物理电子课文光学

电子·收到的信息中，有90％以上是通过眼睛得来的．2400电子·收到的信息中，有90％以上是通过眼睛得来的．2400468376)及其弟子们所著的《墨经》一书，就记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，可以说是世界上最早的光学著作．现在，光学已成为物理学的一个重要分支，并在实际中有广泛应用．光学既是物理学中一门古老的基础学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之电子课·光的直线研究某个光学问题时，如果光源很小，而它到我们的距离很大，这时可以把光源看做一个能发光的点，叫做点光源．在室内做手影游戏时，白炽灯泡可光具有能量，它可以使物体变热，使照相底片感光，使光电池供电．这时光能分别转化成内能、化学能、电能．光源发光要消耗其他形式的能，把其他形式的能转化成光能．电灯发光消耗电能，蜡烛发光消耗化学能，太阳发光消光的直线物质叫做光具有能量，它可以使物体变热，使照相底片感光，使光电池供电．这时光能分别转化成内能、化学能、电能．光源发光要消耗其他形式的能，把其他形式的能转化成光能．电灯发光消耗电能，蜡烛发光消耗化学能，太阳发光消光的直线物质叫做介质．在小学自然和初中物理中我们已经学过，光在一种均匀介质中是沿直线传播的．自然界的许多现象，如影、日食、月食、小孔成像等，都是由于光沿直线传播，因此可以沿光的传播方向作直线，并在直线上标出箭头，表示光的传播方向，这样的直线叫做光线．物理学中常常用光线表示光的束激光中都可以作出许多条光线，这些光线互相平行，所以叫做平行光线．做有人做过这样一个实验：一面大镜子前放一块肉，从镜子侧面的笼子里放出一只狐狸，狐狸见到肉就跑了过去，忽然它看见镜子里有另外一只狐狸也跑束激光中都可以作出许多条光线，这些光线互相平行，所以叫做平行光线．做有人做过这样一个实验：一面大镜子前放一块肉，从镜子侧面的笼子里放出一只狐狸，狐狸见到肉就跑了过去，忽然它看见镜子里有另外一只狐狸也跑是不需要时间的．直到17世纪，人们才认识到光是以有限的速度传播的．c＝299792458做一做请一位同学把铅笔倒立在桌面上，离你的眼睛大约一臂远．然后你用食指从侧面接触这支铅笔，相信你很容易把铅笔推倒．但是，如果挡上一只眼，你的食指还能准确地碰到铅笔吗(图18－4)？在你观看这支铅笔的时候，你的大脑根据“光沿直线传播”的规律指挥你的双眼，让两只眼球能够准确取向，使得从铅笔射入眼球的光可以到达视网膜的中心．大脑综合分析两个眼球的不同取向，就能得到物体远近的信息了，见图18－5．练习一(1)在纸做一做请一位同学把铅笔倒立在桌面上，离你的眼睛大约一臂远．然后你用食指从侧面接触这支铅笔，相信你很容易把铅笔推倒．但是，如果挡上一只眼，你的食指还能准确地碰到铅笔吗(图18－4)？在你观看这支铅笔的时候，你的大脑根据“光沿直线传播”的规律指挥你的双眼，让两只眼球能够准确取向，使得从铅笔射入眼球的光可以到达视网膜的中心．大脑综合分析两个眼球的不同取向，就能得到物体远近的信息了，见图18－5．练习一(1)在纸上画一个直径约1cm的圆，距它约5cm的位置画一S，代表点光源．从S向圆作两条切线，用量角器测量它们之间的夹角．再在距圆15cm处画出另一个点S′，从S′作圆的两条切线，测量它们之间的夹角．和上(2)在图18－6中，S是点光源，E是具有开口的屏．试S射出的两光线，并由此确定，眼睛在屏右方什么范围内能看到(3)边长为5cm的正方形(3)边长为5cm的正方形卡片，放在手电筒所用小灯泡前15cm的地方．卡片15cm．卡片在屏幕上的投影是什么形状的？面积是多大？你在解决这个问题时用到了哪些数学知识？用电子·光的反射和这种介质中的现象叫做光的反射；而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做光的折射．光的反射线．i是入射角，r是反射角．(1)(2)反射角等于入线．i是入射角，r是反射角．(1)(2)反射角等于入射角这就是我们在初中学过的光的反射定律由于反射角跟入射角总是相等的，所以如果使光线逆着原来的反射光线入射到两种介质的界面上，反射后会沿着原来的入射光线射出．这表明，在反射现象中光路是可逆的(图18－9)．光的射定在图18－10中，折射光和法线的夹角r叫做折射入射光线和法线的i叫做入射18－10)，结合斯涅耳的发现，光的折射定律可以(1)(2)入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常量，即在折现象中，光路也是可逆的在折现象中，光路也是可逆的这就是说18－10中，如果让光线逆折射率水、玻璃等各种介质都是这样．