整理高三物理光学专题复习

第 1 页 共 7 页 光学专题复习光学专题复习 基本知识点回顾 一 知识框架 一 对光传播规律的研究 几何光学 直线传播规律 几何方法 反射定律 光的传播速度 物理实质 光源 基本规律 全反射 折射定律 色散 基本光学器件 面镜 棱镜 透镜 光路 控制 成像 规律 光学仪器 二 光的本性 物理光学 光的本性 光的 波动说 光的 电磁说 光的衍射 光的干涉 电磁波波谱 光的 微粒说 光的 光量子说 光电效应 光谱及 其分析 薄膜干涉 双缝干涉 光的 波 粒 二象性 一 几何光学重点知识总结 1 光的直线传播规律 条件 同种 均匀介质 2 光的反射定律 注 无论是镜面反射或漫反射 对每条反射光线都遵循反射定律 3 光的折射定律 特例 光从真空 空气 射入介质时 则n i sin sin 特例 真空 i 介质 4 光的独立传播定律 几束光在同一介质中传播时虽屡屡相交 但互不扰乱 保持 第 2 页 共 7 页 各自的方向继续传播 5 光路可逆原理 当光线逆着原来的反射线或折射线方向入射时 将逆着原来的入 射线方向反射或折射 6 几点注意 光射到两种介质界面上 一般情况下都是既有反射 又有折射 因此需考虑每一条 可能的光线 包括垂直入射时按原路返回的反射光 折射率反映了介质的折光本领 取决于光在真空和介质中的传播速度 即 n ic v v c n c sin sin 1 所以 测定了介质的折射率 即可算出光在介质中的速度 全反射的条件 1 光从介质射向真空 空气 2 入射角等于或大于临界角c c n sin 11 3 条件应用 光线从光密介质射至光疏介质的界面时 首先要检查一下临界角 然后 才能确定光线的实际传播路径 2 几何光学器件对光路控制作用对比表 器件名称 对比项目 平面镜凹面 镜 凸面镜厚玻璃三棱镜等腰直 角棱镜 凸透 镜 凹透镜 对 光 线 定 性 作 用 变向会聚发散侧移变向与色 散 变向 倒置 错位 会聚发散 对 光 路 控 制 作 用 定 量 作 用 当平面 镜旋转 角 时 反 射线将 旋转 2 平行 于主 轴光 线会 聚于 主焦 点 F 主焦 点处 放点 光源 经凹 面镜 后平 行于 主轴 平行于 主轴光 线经凸 镜发 散 其 反向延 长线相 交于主 焦点 F d 侧移距 dzi i ni sin cos sin 1 22 z 厚度 n 折射率 i 入射角 若光线在 玻璃中传 播恰与 BC平 行 则 偏向角 A 顶角 n sin sin A A 2 2 使平行投入 光成 90 0 180 倒置变向错 位 平行 于主 轴光 线经 透镜 会聚 于主 焦 点 平行于 主轴光 线经透 镜发散 其反向 延长线 相交于 主焦 点 几点说明 用平面镜控制反射光线去向的相关题型 1 给出入射光线方向与反射光线去向 要求找镜位 2 镜旋转反射光线改变 2 第 3 页 共 7 页 光线通过平行透明板的侧移距的相关因素 表达式 dzi i ni sin cos sin 1 22 说明 d 与玻璃板厚度 z 玻璃材料折射率 n 和入射角 i 有关系 不同色光光路与成像差异的对比 对比 项目 光的 颜色 在真 空中 速度 c 在介 质中 速度 v 从真空射入某介 质速度改变量 v 介质折 射率 n 从某介 质射向 真空临 界角 A 通过三 棱镜最 小偏向 角 0 平行 主轴 光线 通过 同一 凸透 镜的 焦距 f 相同条 件下物 体通过 凸透镜 生成像 的放大 率 K 红色光 f红 c0红 v红 v红 v c0 v n红 A红 红0 f红 K红 两色光相 比较 紫色光 f紫 c0紫 v紫 v紫 v c0 v n紫 A紫 紫0 f紫 K紫 3 光学器件 平面镜 透镜 的成像 平面镜成像作图与成像计算 题型 1 平面镜尺寸的设计 2 平面镜尺寸对像长的限制 3 有一定厚度平面镜成像设计 4 平面镜视场 透镜的成像作图法 例图 用焦平面和到光轴法 二 光的本性 物理光学重点知识 1 对光本性的认识 光是具有电磁本质的物质 具有波粒二象性 波长较大时波动性明 显 波长很小时微粒性明显 2 光的波动性 1 光的干涉 现象及条件 第 4 页 共 7 页 2 光的衍射 现象 a 圆斑衍射 b 圆孔衍射 3 色散 光谱 电磁波谱 4 光谱比较表 光谱比较表 项目 种类 特征成因用途 连续 光谱 是连续分布的一切 频率的光组成的光 谱 炽热固体 液体 及高压气体发的 光直接产生的 发 射 光 谱 明线 光谱 是不相连续的若干 个频率的光形成的 光谱 稀薄气体直接发 出的光形成的光 谱 可鉴别和确定 元素 物质化 学成分 吸收光谱在连续光谱的背景 上出现若干条暗线 高温物体发出的 光通过低温气体 形成的光谱 同上 电磁波波谱对比表 种类 项目 无线电 波 红外线 可见光 紫外线 伦琴射 线 射线 在真空 中波长 范围 