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1、初中光学实验初中光学实验 第1页，共68页，编辑于2022年，星期五本讲座的光学实验均以几何光学为理论基础本讲座的光学实验均以几何光学为理论基础几何光学的三个基本定律：几何光学的三个基本定律：光的直线传播定律光的直线传播定律光的反射定律光的反射定律光的折射定律光的折射定律第2页，共68页，编辑于2022年，星期五光的直线传播光在同一种光在同一种均匀物质均匀物质里沿直线方向传播里沿直线方向传播。第3页，共68页，编辑于2022年，星期五光的直线传播光的直线传播的一个例证：光的直线传播的一个例证：针孔照相机针孔照相机小孔成像的特点是:小孔成像是光的直线传播所形成的有趣现象。小孔所成的像是实际光束形
2、成，可以使照相底片感光。小孔成像时，像的形状与物相似，与孔的形状无关。小孔减小时，像变得清晰，但亮度减小。第4页，共68页，编辑于2022年，星期五光的直线传播光的直线传播的一个例证：光的直线传播的一个例证：针孔照相机针孔照相机有关小孔成像的下列说法中,正确的是:A.小孔所成的像可以是彩色的.B.像的清晰度跟小孔的大小无关.C.将照相底片放在光屏处可以拍摄到像.D.成像用的小孔必须是圆形的.答案:A,C第5页，共68页，编辑于2022年，星期五光的直线传播光的直线传播的一个实验：光的直线传播的一个实验：小孔成像小孔成像第6页，共68页，编辑于2022年，星期五光的直线传播光的直线传播的另一个例
3、证：日食与月食光的直线传播的另一个例证：日食与月食 从光源发出的光,照射到不透明的物体上时,会在物体后面形成一个光线照射不到的黑暗区域,这就是物体的“影”点光源障碍物影第7页，共68页，编辑于2022年，星期五光的直线传播光的直线传播的另一个例证：日食与月食光的直线传播的另一个例证：日食与月食 障碍物受扩展光源照射时，在屏上形成本影和半影.扩展光源障碍物第8页，共68页，编辑于2022年，星期五光的直线传播光的直线传播的另一个例证：日食光的直线传播的另一个例证：日食日全食日偏食第9页，共68页，编辑于2022年，星期五光的直线传播光的直线传播的另一个例证：月食光的直线传播的另一个例证：月食月全
4、食月偏食 当月球整个都进入本影时，就会发生月全食；但如果只是一部份进入本影时，则只会发生月偏食。月全食和月偏食都是本影月食。有时月球只进入半影，这就称为半影月食。在半影月食发生期间，月亮将略为转暗，但它边缘并不会被地球的影子所阻挡。第10页，共68页，编辑于2022年，星期五 人是怎样观察到光线的直线传播人是怎样观察到光线的直线传播 只有当光束进入人眼时，方能引起视觉效应，人眼所能看到的只有当光束进入人眼时，方能引起视觉效应，人眼所能看到的只是只是光束的顶点光束的顶点，而不是光线的本身。，而不是光线的本身。PPPPP光的直线传播第11页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射反射定律：反射
5、角等于入射角。反射定律：反射角等于入射角。入射角反射角第12页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射平面镜成像特点平面镜成像特点 物体在平面镜里物体在平面镜里成的是正立的虚像，成的是正立的虚像，像和物体大小相等像和物体大小相等,像像和物体以镜面为对称。和物体以镜面为对称。第13页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射利用作图法求平面镜成像的位置利用作图法求平面镜成像的位置SOS第14页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射利用作图法求入射光线与反射光线的路径利用作图法求入射光线与反射光线的路径SS第15页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射 为了在镜看见自己的全身像，
6、镜子至少应当有多高？为了在镜看见自己的全身像，镜子至少应当有多高？Hh第16页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射 平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？A第17页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射 平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？B第18页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射 平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？C第19页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射画出通过该平面镜所能看到物的范围。画出通过该平面镜所能看到物的范围。第
