几何光学物理光学知识点

关于几何光学物理光学知识点第一页，共六十九页，2022年，8月28日一、光的直线传播：1.光的直线传播-----

光在同一种均匀介质中沿直线传播。本影和半影，日食和月食2、光的直线传播的现象（1）小孔成像.（2）影定义：在物体的后面光线照不到的区域.第二页，共六十九页，2022年，8月28日影的分类本影半影光线完全照不到的区域.在此区域看不到光源.只有部分光源能照到的区域，在此区域只能看到光源的一部分（应用）日食、月食.

注意：①不可能出现月环食；这是由日、地、月三者间的距离所决定的；②月亮全部在地球半影区时不会形成月食。第三页，共六十九页，2022年，8月28日例1：当地球运行到太阳与月亮之间时就会发生月食,图给出了地球挡住太阳的影区.当月球部分进入_____影区时发生月偏食.当月球全部进入_____影区时,就会发生月全食.BAA太阳地球BB第四页，共六十九页，2022年，8月28日

例2：当月球运行到太阳和地球之间适当位置时，就会出现日食（如下图）．在A、B处的人们看到的是日____食，A处看到的是______图形象，B处看到的是____图形象；在C处的人们看到的是____食，看到的是____图形象．若这时在高空经过D处，看到的则是日___食，看到的是___图形象．偏ⅢⅠ环Ⅱ全Ⅳ第五页，共六十九页，2022年，8月28日例3.如图所示，在高为3.2m处有一点光源S，在紧靠着光源S处有一小球A以初速υ0作平抛运动。若在落地点预先放置一竖直屏幕，不计空气阻力，小球A在屏幕上的影子P作什么运动?v0SPXABCDyx第六页，共六十九页，2022年，8月28日二.光的反射定律反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居于法线两侧，反射角等于入射角。注意：a.在光的反射现象中，光路是可逆的，b.不论镜面反射还是漫反射都遵循反射定律第七页，共六十九页，2022年，8月28日三．平面镜对光线的控制作用只改变光束的传播方向，不改变光束的散聚性质．一个平面镜对光线的控制作用．（1）平面镜对光线有反射作用，反射光与入射光遵循反射定律．（2）一束平行光的情况：入射光方向不变，平面镜转动α角，反射光转动2α角．（3）一束发散光的情况：经平面镜反射后，仍是发散光，且发散程度不变．第八页，共六十九页，2022年，8月28日平面镜的成像特点平面镜成像的作图法：平面镜成等大、正立的虚像，像与物关于镜面对称．

第九页，共六十九页，2022年，8月28日1、如图所示,a、b、c三条光线能交于一点S,形成会聚光束.今在S点前任置一块与3条光线所在平面垂直的平面镜,将3条线截住,那么()(A)3条光线的反射光可能交于一点、也可能不交于一点(B)3条反射光线一定不交于一点(C)3条反射光线一定交于镜前一点(D)3条反射光线的延长线交于镜后一点cabSS′C第十页，共六十九页，2022年，8月28日2、一个光源从地面上沿竖直方向将一细束平行光向上投射到一片和光线垂直的平面上．平面镜与地面的距离为30m，如果把平面镜绕水平轴且通过入射点的轴线转过15°角，则地面上将在距离光源____m处得一光斑。ABO17.3第十一页，共六十九页，2022年，8月28日

两平面镜互成直角,入射光线AB经过两次反射后,反射光线为CD,今以平面镜的交线为轴,将镜转动10°,两平面镜仍保持直角,在入射光线保持不变的情况下,经过两次反射后,反射光线为C′D′,则C′D′与CD()A.不相交,同向平行B.不相交,反向平行C.相交成20°角D.相交成40°角ABC

DA′B′C′D′A第十二页，共六十九页，2022年，8月28日

例6：在图中，BC为一障物，BC正上方有一平面镜M，画出观察者眼睛在A点通过平面镜M能看到BC右边地面上哪部分的像。·ACBM解：先作眼睛A的像A′，A′连接A′B交地面于D，交M于D′，连接D′A。DD′连接AB延长交M于E′，E′连接A′E′延长交地面于E，EDE即为所求。（注意箭头）第十三页，共六十九页，2022年，8月28日17．图中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节。甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图所示。二人略错开，以便甲能看到乙的像。以l表示镜的长度，h表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l的最小值为（）

