的电灯周围有彩色花纹DE当前73页，总共139页。2、下列关于单缝衍射的说法中，正确的是（）A和光的双缝干涉图样相同B各亮条纹的宽度不同而亮度相同C各亮条纹的宽度相同而亮度不同D中央亮条纹的宽度最宽，亮度最亮D课堂练习好大的苦瓜！当前74页，总共139页。

3、用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实验时，在光屏上得到衍射图形，它们的特征是（）

A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔时中央是亮的B．中央均为亮点的同心圆形条纹

C．中央均为暗点的同心圆形条纹

D．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔时中央是暗的B课堂练习你行吗！当前75页，总共139页。4、我们经常可以看到，凡路边施工处总挂有红色的电灯，这除了红色光容易引起人的视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光（）A．比其他色光更容易发生衍射B．比其他可见光更容易发生干涉C．比其他可见光更容易发生反射D．比其他可见光更容易发生折射A课堂练习当前76页，总共139页。5、关于衍射下列说法正确的是（）A．衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是光的叠加的结果B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象C．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实D．一切波都可以产生衍射ABD课堂练习警察为你加油！当前77页，总共139页。

6、用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直径由数厘米逐渐减小为零的过程中，位于遮光板后面的屏上将依次出现的现象是：__________，____________；___________．圆形亮斑烛烟的像明暗相间的圆环课堂练习空姐为你加油！当前78页，总共139页。7、关于光的衍射（）A是光在传播中绕过障碍物发生弯曲的现象B衍射条纹图样是光波相互叠加的结果C为光的波动说提供了有力的证据D完全否定了光的直线传播的理论BC课堂练习同志们！你们做对了吗！当前79页，总共139页。8.如图所示是用游标卡尺两测脚间的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个现象.当游标卡尺两测脚间的狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时,所看到的四个图像的顺序是________

abcd课堂练习当前80页，总共139页。

9.用单色光照射双缝，在像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，现用遮光板将其中的一个缝挡住，则像屏上观察到()A、宽度均匀的明暗相间的条纹。B、中央亮而宽，两边窄而暗条纹。C、一条亮纹。D、一片亮光。B课堂练习当前81页，总共139页。10.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝),可以看到()A.黑白相间的直条纹B.黑白相间的弧形条纹C.彩色的直条纹D.彩色的弧形条纹.C课堂练习你做对了吗！当前82页，总共139页。当前83页，总共139页。第六节光的偏振第十三章光当前84页，总共139页。复习：在纵波中，振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上．在横波中，振动方向总是垂直于波的传播方向，但不同的横波，振动方向可以不同．例如一列横波沿水平方向传播，质点在竖直平面内可能沿着上下方向振动，也可能沿着左右方向振动，也可能沿着任何其他方向振动．当然，对于一个确定的横波，它的振动方向是确定的．当前85页，总共139页。一、偏振现象取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波.现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧（图甲）．如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙）．当前86页，总共139页。形象说明偏振片的原理通光方向腰横别扁担进不了城门当前87页，总共139页。如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（如下图）．当前88页，总共139页。受上面实验的启发，我们可以利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波?偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片．偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样．

现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板，来做光学实验．当前89页，总共139页。当前90页，总共139页。当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变．当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱．当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零.当前91页，总共139页。产生上述现象的原因：1、太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．这种光叫做自然光.当前92页，总共139页。2、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过．也就是说，通过第一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动．这种光叫做偏振光．

横波只沿着某一个特定的方向振动，称为波的偏振．只有横波才有偏振现象．当前93页，总共139页。3、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大．当前94页，总共139页。4、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零．所以，光是一种横波．当前95页，总共139页。光的偏振现象并不罕见．除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光．自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直．当前96页，总共139页。光的偏振现象有很多应用．如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚．如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰．二、偏振现象的应用当前97页，总共139页。用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见玻璃门表面的反光很强用偏光镜减弱了反射偏振光当前98页，总共139页。不加偏振片拍摄，橱窗中景物模糊不清加偏振片拍摄，景物变清晰当前99页，总共139页。偏光镜头立体电影当前100页，总共139页。例两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180度，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（）

A、透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零

B、透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最小值

C、透过偏振片的光强在整个过程中都增强

D、透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强当前101页，总共139页。分析：起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏振方向平行时，光强度达到最大当其中一个偏振片转动180度的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，又减小到零，选项A正确．当前102页，总共139页。光的颜色色散水面上的油膜呈彩色当前103页，总共139页。红光白光

各种光的不同颜色，实际反映了它们不同的波长（或频率）．用白光做双缝干涉实验，由于白光内各种单色光的干涉条纹间距不同，在屏上会出现彩色条纹．一、光的颜色色散1.不同颜色的光，波长不同2.白光双缝干涉条纹特点：(1)彩色条纹;(2)中央明条纹是白色的3.光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象当前104页，总共139页。4.人眼视网膜上的两种感光细胞视杆细胞：对光敏感，不能区分不同波长（频率）的光视锥细胞：对光敏感度不如视杆细胞，但能区分不同波长（频率）的光。我们知道：波速等于波长和频率的乘积，这个关系对一切波都是适用的．不同的色光在真空中的传播速度相同，所以波长不同的色光，它们的频率也不同：波长越长，频率越小；波长越短，频率越大．各色光在真空中的频率的范围见下表：当前105页，总共139页。点击画面观看动画让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．二、薄膜干涉中的色散当前106页，总共139页。不同单色光的薄膜干涉条纹可见，波长λ越长，干涉条纹越宽当前107页，总共139页。

