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1、几何光学演示文稿第1页，本讲稿共38页2、光线的概念：沿着光的传播方向作一条直线，并标上箭头，表示光的传播、光线的概念：沿着光的传播方向作一条直线，并标上箭头，表示光的传播方向，这样的线叫做光线方向，这样的线叫做光线 3、光的直线传播：光在同一均匀介质中是沿直线传播、光的直线传播：光在同一均匀介质中是沿直线传播 4、光速：光在真空的传播速度为、光速：光在真空的传播速度为.00108m/s光年：光在一年内传播的距离。光年：光在一年内传播的距离。S=9.461015m第2页，本讲稿共38页二、光的反射二、光的反射1、反射定律：、反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一反射光线跟入射光线和法线在同一
2、平面上，反射光线、入射光线分居法线两侧平面上，反射光线、入射光线分居法线两侧;反射角反射角等于入射角。等于入射角。、光的漫反射，镜面反射。、光的漫反射，镜面反射。、光路的可逆性、光路的可逆性第3页，本讲稿共38页2、平面镜、平面镜、平面镜可改变光线的方向。、平面镜可改变光线的方向。例、太阳光线与水平方向成例、太阳光线与水平方向成400，为使阳光竖直照亮井底，为使阳光竖直照亮井底，平面镜应如何放置？平面镜应如何放置？再问：为使阳光沿水平方向传播，平面镜应如何放置？再问：为使阳光沿水平方向传播，平面镜应如何放置？、可以将微小的变化放大、可以将微小的变化放大、不改变光束的性质、不改变光束的性质、反射
3、器、反射器第4页，本讲稿共38页三、平面镜成像三、平面镜成像1、平面镜成像的性质、等大、正立、虚像。、平面镜成像的性质、等大、正立、虚像。2、平面镜成像规律：物、像连线与平面镜垂直，物、像于平、平面镜成像规律：物、像连线与平面镜垂直，物、像于平面镜是对称的。面镜是对称的。四、讨论四、讨论第5页，本讲稿共38页例例1图中一点光源图中一点光源P不动，平面镜以不变的速率不动，平面镜以不变的速率V沿直线沿直线AP的方向向光源移动，镜面与的方向向光源移动，镜面与AP方向之间的夹角为方向之间的夹角为30，则光源的像则光源的像P（图中未画出）（图中未画出）A以速率以速率V沿竖直方向移动沿竖直方向移动B以速率
4、以速率V沿着沿着PP的连线向的连线向P移动移动C以速率以速率 V沿着沿着 PP的连线向的连线向P移动移动D以速率以速率 V沿着竖直方向向下移动沿着竖直方向向下移动B第6页，本讲稿共38页第7页，本讲稿共38页例、图中例、图中AB表示一平面镜，表示一平面镜，P1P2是水平放置的的米尺（有刻度的一面朝是水平放置的的米尺（有刻度的一面朝着平面镜）着平面镜）MN是光屏，三者互相平行，屏是光屏，三者互相平行，屏MN上的上的a、b表示一条竖直表示一条竖直的缝（即的缝（即a、b之间是透光的），某人眼睛紧贴米尺的的小孔之间是透光的），某人眼睛紧贴米尺的的小孔S，（其，（其位置见图）可通过平面镜看到米尺的一部分
5、刻度，试在本题的图位置见图）可通过平面镜看到米尺的一部分刻度，试在本题的图上用三角板作图求出可看到的的部分，并在上用三角板作图求出可看到的的部分，并在P1P2上把这部分涂以标上把这部分涂以标志。志。第8页，本讲稿共38页1某人站在平面镜前看自己的像，当平面镜以某人站在平面镜前看自己的像，当平面镜以1m/s的速度平移时，人在平面镜中的像将的速度平移时，人在平面镜中的像将A一定以一定以2m/s的速度移动的速度移动B一定以一定以1m/s的速度移动的速度移动C可能不动可能不动D可能以可能以 的速度移动的速度移动C、D第9页，本讲稿共38页2、一人站在平面镜前、一人站在平面镜前1.5米处，这个人向镜子米
6、处，这个人向镜子前进前进0.5米。人和像之间的距离为：米。人和像之间的距离为：A1米；米；B1.5米；米；C2米；米；D2.5米米C第10页，本讲稿共38页3、入射光线与平面镜成、入射光线与平面镜成450角，转动平面镜使入角，转动平面镜使入射角增大射角增大50，则入射光线与反射光线的夹角为：，则入射光线与反射光线的夹角为：A700 B750 C800 D1000 D第11页，本讲稿共38页4、下列说法正确的是：、下列说法正确的是：A点光源发出的光经平面镜反射后会聚于点光源发出的光经平面镜反射后会聚于一点成虚像；一点成虚像；B物体在平面镜中的像必是等大，正立物体在平面镜中的像必是等大，正立的虚像