7、20页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射 地面有一不透明物体，眼睛在地面有一不透明物体，眼睛在0点，通过天花板上的平点，通过天花板上的平面镜，人眼能看到的右侧地面最大的范围。面镜，人眼能看到的右侧地面最大的范围。0FE第21页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射平面镜的反射平面镜的反射 第22页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射潜望镜潜望镜第23页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射微小长度变化的测微小长度变化的测-光杠杆工作原理光杠杆工作原理 第24页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射微小长度变化的测微小长度变化的测-光杠杆工作原理光杠杆工作原理
8、 第25页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射平面镜的反射 光线沿光线沿SO方向投射到一片方向投射到一片和它垂直的平面镜上，一定逆着和它垂直的平面镜上，一定逆着SO;方向反射回来方向反射回来若平面镜转动若平面镜转动 角，则光线沿角，则光线沿 OA,方向反射方向反射 SOA。=2 ShAO第26页，共68页，编辑于2022年，星期五微小长度变化的测量微小长度变化的测量-光杠杆工作原理光杠杆工作原理 光的反射第27页，共68页，编辑于2022年，星期五关于线段的比例关于线段的比例:光的反射第28页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射多面平面镜的反射多面平面镜的反射 根据光的反射定律
9、，可以证明光线经过夹角为90的两个平面镜的反射后，出射的光线与入射的光线之间的夹角为180。即出射光线与入射光线平行但方向相反.第29页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射多面平面镜的反射多面平面镜的反射 把三面平面镜相互垂直地组装在一起，就像箱子的一个角那样，这个装置称之为角反射器。1969年7月，阿波罗11号的宇宙航行员第一次登上了月球，在上边放置了一台重30千克的“角反射器列阵”，它由100个石英制的角反射器组成，排列成10行，每行10个。角反射器刚放好，各国立即向它发射激光。宇航员还没有离开月球，科学家就捕获到了反射光。根据激光来回的时间和光速，就可以测得月亮与地球的距离。目前
10、测月的误差已经减少到15厘米了。图4-2-4第30页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射多面平面镜的成像特点多面平面镜的成像特点 两块两块90放置的平面镜，放置的平面镜，能成多少个像？能成多少个像？第31页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射多面平面镜的成像特点多面平面镜的成像特点第32页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射多面平面镜的成像特点多面平面镜的成像特点第33页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射多面平面镜的成像特点 推广至一般：两个平面镜相互之间推广至一般：两个平面镜相互之间夹角为夹角为，平面镜所成像的数目为，平面镜所成像的数目为n-1个，个，n由下
11、式求得：由下式求得：（360/）=n+x,x为小于为小于1的数的数 当当=90 时，可得时，可得3个像。个像。思考题：思考题：当当=60 时，可得几个像？时，可得几个像？第34页，共68页，编辑于2022年，星期五光的反射多面平面镜的成像特点 将两面镜子竖立在桌面上,用这两面镜子来照一下自己。你会看到：两面镜子各照出你半个面孔，两面镜子的中线恰好在整个面孔的中间，再用右手摸一下右耳，啊！真奇怪，在镜子里你竟看到自己正在摸左耳呢！第35页，共68页，编辑于2022年，星期五光的折射和固体折射率的测定折射现象及其规律折射现象及其规律 光从一种物质进入另一种物质，它的传播方向通常会光从一种物质进入另