1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应出现在膜的厚度相等的地方．由于光波波长极短，所以微薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹．

2、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下的肥皂泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉．当前108页，总共139页。白光的薄膜干涉条纹——彩色条纹水面上的油膜呈彩色当前109页，总共139页。薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹标准样板待检部件空气薄层当前110页，总共139页。如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干涉条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测表面的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。(a)(b)(c)单色光标准样板薄片被检测平面注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度当前111页，总共139页。当前112页，总共139页。薄膜干涉的应用（二）——增透膜镀层薄膜在透镜或棱镜的表面上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个表面上反射路程度恰好等于半个波长，因而互相抵，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。当前113页，总共139页。1、增透的条件是什么？即镀层薄膜的厚度至少多大？2、是否对所有颜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长的1/4。

因为人眼对绿光最敏感，所以一般增强绿光的透射，即薄膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4。由于其它色光不能被有效透射，故反射较强，这样的镜头呈淡紫色。增反膜?当前114页，总共139页。常用的棱镜是横截面积为三角形的三棱镜，通常简称为棱镜．棱镜可以改变光的传播方向，还可以使光发生色散．三、折射时的色散当前115页，总共139页。

通过实验或作光路可知（如图），从玻璃棱镜的一个侧面射出的光线从另一侧面射出时向底面偏折．偏折角度不仅与棱镜材料的折射率有关，还跟入射角底大小有关．点击画面观看动画当前116页，总共139页。一束白光经过棱镜后会发生色散白光经过棱镜后在光屏上形成一条彩色的光带，红光在上端，紫光在最下端，不同色光通过棱镜的后的偏折角度不同是因为棱镜材料对不同色光的折射率不同．由n=c/v知；在同一物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短（频率越大），波速越慢。当前117页，总共139页。1．如图所示，截面为ABC的玻璃直角三棱镜放置在空气中，宽度均为d的紫、红两束光垂直照射三棱镜的一个直角边AB，在三棱镜的另一侧放置一平行于AB边的光屏，屏的距离远近可调，在屏上出现紫、红两条光带，可能是：A．紫色光带在上，红色光带在下，紫色光带较宽B．紫色光带在下，红色光带在上，紫色光带较宽C．红色光带在上，紫色光带在下，红色光带较宽D．红色光带在下，紫色光带在上，红色光带较宽CD当前118页，总共139页。2．如图21甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是：A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B．干涉现象是由于凸透镜与玻璃之间空气膜的上表面反射光和空气膜的下表面反射光叠加形成的C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的BC当前119页，总共139页。3．下列说法正确的是：A．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象B．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D．雨后的彩虹是由于光的色散现象形成的BD当前120页，总共139页。当前121页，总共139页。激光选修3—48第十三章光当前122页，总共139页。☆．物体发光的微观机理

物质中的原子受到激发以后，原子能量增加，处于不稳定状态，要向低能态跃迁。在向低能态跃迁的过程中，会发出光。

普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。

光是从物质的原子中发射出来的。当前123页，总共139页。一．激光的产生

某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，把这种光叫激光。

世界上第一台红宝石激光器

1960年，美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。实验装置里有一根人造红宝石棒。突然，一束深红色的亮光从装置中射出，它的亮度是太阳表面的4倍！这是一种完全新型的光，科学家渴望多年而自然界中并不存在的光，它被命名为Laser。当前124页，总共139页。二．激光的特点及其应用

1、相干性：激光是一种人工产生的相干光.（相干光的条件：频率相同，相位差恒定，偏振方向一致。）

相干性应用：光纤通讯、激光全息技术没有光纤和激光器发明就不会有现在的如此发达的互联网。当前125页，总共139页。二．激光的特点及其应用应用：测距、测速、信息存储和阅读

2、平行度非常好：从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时，也只发散成直径lm多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的。手持式雷达测速仪手提激光测距仪当前126页，总共139页。二．激光的特点及其应用

3、亮度高：所谓亮度，是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率，自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高功率激光器，亮度可达太阳的1万倍．应用：工业切割、焊接；医学“光刀”；利用强激光产生的高压引发核聚变。氧化熔化激光切割激发核聚变当前127页，总共139页。特点作用应用实例相干光可进行调制、传递信息光纤通信平行度非常好传播很远距离能保持一定强度，可精确测距测速激光雷达可会聚于很小的一点，记录信息密度高DVD、CD、VCD机，计算机光驱亮度高可在很小空间短时间内集中很大能量激光切割、焊接、打孔、医疗手术产生高压引起核聚变人工控制聚变反应☆．激光的特点及其应用当前128页，总共139页。三．全息照相

“全息”的意思为“全部信息”，即相对于只记录物体的明暗变化的普通摄影来说，激光全息摄影还能记录物体的空间变化。被拍摄的物体：小鸡拍摄得到的全息图

全息摄影：记录被摄物体反射（透射）光波中全部信息（振幅、相位）的摄影。当前129页，总共139页。三．全息照相

拍摄全息照片的基本光路参考光照相底片