C． D．hA． B．04年全国理综17h甲乙lM解：画出光路图，由相似三角形关系得l=h/3A第十四页，共六十九页，2022年，8月28日1．光的折射定律：（1）折射光线在入射光线和法线所在的平面上，折射光线和入射光线分居在法线的两侧，（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数2.折射率：（1）光从真空射入某种介质时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比在光的折射现象中，光路也是可逆的。一.光的折射（2）折射率等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，n=c/v．第十五页，共六十九页，2022年，8月28日98年高考．如图所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d．当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B．当桶内油的深度等于桶高一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距d/4。由此可得油的折射率n＝

；光在油中传播的速度v=

．（结果可用根式表示）irABCO解：由几何关系得：BO=CO=n=sini/sinr=／

2Sini=Sinr=第十六页，共六十九页，2022年，8月28日4.光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移。侧向位移的大小跟平行玻璃砖的厚度及入射角、折射率有关。δird1

2第十七页，共六十九页，2022年，8月28日

如右图所示,有一个长方形容器,高为30厘米,宽为40厘米,在容器的底部平放着一把长40厘米的刻度尺.眼睛在OA延长线上的E点观察,视线沿着EA斜向下看恰能看到尺的左端零刻度.现保持眼睛的位置不变,向容器内倒入某种液体且满至容器口,这时眼睛仍沿EA方向观察,恰能看到尺上20厘米的刻度,则此种液体的折射率为

.30cm20AOE40cmiγ1.441996年上海高考.第十八页，共六十九页，2022年，8月28日

．如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为，入射角为45°（相应的折射角为24°），现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示，则（）

A．光束1转过15° B．光束1转过30° C．光束2转过的角度小于15° D．光束2转过的角度大于15°BC03年江苏高考845°入射光15°O12第十九页，共六十九页，2022年，8月28日二．全反射问题当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象.（1）光从光密介质射向光疏介质,当折射角变为90°时的入射角叫临界角；（2）光从折射率为n的介质射向真空时

临界角的计算公式:产生全反射的条件：（1）光必须从光密介质射向光疏介质；（2）入射角必须等于或大于临界角．全反射临界角：第二十页，共六十九页，2022年，8月28日1997年高考光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是（）(A)光从玻璃射到分界面上,入射角足够小(B)光从玻璃射到分界面上,入射角足够大(C)光从空气射到分界面上,入射角足够小(D)光从空气射到分界面上,入射角足够大

B第二十一页，共六十九页，2022年，8月28日91年高考.一束光从空气射向折射率n=的某种玻璃的表面,如图所示.i

代表入射角,则（）(A)当i>45°时会发生全反射现象(B)无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°(C)欲使折射角r=30°,应以i=45°的角度入射(D)当入射角时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直BCDi空气玻璃n=NO第二十二页，共六十九页，2022年，8月28日偏折角度θ跟棱镜材料的折射率有关，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度θ还跟入射角的大小有关系.三.通过棱镜的光线

（2）白光通过三棱镜后产生色散现象，（3）全反射棱镜是横截面成等腰直角三角形的三棱镜。（1）光线通过三棱镜两次向底面偏折，通过三棱镜所成的像向顶角偏移，第二十三页，共六十九页，2022年，8月28日四.光的色散

一束白光经过棱镜后会发生色散，在光屏上形成一条彩色的光带，这条彩色的光带叫做光谱.光谱中红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、蓝、靛等色光.这表明各种色光通过棱镜后的偏折角度不同.红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大.

不同色光通过棱镜后的偏折角度不同，表明棱镜材料对不同色光的折射率不同.红光的偏折角度小，表明棱镜材料对红光的折射率小；紫光的偏折角度大，表明棱镜材料对紫光的折射率大.第二十四页，共六十九页，2022年，8月28日白光通过三棱镜，要发生色散，红光偏折角最小，紫光偏折角最大．偏折角从小到大的顺序是：红、橙、黄、绿、蓝、紫．结论——

从红到紫的方向有：（1）同一介质对不同色光的折射率逐渐增大．（2）在同一介质中不同色光的传播速度逐渐减小．（3）光的频率逐渐增大．（4）在真空中的波长逐渐减小．（5）光子的能量逐渐增大．第二十五页，共六十九页，2022年，8月28日如图示：红光和紫光沿同一方向射向玻璃半球的球心，经折射后从球面射出，若红光在玻璃中传播时间为t红，紫光在玻璃中传播时间为t紫，则a是