但是，对于不同介质，比值n的大小并不相1.33，从空气射入普通的窗玻璃时，1.5．n把它叫做介质的折射率．于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，即由于光在真空中的速度c大于光在任何介质中的速度v，从(2)式可以看出，任何介质的折射率n1．于是又从(1)式看出，光从真空射入介质时，总有sini＞sinr，即入射角大于折射角．【例题】 一束光从空气射入水中，入射角是40°，水中的光束和水面分析【例题】 一束光从空气射入水中，入射角是40°，水中的光束和水面分析和律求出折射角r由(1)已知入射角i=40°，又从表中查出水的折射率n＝1.33，sin练习二(1)晚上，在野外的地上放一个平面镜，从侧面用手电筒照射镜子(图18－(2)如图18－13，很细的一条光束(2)如图18－13，很细的一条光束AC入射在平MC点，试根据光的反射定律作出反射光线．保持入射光线不变，将平面C点顺时针转过(3)王的眼睛(图18－14)，想一想，小王能够通过镜子看到小张的眼睛判断的根据是什么？(6)光从空气射入一种玻璃，当入射角是60°时折射角正好是30°，求(7)真空中的光速是金刚石中的光速的多少倍？电子课·全反射不同介质的折射率不同全反射不同介质的折射率不同，我们把折射率小的介质叫做光密介质射入光疏介质时(例如由玻璃射入空气)，折射角大于入射角，如图18既然光由光密介质射入光疏介质时折射角大于入射角，由此可以预料，当90°，这时折射光几乎沿着平行于界面的方向传播．如果入射角再增大会出现什么情况呢？图18－16中的电直的边上，可以看到一部分光通过这条边折射到空气中，另一部分光反射回玻璃砖内．逐渐增大入射角，会看到折射光线离法线越来越远，而且亮度越来越射光线完全消失，只剩下反射光线．这种现象叫做全反．临界角的入射角，叫做全反射的临界，这时的折射角等的．下面我们计算折射率为n的介质在空气中发生全反射的临界角射到折射率为的．下面我们计算折射率为n的介质在空气中发生全反射的临界角射到折射率为18－18空气中会逆着原来的入射光线射出，这时ri(图18－18乙)．假设这时入射角恰好为临界角C，则空气中的折射角为90°(图18－18丙)，再考虑到sin90°=1，上式就可以写成42°，金刚石的临界角为24.5°．42°，金刚石的临界角为24.5°．18－19)常常代替平面镜用在光学家用平面镜为了保护反光用的金属镀层，把金属物质镀在镜子的背面．这样，前面玻璃和空气的界面所反射的光线会干扰金属镀层所成的像，所以光学仪器中的平面镜总把金属层镀在玻璃或其他平面材料的前面，但是这样就免不了发生锈蚀，降低反射能力．全反射棱镜没有这样的问题，反射效率很高，而光导光纤是光导纤维的简称，它是一种非常细的玻璃丝，直径只有几微米到一家用平面镜为了保护反光用的金属镀层，把金属物质镀在镜子的背面．这样，前面玻璃和空气的界面所反射的光线会干扰金属镀层所成的像，所以光学仪器中的平面镜总把金属层镀在玻璃或其他平面材料的前面，但是这样就免不了发生锈蚀，降低反射能力．全反射棱镜没有这样的问题，反射效率很高，而光导光纤是光导纤维的简称，它是一种非常细的玻璃丝，直径只有几微米到一大，因此光在内芯中传播时会在内芯和外套的界面上发生全反射．光波实际上也是一种电磁波，它像无线电波那样也能用来传递信息．载有话音、图像及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿光纤传到千里以外的另一端，把一束玻璃纤维的两端按相同规律排列，具有不同亮暗和色彩的图像就能胃、肠、气管等内脏的内部．实际的内窥镜装有两组光纤，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察(图18－24)．做一做把小灯泡装在试管里密封起来，下面系个铁块，然后放进大塑料瓶中．塑2做一做把小灯泡装在试管里密封起来，下面系个铁块，然后放进大塑料瓶中．塑2mm18－25)．用纸把塑料瓶包好，除了开孔处外，不使里面的光透出来．瓶中灌水，水从孔中流出，同时点亮灯泡，练习三(1)光疏介质中的光速大还是光密介质中的光速大？(2)光从下列几种物质射向空气，全反射临界角的大小关系是A．金刚石＞玻璃＞水．BC练习三(1)光疏介质中的光速大还是光密介质中的光速大？(2)光从下列几种物质射向空气，全反射临界角的大小关系是A．金刚石＞玻璃＞水．BCD．水＞玻璃＞金刚石．水中，光线在水中的折射角最大可能是多少？(5)图18－26中的S是一个水下发生全反射的临界角是48.7°．电子课·光的常用的棱镜是横截面为三角形的三棱镜，简称棱镜．上节学过的全18－27光的光的光谱10)．