7、，且像和物关于镜面对称；的虚像，且像和物关于镜面对称；C发散光束经平面镜反射后仍为发散光束；发散光束经平面镜反射后仍为发散光束；D平面镜能改变光线的传播方向，但不能平面镜能改变光线的传播方向，但不能改变两条光线间的平行或不平行的关系。改变两条光线间的平行或不平行的关系。B、C、D第12页，本讲稿共38页5、如图、如图13，两平面镜互成直角，入射光线，两平面镜互成直角，入射光线AB经两次经两次反射后的反射光线为反射后的反射光线为CD，现以两平面镜的交线为轴，将，现以两平面镜的交线为轴，将两平面镜同向旋转两平面镜同向旋转，在入射光方向不变的情况下，反，在入射光方向不变的情况下，反射光成为射光成为C
8、D，则，则CD 与与CD的关系为：的关系为：A不相交，同向平行；不相交，同向平行；B不相交，反向平行；不相交，反向平行；C相交成；相交成；D相交成相交成 A第13页，本讲稿共38页6、如图、如图6所示，距地面所示，距地面10米高处有一与地面平米高处有一与地面平行的平面镜。一束很细的平行光自地面竖直的照行的平面镜。一束很细的平行光自地面竖直的照射到平面镜上，当平面镜以入射点射到平面镜上，当平面镜以入射点M为轴转一个为轴转一个角，则反射到地面的光斑距平行光源角，则反射到地面的光斑距平行光源O的水平距的水平距离为离为17.32米。据此求出平面镜转动的角度米。据此求出平面镜转动的角度=？300第14页
9、，本讲稿共38页三、光的折射三、光的折射1、折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光、折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦跟折射角的正线和入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦跟折射角的正弦成正比弦成正比2、折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射、折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率。角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率。第15页，本讲稿共38页研究表明，光在不同介质中的速度不同，这也正是光发生研究表明，光在不同介质中的速度不同，这也正是光发生
10、折射的原因，某种介质的折射率，等于光在真空的传播速折射的原因，某种介质的折射率，等于光在真空的传播速度度c,跟光在这种介质中的传播速度跟光在这种介质中的传播速度v之比之比 即即由于光在真空的速度大于光在任何其它介质中的传播速度，所以任何由于光在真空的速度大于光在任何其它介质中的传播速度，所以任何介质的折射率都大于介质的折射率都大于1，光从真空射入任何介质时，光从真空射入任何介质时，sin1都大于都大于sin2 即入射角大于折射角即入射角大于折射角第16页，本讲稿共38页四、全反射四、全反射1、折射率较、折射率较小小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密的介质称为光疏介质，折射率较大的介质
11、称为光密介质。介质。光疏介质、光密介质是相对的，例如：水晶、水、金刚石三种介质光疏介质、光密介质是相对的，例如：水晶、水、金刚石三种介质相比较，水晶对水来说光密介质，对金刚石来说是光疏介质。相比较，水晶对水来说光密介质，对金刚石来说是光疏介质。根据折射定律可知，光从光密介质射入光疏介质，折射角大于根据折射定律可知，光从光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角，光从光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角。入射角，光从光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角。2发生全反射现象的条件：发生全反射现象的条件：光从光密介质射入光疏介质光从光密介质射入光疏介质入射角大于临界角入射角大于临界角 第17页，本讲稿