12、一种物质，它的传播方向通常会改变，这种现象叫做光的折射。改变，这种现象叫做光的折射。第36页，共68页，编辑于2022年，星期五折射现象及其规律折射现象及其规律折射定律折射定律 nsini=nsini 其中，其中，i:入射角入射角,i:折射折射角角光的折射和固体折射率的测定iinn 光从空气斜射入水或玻璃等透明物质，折射角小于入射光从空气斜射入水或玻璃等透明物质，折射角小于入射角；角；光从水或玻璃等透明物质斜射入空气，折射角大于入射光从水或玻璃等透明物质斜射入空气，折射角大于入射角。角。iinnn大于nn大于n空气水第37页，共68页，编辑于2022年，星期五P1P2iiQ1Q2光的折射和固体
13、折射率的测定用插针法测定玻璃砖的折射率用插针法测定玻璃砖的折射率 用量角器分别测出用量角器分别测出i和和i，并依照折射定律计并依照折射定律计算算玻璃砖的折射率玻璃砖的折射率第38页，共68页，编辑于2022年，星期五光的折射和固体折射率的测定用插针法测定玻璃砖的折射率用插针法测定玻璃砖的折射率第39页，共68页，编辑于2022年，星期五光的折射和固体折射率的测定用插针法测定玻璃砖的折射率用插针法测定玻璃砖的折射率第40页，共68页，编辑于2022年，星期五iiP1P2Q1Q2ACB光的折射和固体折射率的测定用插针法测定玻璃砖的折射率用插针法测定玻璃砖的折射率O第41页，共68页，编辑于2022
14、年，星期五光的折射和固体折射率的测定用激光测定玻璃砖的折射率用激光测定玻璃砖的折射率第42页，共68页，编辑于2022年，星期五光的折射和固体折射率的测定用激光测定玻璃砖的折射率用激光测定玻璃砖的折射率第43页，共68页，编辑于2022年，星期五OP2ii光的折射和固体折射率的测定 用针尖定出入射点与出射点在纸上的投影位置，用针尖定出入射点与出射点在纸上的投影位置，用量角器分别测出用量角器分别测出i和和i，并依照折射定律计算并依照折射定律计算玻玻璃砖的折射率璃砖的折射率OD用激光测定玻璃砖的折射率用激光测定玻璃砖的折射率P1P2第44页，共68页，编辑于2022年，星期五光的折射和固体折射率的
15、测定用插针法测定玻璃砖的折射率用插针法测定玻璃砖的折射率-几个思考题几个思考题 1.在纸上正确地画在纸上正确地画出玻璃砖的两个界面出玻璃砖的两个界面aa和和bb后，不慎将玻后，不慎将玻璃砖向璃砖向aa方向移动了方向移动了少许，折射率值是否发少许，折射率值是否发生改变？生改变？aabbaabb 2.在纸上将两个界面在纸上将两个界面aa和和bb画画得比玻璃砖宽了少许，折射率值是得比玻璃砖宽了少许，折射率值是否发生改变？否发生改变？测得的折射角比真实的要大，由测得的折射角比真实的要大，由n=sini/sini,测得的折射率偏小测得的折射率偏小第45页，共68页，编辑于2022年，星期五光的折射和固体
16、折射率的测定用插针法测定玻璃砖的折射率用插针法测定玻璃砖的折射率-几个思考题几个思考题三棱镜玻璃圆柱体第46页，共68页，编辑于2022年，星期五透镜成像和透镜焦距的测定 两个侧面都磨成球面两个侧面都磨成球面(或者一面是球面或者一面是球面,另一面是平面另一面是平面)的透明体叫做透镜的透明体叫做透镜.凸透镜第47页，共68页，编辑于2022年，星期五透镜成像和透镜焦距的测定凸透镜的成象特点：利用作图法求透镜成像位置凸透镜的成象特点：利用作图法求透镜成像位置FFuv第48页，共68页，编辑于2022年，星期五凸透镜的成象特点：利用作图法求透镜成像位置凸透镜的成象特点：利用作图法求透镜成像位置透镜成
17、像和透镜焦距的测定FFuv第49页，共68页，编辑于2022年，星期五凸透镜的成象特点：利用作图法求透镜成像位置凸透镜的成象特点：利用作图法求透镜成像位置透镜成像和透镜焦距的测定uv虚像第50页，共68页，编辑于2022年，星期五凸透镜的成象公式：物体位置像的位置像的大小像的虚实像的正倒应用u=v=f极小实像倒立会聚u2f2fvf缩小实像倒立照相机u=2fv=2f等大实像倒立2fufv 2f放大实像倒立幻灯机u=fv=不成像平行光源uf像物同一侧虚像正立放大镜透镜成像和透镜焦距的测定第51页，共68页，编辑于2022年，星期五透镜成像和透镜焦距的测定凸透镜的成象特点：利用公式求透镜成像位置uv
