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十四 光学 南京市梅园中学宋军 知识点及高考要求 一 知识点及高考要求 二 一 光的直线传播 1 光在同种均匀介质中沿直线传播 二 光的反射 1 反射定律反射光线跟入射光线跟法线在同一平面上 反射光线和入射光线分别位于法线两侧 反射角等于入射角 二 光的反射 1 平面镜 2 凹面镜 3 凸面镜 2 面镜 平面镜成象的特点 例 如图所示 一个点光源S通过平面镜成像 设光源不动 平面镜以速率v沿OS方向向光源平移 镜面与OS方向之间的夹角为30 则光源的像S 图中未画出 A 以速率v平行于OS向右运动B 以速率v垂直于OS向下运动D 以速率v沿SS 连线向S运动 答案 D 三 光的折射 1 光的折射 折射定律折射光线跟入射光线和法线在同一平面里 折射光线跟入射光线分居法线的两侧 入射角的正弦与折射角的正弦之比等于常数 三 光的折射 折射率 从真空射入某种介质 折射率定义式 和速度的关系 任何介质的折射率n均大于1 例 一束光线由空气射入某种介质 如图所示 在界面上发生反射和折射 已知入射角为60 反射光线与折射光线成90 求介质的折射率 三 光的折射 全反射现象 现象 条件 2 全反射 三 光的折射 临界角折射角变成90 时的入射角叫临界角 设介质的折射率为n 光在介质中的传播速度为v 光在真空中的传播速度为大写C 光从介质射入真空 或空气 时的临界角为小写c 那么 三 光的折射 应用 海市蜃楼 光导纤维 三 光的折射 现象 原理 3 光的色散 辨析 1 折射率与光的频率的关系 2 折射率与光速及波长的关系 光从真空进入介质时 不变 减小 设光在真空中的波长为 0 光在介质中的波长为 点光源S通过带有圆孔的挡板N 照射到屏M上 形成直径为d的亮圆 如果在挡板靠近光屏一侧放上一块厚玻璃时 如图所示 这时点光源通过圆孔和玻璃 在屏上形成直径为D的亮圆 直径D和d和关系是A d DB d DC d DD 无法判定 答案 A 例 红光与紫光相比A 在真空中传播时 紫光的速度比较大B 在玻璃中传播时 红光的速度比较大C 玻璃对红光的折射率较紫光的大D 从玻璃到空气的界面上 红光的临界角较紫光为大 答案 BD 例 水的折射率等于4 3 玻璃的折射率等于1 5 那么光在水中的传播速度比在玻璃中的传播速度 光在水中的传播速度与在玻璃中传播速度之此等于 试画出该入射光射向棱镜后所有可能的射出光线 解 由折射率为 例 例 如图 一束平行单色光a垂直射向横截面为等边三角形的棱镜的左侧面 棱镜材料的折射率为 画出所有可能射出的光线 四 对光的本性的认识 人类对光的本性的认识经历了微粒说 波动说 电磁说 光子说几个过程 光子说认为 光既具有波动性 又具有粒子性 即光具有波粒二象性 五 光的干涉和衍射 1 光的干涉 现象 两列波在空间相遇时相互叠加 在某些区域始终加强 在另一些区域始终减弱 形成稳定的明暗相间条纹的现象 产生条件 频率相同的两列波 五 光的干涉和衍射 产生明 暗条纹的条件 相邻的明纹 或暗纹 间的距离 式中d是双缝的间距 L是双缝至屏面的距离 如果用白光做光源 光屏上出现的干涉图样是彩色条纹 双缝干涉 五 光的干涉和衍射 从透明薄膜前后面反射的两列光波叠加在一起 由于薄膜厚度的差异 产生明暗相间条纹的现象 薄膜干涉 五 光的干涉和衍射 现象 产生条件 单缝衍射 2 光的衍射 圆孔衍射 圆孔衍射图样是明暗相间的同心圆环 圆板衍射 泊松亮斑 六 光的电磁说 1 电磁波谱无线电波 包括微波 红外线 可见光 紫外线 x射线 射线 2 光谱及光谱分析由色散形成的 按频率的顺序排列而成的彩色光带叫做光谱 光谱分类 1 连续光谱炽热的固体 液体和高压气体的发射光谱 例如 电灯丝发出的光 炽热的钢水发出的光都形成连续光谱 2 明线光谱稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱 原子光谱 原子的特征谱线 3 吸收光谱 吸收光谱中的暗谱线 也是原子的特征谱线 太阳的光谱是吸收光谱 七 光电效应与光子说 1 光电效应 现象 光照 物体中有电子逸出 实验规律 入射光的频率 极限频率 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光的频率的增大而增大 光电子的发射几乎是瞬时的 当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的强度成正比 2 光子说在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子的能量跟它的频率 成正比 即E h 式中的是普朗克常量 3 爱因斯坦光电方程 七 光电效应与光子说 4 对光电效应的解释光子的能量可以被物体中的某个电子全部吸收 电子吸收光子的能量后 它的能量立刻增加 不需要积累的过程 如果h 足够大 电子就可以在瞬间离开物体表面 一部分用来克服原子引力脱离物体表面做逸出功 一部分转化为光电子的最大初动能 如果入射光子的能量等于金属的逸出功 它的频率就是极限频率 小于这个频率就不能产生光电效应了 那么极限频率 0 W h 七 光电效应与光子说 5 光既具有波动性 又具有粒子性 也就是说光具有波粒二象性 但是接受光的波粒二象性 就要求我们既不可以把光当成宏观观念中的波 也不可以把光当成