光，t红

t紫（填＞、＜或=）ba解：白光通过三棱镜，发生色散，红光偏折角最小，紫光偏折角最大．所以a是红光。

t=r/v=rn/c红光的折射率小，t小。红＜第二十六页，共六十九页，2022年，8月28日1999年高考一束单色光，在真空中波长为6.00×10-7m，射入折射率为1.50的玻璃中．它在此玻璃中的波长是

m，频率是

Hz．（真空中光速是3.00×108m／s）4.00×10-75.00×1014解:光从一种介质传播到另一种介质时,频率保持不变,波速和波长发生改变.f=c/λ=5.00×1014Hzλ′=v/f=c/nf=λ/n=4.00×10-7m第二十七页，共六十九页，2022年，8月28日例5.

如图所示，OO′是半圆柱形对称面与纸面的交线．在图内有两束与OO′平行且距OO′距离相等的单色光A和B，从玻璃砖射出后相交于OO′的下方的P点．由此可以得出的结论是 []A．A光在玻璃砖中的速度比B光在玻璃砖中的速度小B．玻璃砖对A光的折射率比对B光的折射率小C．在空气中，A光的波长比B光的波长短D．B光光子的能量比A光光子的能量小ACDO′OPBA第二十八页，共六十九页，2022年，8月28日如图，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为φ，一细光束以入射角θ从P点射入，θ＞

φ，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后， （）A．传播方向相对于入射光方向向左偏转φ角B．传播方向相对于入射光方向向右偏转φ角C．红光在蓝光的左边D．红光在蓝光的右边

03年江苏高考10

ab左右φPθ分析见下页下一页第二十九页，共六十九页，2022年，8月28日ab解析：光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移，所以从a板射出的光线，传播方向与a板入射的光线平行，通过b板射出的光线与b板入射的光线平行，所以答案A、B都错。同时，由于玻璃对红光的折射率小于蓝光的折射率，所以，通过a板后，红光的折射角大，红光的侧向位移大，应选D答案。上一页第三十页，共六十九页，2022年，8月28日04年浙江21

发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图。现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示紫光成的像的长度，则（）

A．l1<l2<l0 B．l1>l2>l0

C．l2>l1>l0 D．l2<l1<l0

ab水点拨：物体在液体中的视深h′=h/n（见例1）紫光的折射率最大，所以h′最小。D第三十一页，共六十九页，2022年，8月28日光的本性部分波动性粒子性光的干涉双缝干涉薄膜干涉光的衍射光的电磁说光电效应光子说光的波粒二象性第三十二页，共六十九页，2022年，8月28日第一部分光的波动性光的波动说惠更斯一、光的干涉两列相干光波相叠加，某些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，且加强区与减弱区互相间隔的现象叫光的干涉现象.

产生干涉现象的条件之一:是两列光必须是频率相同的相干光源.第三十三页，共六十九页，2022年，8月28日双缝干涉第三十四页，共六十九页，2022年，8月28日1、双缝干涉：

由同一光源发出的光经过两个细缝后形成两列光波叠加时会产生干涉。

当这两列光波到达某点的路程差等于光的波长的整数倍时，该处的光相加强，出现亮条纹；当这两列光波到达某点的路程差等于光的半波长的奇数倍时，该处的光相减弱，出现暗条纹；相邻两条干涉条纹的间距即条纹间距与波长成正比第三十五页，共六十九页，2022年，8月28日2、薄膜干涉：由薄膜前后表面反射的的两列光波叠加而成。例如肥皂泡及水面上的油膜呈现的彩色花纹。

劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹。增透膜的厚度应该是光在薄膜中波长的1/4。返回第三十六页，共六十九页，2022年，8月28日薄膜干涉第三十七页，共六十九页，2022年，8月28日光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物后面的现象。产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸能和波长相比或比波长小。双缝干涉图样与单缝衍射图样的区别：干涉条纹是等间距排列的条纹，衍射图样是不等间距、中间亮纹最亮，而两边条纹逐渐变窄变暗的不均匀条纹.光的干涉和光的衍射说明光是一种波。二、光的衍射第三十八页，共六十九页，2022年，8月28日光的干涉条纹和衍射条纹的比较第三十九页，共六十九页，2022年，8月28日a.光的电磁说————光在本质上是一种电磁波.b.电磁波谱——电磁波按波长由大到小的排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线c.电磁波的产生机理——无线电波由振荡电路产生红外线、可见光、紫外线由原子的外层电子受激后产生X射线由原子的内层电子受到激发后产生γ射线由原子核受到激发后产生。三、光的电磁说和电磁波谱第四十页，共六十九页，2022年，8月28日