米 10 4 104 10 7 10 4 4 10 7 7 10 7 6 10 9 4 10 7 10 12 10 8 10 11以 下 产生机 理 LC振荡 电路中 自由电 子运动 原子外层电子受激发而产生 原子内 层电子 受激发 而产生 原子核 受到激 发 特征 热作用显 著 衍射较 显著 能引起视 觉 有显著的 化学作 用 生理 作用和荧 光效应 穿透本 领和荧 光效应 均很强 穿透能 力最强 3 光的粒子性的重点知识 1 光电效应现象 2 光电效应实验规律 四条 二 重点知识规律回顾 重要规律对比表 规律主要内容说明 1 光的直线传播定律光在均匀介质中 总是沿直线传 播的 在同一种介质中光线不一定直 线传播 2 光的反射定律 三线 共面 两线 对称 三线 为入射 反射与法线 第 5 页 共 7 页 两角 相等 入 反射线关于法线对称 反 射角等于入射角 3 平面镜成像规律像与物以镜面为对称 像与物大 小一样 恒为虚像 即 v u v 像距 u 物距 可 依据反射定律作图成像 4 光的折射定律 三线 共面 两线不共介质 两角 正弦成正比 sin sinin n 折射率 n c v i 是入射线与法线间的夹角 是折射线与法线间的夹角 c 是光在真空中的速度 v 是光在介质中的速度 5 全反射规律只有反射光线 没有折射光的现 象 光线由介质进入真空 sin sin An901 产生全反射的条件 1 光线 从光密介质射向光疏介质 2 入射角 临界角 iA sin An 1 6 光的色散规律复色光通过三棱镜分解为单色光 为偏折角 紫色光 12 偏折角最大 由于同一介质不同色光的传播 速度不同 则vv 红玻紫玻 sin sin ic v n 红红 红玻 0 sin sin ic v n 紫紫 紫玻 0 7 透镜成像规律 根据实验 111 uvf 作图及公式计算得出 u 物距 则 v 像距 由光路可逆性 若 fuf 则v u 2f 时 则 f v 2f 倒立缩小 实像 K 1 据光路可逆性 f uf K 1 倒立放大实像 u 2f v 2f K 1 倒立等大实 像 u1 正立放大vf 虚像 K v u 像长 物长 K 表示垂直于主轴方向的线度 放大率 说明 透镜成像规律计算不要求 3 光子 理论成功解释光电效应 4 光的波粒二象性 光子流不是一群遵从经典力学规律的粒子 光波也不是通常所理解的连续的波动 光 第 6 页 共 7 页 波强度代表那里出现的光子数 典型例题典型例题 例 1 如图所示 激光液面控制仪的原理是 固定的一束激光 AO 以入射角 i 照射到液面 上 反射光 OB 射到水平的光屏上 屏上用光电容将光讯号转变成电讯号 电讯号输入控制 系统用以控制液面高度 如果发现光点 B 在屏上向右移动了的距离到 由上可知液 sB 面 填 升高 或 降低 了 解 解 作出两次的反射光路图如下图所示 由几何图形可知 液面下降 又由几何关系 可得 液面下降的高度O MBBs 1 hsi tan2 答案 降低了 hsi tan2 i i O1 O2 h s s BB M 1 2 例 2 如图所示 两块同样的玻璃直角三棱镜 ABC 两者的 AC 面是平行放置的 在它们 之间是均匀的未知透明介质 一单色细光束 O 垂直于 AB 面入射 在图示的出射光线中 A 1 2 3 彼此平行 中的任一条都有可能 B 4 5 6 彼此平行 中的任一条都有可能 C 7 8 9 彼此平行 中的任一条都有可能 D 只能是 4 6 中的某一条 分析 分析 光线经 AC 面的折射情况由于未知透明介质的折射率的不确定性分为三种情况 1 透明介质折射率大于玻璃折射率 可能出射光线为图中第 6 条 2 透明介质折射 率等于玻璃折射率 入射光线不偏折 是第 5 条光线 3 透明介质折射率小于玻璃折射 率 可能射出光线为第 4 条光线 所以答案为 B 例 3 有一点光源置于透镜主轴上的 A 点经透镜成像于 B 点 将此点光源放在 B 点 经 第 7 页 共 7 页 透镜成像于 C 点 且 AB BC 如图所示 则 A 此透镜一定是凸透镜 B 此透镜可能是凹透镜 C 这两次成像都是虚像 D 透镜一定在 A 点的左侧 A B C 解析 解析 物点由时 像点由 因为 AB BC 说明物体移动速度小于像移AB BC 动速度 像移动速度大 应为放大的像 所以此透镜肯定是凸透镜 若是实像 物放在像 的位置时 由光路可逆性知 成的像应在原来物的位置 即物像位置互换 但此题并非如 此 所以只能是放大的虚像 透镜处于 A 的左侧 所以答案为 A C D 例 4 激光器是一个特殊的光源 它发出的光便是激光 红宝石激光器发射的激光是不 连续的一道一道的闪光 每道闪光称为一个光脉冲 现有一红宝石激光器 发射功率为 所发射的每个光脉冲持续的时间为 波长为 793 4 nm 问每101010 W