这个现象说明了两个问题：第一，白光实际上是由各种单色光一般说来，做一做一般说来，做一做如图火石玻璃的光学玻璃，它对红光、绿光和紫光的折射率分别为1.64、1.65和一边颜色发蓝，一边颜色发红．实际观察光谱的仪器叫做分光镜，如图18－29．它和图18－28的主要区别是在“望远镜”T中有一组透镜，能够把先谱“拉”成长长的带子，便于从目镜E观察，也可以在E端安装照相机进行摄影．平行光管S的作用是产生一条很窄的高亮度光束．管C则能在目镜中生成练习四(1)在图18－31中单色平行练习四(1)在图18－31中单色平行光束从左方射入每个方框．每个方框内放入什本章(1)哪些事实说明光是沿直线传播的？(2)光路的可逆性指的是什么？哪些事实说明光路是可逆的？本章研究光(3)光的反射定律的内容是什么？(4)光的折射定律的内容是什么？怎样用公式表示它？本章(1)如图18－33，写着数字的三块玻璃板悬挂在空中，眼睛通过镜子能看到(2)如图18－34，两个平面镜互相垂直放置，一条光线AB经两个镜面反射后，沿CD射出．试证明不论光线AB以多大的入射角射入，CD都跟AB平行．置(图18－35)．(3)光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气，图18－36是几点是半圆形玻璃砖的圆心．指出哪些(3)光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气，图18－36是几点是半圆形玻璃砖的圆心．指出哪些情况是可能发生的，哪些情况是不可能发生的(5)如果可以近似地认为空气中的光速等于真空中的光速，那么空气的折射(6)到的鱼，却总是叉不到鱼(图18－37)．有经验的渔民都知道，叉鱼鱼的下方才能叉到．试在复习初中知识后画图说明其中的道理．(7)上题如果不用鱼叉而改用激光束捕鱼，应该把激光束瞄准哪里？为(10)小明参加了一个旅游项目：戴着呼吸器去潜水．上岸后他说，在水下以40°的仰角向上看时(图18－39)，看不到天空，反而能够看到水底的石块和水草．为什么？画图说明．*(11)在初中物理中已经学过，凸透镜对光线的会聚是由于透镜玻璃对光线的折射而产生的．如果先后用黄光和绿光测量同一个凸透镜(中学实验用)的焦距，哪一次测量的结果较大？为什么？在中学物理实验中为什么不必考虑这种练习和习题练习一(1)在纸上画一个直练习一(1)在纸上画一个直径约1cm的圆，距它约5cm的位置画一S，代表点光源．从S向圆作两条切线，用量角器测量它们之间的夹角．再在距圆15cm处画出另一个点S′，从S′作圆的两条切线，测量它们之间的夹角．和上光线，并由此确定，眼睛在屏右方什么范围内能看到S．35cm15cm15cm．卡片在屏幕上的投影是什么形状的？面积是多大？你在解决这个问题时用到了哪些数学知识？用到了哪些物理知识？练习二(1)晚上，在野练习二(1)晚上，在野外的地上放一个平面镜，从侧面用手电筒照射镜18－4)，为什么镜子看起来是黑的？在什么位置才能看到光亮？如果把镜子换成一18－5．人眼在E(2)如图18－6，很细的一条光束AC入射在平MC点，试根据光的反射定律作出反射光线．保持入射光线不变，将平面C点顺时针转过5°，解：平面镜转过解：平面镜转过王的眼睛(图18－7)，想一想，小王能够通过镜子看到小张的眼睛吗？你作出(7)真空中的光速是金刚石中的光速的多少倍？的2.42倍．练习三(1)光疏介质中的光速大还是光密介质中的光速大？答：光疏介质中的光速大．我们分别以v疏、v(7)真空中的光速是金刚石中的光速的多少倍？的2.42倍．练习三(1)光疏介质中的光速大还是光密介质中的光速大？答：光疏介质中的光速大．我们分别以v疏、v密中的光速，分别以n疏、n密(2)光从下列几种物质射向空气，全反射临界角的大小关系是[]A．金刚石＞玻璃＞水；BCD．水＞玻璃＞金刚石．(3)光从水晶射向空气时发生全反射的临界角是多大？[]A．金刚石＞玻璃＞水；BCD．水＞玻璃＞金刚石．(3)光从水晶射向空气时发生全反射的临界角是多大？根据光路可逆的道理，如果光从水晶射入空气，上式中的rii=90rC：(4)光从空气射入水中，光在水中的折射角最大可能是多少？(5)18－8中的S(5)18－8中的S是一个水下的点光源．画出图中各条光线的反射光线和折射光线．已知光从水射向空气时发生全反射的临界角是48.7°．练习四(1)在图18－9中单色平行光束从左方射入每个方框．每个方框内放入什么光学元件(平面镜、透镜、棱镜……)才能产生图中的效果？出射光束的单箭头和答：只有甲图正确．介质对于较短波长的光的折射率较大，而图乙红光更偏向棱镜底边，所以不对．图丙中紫光在通过棱镜第二个面时没有发生折射，答：只有甲图正确．介质对于较短波长的光的折射率较大，而图乙红光更偏向