双缝干涉现象中(用单色光照射),下列说法中正确的是（）A.波峰与波峰叠加或波谷与波谷叠加,都产生亮条纹;B.波峰与波峰叠加出现亮条纹,波谷与波谷叠加出现暗条纹;C.在屏上某处离两相干光源路程差是半波长偶数倍时出现暗条纹;D.在屏上某处离两相干光源路程差是半波长奇数倍时出现暗条纹AD1、第四十一页，共六十九页，2022年，8月28日2、用单色光照射肥皂薄膜（）A.看到的干涉图样是明暗相间的条纹;B.从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发生干涉,形成干涉图样。C.一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别反射出来,形成两列波,这两列波频率相同,所以可以产生干涉;D.若改用白光照射则看不到干涉条纹。A、C第四十二页，共六十九页，2022年，8月28日3、下列现象属于光的干涉的有:（）A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹;B.雨后天空中呈现的彩虹C.通过卡尺狭缝看远处的日光灯呈现的彩色花纹

D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。A、D第四十三页，共六十九页，2022年，8月28日4、下列对增透膜的叙述中正确的是（）A.摄影机镜头涂一层增透膜后,可减少玻璃对光的吸收B.增透膜是为了增加光的透射,减少光的反射C.增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的1/4D.增透膜的厚度应为入射光在真空中长波的1/4B、C第四十四页，共六十九页，2022年，8月28日5、对光的技术所依赖的光学原理,下列叙述中正确是（）A.光导纤维应用的是光的全反射现象;

B.镜头表面的增透膜应用的是光的衍射现象;C.用空气劈检查平面的质量应用光的干涉现象;D.分光镜利用了光的色散现象。A、C、D第四十五页，共六十九页，2022年，8月28日6、用单色光做双缝干涉实验，下述说法中正确的是

(

)A．相邻干涉条纹之间的距离相等B．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距96年上海高考题A第四十六页，共六十九页，2022年，8月28日A.变疏B.变密C.不变D.消失两张纸片图1（俯视图）图27.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图2所示。干涉条纹有如下特点：⑴任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；⑵任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()03年上海高考8A第四十七页，共六十九页，2022年，8月28日

例8、把一个具有球面的平凸透镜平放在平行透明玻璃板上(如图)。现用单色光垂直于平面照射,在装置的上方向下观察,可以看到干涉条纹,那么关于两束干涉光及干涉条纹的说法正确的是()

A.两束干涉光是a、b面反射形成的

B.干涉条纹是中央疏边缘密的同心圆

C.两束干涉光是b、c面反射形成的

D.干涉条纹中是中央密边缘疏的同心圆bacdBC第四十八页，共六十九页，2022年，8月28日第二部分光的粒子性一、光电效应1.光电效应：物体在光的照射下释放出电子的现象叫光电效应.在光电效应中物体释放出的电子叫光电子.光电子定向移动形成的电流叫光电流.2.光电效应的规律.第四十九页，共六十九页，2022年，8月28日光电效应规律1.每种金属都有发生光电效应的极限频率2.光电效应的产生几乎是瞬时的3.光电子的最大初动能Ekm和入射光强度无关,

只随入射光频率γ的增大而增大4.单位时间打出的光电子与入射光强度成正比第五十页，共六十九页，2022年，8月28日1.光子说：空间传播的光不是连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子，每个光子的能量E=h0(其中h=6.63×10-34J·s，称做普朗克常量).