12、共38页例例1、光以、光以600的入射角，由空气射入某介质射中时，折射角为的入射角，由空气射入某介质射中时，折射角为300，、求该介质的折射率、求该介质的折射率 、求光在某介质中的传播速度、求光在某介质中的传播速度1.73、1.73108m/s 第18页，本讲稿共38页例例2光线从空气射入光线从空气射入n=的介质中，反射光线恰垂直于的介质中，反射光线恰垂直于折射光线，则入射角约为多少？折射光线，则入射角约为多少？600第19页，本讲稿共38页例例3、一束宽度为、一束宽度为10cm的平行光束，以的平行光束，以60的入射角从空气射入折射率为的入射角从空气射入折射率为 的介质中，的介质中，界面光滑平
13、整，求反射光束和折射光束的宽度。界面光滑平整，求反射光束和折射光束的宽度。10cm,17.3cm.第20页，本讲稿共38页例例4、下列关于反射和折射的叙述中，正确的是、下列关于反射和折射的叙述中，正确的是A反射现象中光只在一种物质中传播，而折射现象中光在不同物反射现象中光只在一种物质中传播，而折射现象中光在不同物质中传播质中传播B反射过程中光速不变，而折射后光速减小反射过程中光速不变，而折射后光速减小C反射后光的传播方向改变，折射后光的传播方向不改变。反射后光的传播方向改变，折射后光的传播方向不改变。D如果光在两种物质分界面上传播方向发生了改变，那么一定是发生了如果光在两种物质分界面上传播方向
14、发生了改变，那么一定是发生了光的折射。光的折射。A第21页，本讲稿共38页例例5：在折射率为：在折射率为n，厚度为，厚度为d的玻璃平板上方的空的玻璃平板上方的空气中，有一点光源气中，有一点光源S，从，从S发出的光线发出的光线SA以入射角以入射角，入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表，入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如图所示，若沿此方向传播的光从光源面射出，如图所示，若沿此方向传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等，点光源时间相等，点光源S到玻璃板上表面的垂直距离到玻璃板上表面的垂直距离 l应应是多少？是多少？第
15、22页，本讲稿共38页第23页，本讲稿共38页例例6、如图所示，、如图所示，ABC为一横截面为等腰直角三角形的三棱镜，为一横截面为等腰直角三角形的三棱镜，一束白光垂直入射到一束白光垂直入射到AC表面上，进入棱镜后在表面上，进入棱镜后在AB面上发生全反面上发生全反射。现保持入射点射。现保持入射点O位置不变，改变入射方向，（不考虑位置不变，改变入射方向，（不考虑BC面面的反射光线）。的反射光线）。A使入射光线顺时针方向逐渐转动，如果有色光射出使入射光线顺时针方向逐渐转动，如果有色光射出AB面，则红面，则红光首先射出。光首先射出。B使入射光线顺时针方向逐渐转动，如果有色光射出使入射光线顺时针方向逐渐
16、转动，如果有色光射出AB面，面，则紫光首先射出。则紫光首先射出。C使入射光线逆时针方向逐渐转动，红光将首先射出使入射光线逆时针方向逐渐转动，红光将首先射出AB面。面。D使入射光线逆时针方向逐渐转动，紫光将首先射出使入射光线逆时针方向逐渐转动，紫光将首先射出AB面面 A第24页，本讲稿共38页例例7、白光通过三棱镜发生色散时、白光通过三棱镜发生色散时A棱镜对红光折射率大，所以射出时偏向角较大棱镜对红光折射率大，所以射出时偏向角较大B棱镜对紫光折射率大，所以射出时偏向角棱镜对紫光折射率大，所以射出时偏向角较大较大C棱镜对红光折射率小，所以射出时偏向角棱镜对红光折射率小，所以射出时偏向角较小较小D棱
17、镜对紫光折射率小，所以射出时偏向角较小棱镜对紫光折射率小，所以射出时偏向角较小B、C第25页，本讲稿共38页例例8.关于全反射下面的说法正确的是关于全反射下面的说法正确的是A光线只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反光线只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射现象射现象B光线只有从光疏介质射向光密介质时才可能发生光线只有从光疏介质射向光密介质时才可能发生全反射现象全反射现象C光线只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时光线只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时才可能发生全反射现象才可能发生全反射现象D光线只有从折射率小的介质射向折射率大的介质光线只有从折射率小的介质射向折射率大的介质