18、u:u:物距，对于实物体总是取正值。物距，对于实物体总是取正值。实物体是指镜前所放的物体或透镜镜前由其他透镜所成的一个实像。实物体是指镜前所放的物体或透镜镜前由其他透镜所成的一个实像。V:V:像距，实像像距，实像是正值，虚像是负值。是正值，虚像是负值。f:f:透镜焦距，透镜焦距，凸透镜凸透镜是正值，凹透镜是负值。是正值，凹透镜是负值。1/6+1/3=1/2实物体虚物体第52页，共68页，编辑于2022年，星期五透镜成像和透镜焦距的测定凸透镜的成象特点：凸透镜的成象特点：利用公式求透镜成像位置利用公式求透镜成像位置FFu=6v=?f=21/v=1/2-1/6=1/3v=3第53页，共68页，编辑
19、于2022年，星期五凸透镜的成象特点：凸透镜的成象特点：利用公式求透镜成像位置利用公式求透镜成像位置透镜成像和透镜焦距的测定FFu=3v=?1/v =1/2-1/3=1/6v=6f=2第54页，共68页，编辑于2022年，星期五凸透镜的成象特点：凸透镜的成象特点：利用公式求透镜成像位置利用公式求透镜成像位置透镜成像和透镜焦距的测定uv所以，虚像是负值。f第55页，共68页，编辑于2022年，星期五凹透镜透镜成像和透镜焦距的测定第56页，共68页，编辑于2022年，星期五凹透镜的成象特点：透镜成像和透镜焦距的测定F第57页，共68页，编辑于2022年，星期五凹透镜的成象特点：透镜成像和透镜焦距的
20、测定F第58页，共68页，编辑于2022年，星期五自准直法测凸透镜焦距 位于凸透镜焦平面上物体发出的光，经透镜位于凸透镜焦平面上物体发出的光，经透镜折射后成为平行光，若用一面反射镜将这平行光折射后成为平行光，若用一面反射镜将这平行光反射回去，再经过原透镜，则必然成像于原焦平反射回去，再经过原透镜，则必然成像于原焦平面上，透面上，透 镜与物之间的距离即为透镜的距离。镜与物之间的距离即为透镜的距离。透镜成像和透镜焦距的测定第59页，共68页，编辑于2022年，星期五用准直法测凸透镜焦距 位于凸透镜焦平面上物体发出的光线，经过位于凸透镜焦平面上物体发出的光线，经过透镜折射后，再用一面反射镜将这光线反
21、射回去，透镜折射后，再用一面反射镜将这光线反射回去，再经过原透镜，则必然成像于原焦平面上，用作再经过原透镜，则必然成像于原焦平面上，用作图法可求得该像。图法可求得该像。透镜成像和透镜焦距的测定F副光轴作图法 第60页，共68页，编辑于2022年，星期五物距物距-像距法测量透镜焦距像距法测量透镜焦距透镜成像和透镜焦距的测定uv第61页，共68页，编辑于2022年，星期五光的折射 光学实验的几个技巧问题：光学实验的几个技巧问题：光源光源：通常用平面图形（例如网格）做物，还需要用小灯照明，由于小：通常用平面图形（例如网格）做物，还需要用小灯照明，由于小灯发光的线度甚小，应在小灯和物之间加一块毛玻璃，
22、毛玻璃起漫反射灯发光的线度甚小，应在小灯和物之间加一块毛玻璃，毛玻璃起漫反射作用，使物得到均匀照明。作用，使物得到均匀照明。像屏像屏：实像是光束的会聚中心，眼睛可以看到实像，但光束直径较小，：实像是光束的会聚中心，眼睛可以看到实像，但光束直径较小，眼睛直接观察不容易，可利用毛玻璃的漫反射，在各个角度都能看到屏眼睛直接观察不容易，可利用毛玻璃的漫反射，在各个角度都能看到屏上的像。上的像。各光学元件共轴的调节：各光学元件共轴的调节：粗调：将各个元件的中心大致在一条直线上，通常与光具座粗调：将各个元件的中心大致在一条直线上，通常与光具座 平行。平行。细调：根据成像位置来调节，在移动透镜的过程中，像的
23、中细调：根据成像位置来调节，在移动透镜的过程中，像的中 心位置保持不变心位置保持不变第62页，共68页，编辑于2022年，星期五光的折射 光学实验的几个技巧问题：各光学元件共轴的调节：各光学元件共轴的调节：粗调：粗调：将各个元件的中心大致在一条直线上，通常与光具座平行。将各个元件的中心大致在一条直线上，通常与光具座平行。细调：细调：根据成像位置来调节，在移动透镜的过程中，像的中心位置保持根据成像位置来调节，在移动透镜的过程中，像的中心位置保持不变不变.第63页，共68页，编辑于2022年，星期五由透镜两次成法求凸透镜焦距 透镜成像和透镜焦距的测定第64页，共68页，编辑于2022年，星期五由透镜两次成像求凸透镜焦距 透镜成像和透镜焦距的测定(L4f)物小像大像dL第65页，共68页，编辑于2022年，星期五 由透镜两次成像求凸透镜焦距d dL Lu1v1u2v2透镜成像和透镜焦距的测定1/6+1/3=1/21/3+1/6=1/2第66页，共68页，编辑于2022年，星期五由辅助透镜成像法求凹透镜焦距透镜成像和透镜焦距的测定第67页，共68页，编辑于2022年，星期五由辅助透镜成像法求凹透镜焦距ACCs2s2透镜成像和透镜焦距的测定第68页，共68页，编辑于2022年，星期五