爱因斯坦就是因为提出了光子说及对光电效应的研究而获得诺贝尔物理学奖的.二、光子说第五十一页，共六十九页，2022年，8月28日四.爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程的图象Ekαν0-Wν0爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在光电效应现象中的表现形式逸出功和极限频率的关系极限波长和极限频率的关系由v=λf得第五十二页，共六十九页，2022年，8月28日五、光的波粒二象性光的干涉和衍射表明光确实是一种波，光电效应和康普顿效应无可辩驳地证明了光是一种粒子，因此说：光是一种波，同时光也是一种粒子，光具有波粒二象性•单个光子表现为粒子性•大量光子的运动表现为波动性•波长较长、频率较低的光，波动性较显著•波长较短、频率较高的光，粒子性较显著•光是一种概率波•一切微观粒子都有波粒二象性第五十三页，共六十九页，2022年，8月28日例在研究光电效应的实验中，根据测得的数据绘出光电子最大初动能Ek跟照射光频率ν的关系图象如图所示.图线的斜率tgα＝

，横轴上的截距表示该金属发生光电效应的

，纵轴上的截距的绝对值表示该金属的

的大小.若换用其他金属做同样的实验，测绘得到的图线与此图的图线相比较

相同，

不同.h极限频率逸出功斜率纵横截距Ekαν0第五十四页，共六十九页，2022年，8月28日9、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连．用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，这时()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电B95年全国高考第五十五页，共六十九页，2022年，8月28日96年上海高考

1.当某种单色光照射到金属表面时，金属表面有光电子逸出．如果光的强度减弱，频率不变，则()A．光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子逸出B．单位时间内逸出的光电子数减少C．逸出光电子的最大初动能减小D．单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动能都要减小B2.红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是()A．红光B．橙光C．黄光D．绿光A96年全国高考题第五十六页，共六十九页，2022年，8月28日98年全国高考题10、一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a，b，c上，如图所示．已知金属板b有光电子放出，则可知()A．板a一定不放出光电子B．板a一定放出光电子C．板c一定不放出光电子D．板c一定放出光电子acbD第五十七页，共六十九页，2022年，8月28日2．用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（）A．光电子的最大初动能不变B．光电子的最大初动能减少C．单位时间内产生的光电子数减少 D．可能不发生光电效应AC03年江苏高考2第五十八页，共六十九页，2022年，8月28日2004年广东高考6分别用波长为λ和的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1:2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为 （）

A． B．

C． D．B第五十九页，共六十九页，2022年，8月28日

6．图为X射线管的结构示意图，E为灯丝电源，要使射管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压，()

（A）高压高源正极应接在P点，X射线从K极发出

（B）高压电源正极应接在P点，X射线从A极发出

（C）高压电源正极应接在Q点，X射线从K极发出

（D）高压电源正极应接在Q点，X射线从A极发出D2000年高考试题第六十页，共六十九页，2022年，8月28日例光电效应的规律是：(1)任何一种金属都有一个________频率,入射光的频率必须________这个频率,才能产生光电效应;(2)光电子的最大初动能与

无关,只随着

的增大而增大;(3)入射光照射到金属上时,光电子的发射几乎是________,一般不超过________;(4)产生光电效应时,光电流的强度与

成正比.极限大于入射光的强度入射光频率瞬时的10-9秒入射光的强度第六十一页，共六十九页，2022年，8月28日

P137/例3、从太阳到达地球的光流强度，在垂直于光的传播方向上是1.4×103W/m2，如果把太阳光看成是平均频率为5×1014Hz的单色光，在垂直于太阳光的地球表面的1cm2的面积上，每秒接收到的光子数有多少个？解：每秒钟太阳光照到地球上1cm2的能量为E=1.4×103×1×10-4=0.14J每个光子的能量为E1=hγ=6.63×10-34×5×1014

=3.3×10-19J∴n=E/E1=0.14/3.3×10-19=4.2×1017个第六十二页，共六十九页，2022年，8月28日

例4、有一小灯泡的规格为“6V、0.3A”，正常工作时大约有6%的电能转变为可见光，试估算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。解：一秒钟消耗电能W=Pt=UIt=1.8J一秒钟转变成的可见光能E=0.06×1.8=0.108J每个光子的能量为E1=hγE=nhγ可见光的频率粗略取γ=5×1014Hzn=E/hγ

=0.108/(6.63×10–34×5×1014)

=3×1017第六十三页，共六十九页，2022年，8月28日

例6、某金属用频率为v2

的光照射时产生的光电子的最大初动能是用频率为v1的光照射产生的光电子的最大初动能的2倍，则这种金属的逸出功W＝______