18、时才可能发生全反射现象时才可能发生全反射现象A、C第26页，本讲稿共38页例例9、如题图、如题图3所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上，经棱镜折射后，交会在屏上同上点，若棱镜上，经棱镜折射后，交会在屏上同上点，若n1和和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，则有：分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，则有：A、n1n2，a为红光，为红光，b为蓝光；为蓝光；B、n1n2，a为红光，为红光，b为蓝光；为蓝光；D、n1n2，a为蓝光，为蓝光，b为红光；为红光；B第27页，本讲稿共38页例例10、一个大游泳池，池底是水平面，池水深、一个大游泳池，池底是水平面，
19、池水深1.2米米,有一直杆竖直于池底，浸入水中部分杆长是杆全长的有一直杆竖直于池底，浸入水中部分杆长是杆全长的一半；当太阳以与水平方向成一半；当太阳以与水平方向成370角射在水面上时，测角射在水面上时，测得杆在池底的影长为得杆在池底的影长为2.5m。求水的折射率。求水的折射率 4/3第28页，本讲稿共38页例例11、如图红光和紫光以相同的入射角从水中射入空、如图红光和紫光以相同的入射角从水中射入空气时发生折射，由图可知气时发生折射，由图可知 Aa是红光，是红光，b是紫光是紫光Bb是红光，是红光，a是紫光是紫光Ca光在水中传播速度大光在水中传播速度大Db光在水中传播速度大光在水中传播速度大A、C
20、第29页，本讲稿共38页例例12一束光从空气射向折射率为一束光从空气射向折射率为 的某种玻的某种玻璃的表面，如图所示，璃的表面，如图所示，i代表入射角，则：代表入射角，则：A当当i45时，会发生全反射现象；时，会发生全反射现象；B无论入射角无论入射角i是多大，折射角是多大，折射角r都不能超都不能超过过45；C欲使折射角欲使折射角r=30,应以应以i=45角入射；角入射；D若入射角若入射角i=arctg 时，反射光线与折射时，反射光线与折射光线垂直；光线垂直；B、C、D第30页，本讲稿共38页14在一个圆块泡沫塑料块的中心插上一根大头针，然后把它在一个圆块泡沫塑料块的中心插上一根大头针，然后把它
21、倒浮在水面上。调节大头针插入的深度，使观察者不论在什么倒浮在水面上。调节大头针插入的深度，使观察者不论在什么位置都刚好不能看见水下的大头针，如图位置都刚好不能看见水下的大头针，如图1-38所示，量出大所示，量出大头针在水中露出的长度为头针在水中露出的长度为d，塑料块的半径为，塑料块的半径为r，则水的折射，则水的折射率为率为_。15为从工事内部观察外面的目标，在工事壁上开一长方形为从工事内部观察外面的目标，在工事壁上开一长方形孔。设玻璃砖的折射率为孔。设玻璃砖的折射率为n，如图，如图1-39所示。试问所示。试问(1)嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到
22、外界的视野的最大张角为多少？张角为多少？(2)要想使外界要想使外界180范围内景物全被观察到，应嵌入多大折射率的范围内景物全被观察到，应嵌入多大折射率的玻璃砖？玻璃砖？第31页，本讲稿共38页15如图所示，一束光线从折射率为如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为空气，在界面上的入射角为45o。下面四个光路图中，。下面四个光路图中，正确的是（正确的是（）A第32页，本讲稿共38页16如图所示，两块同样的的玻璃直角三棱镜如图所示，两块同样的的玻璃直角三棱镜ABC，两者的，两者的AC面面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细是平行放置的，在
23、它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束光束O垂直于垂直于AB面入射，在图示的出射光线中面入射，在图示的出射光线中A1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能（彼此平行）中的任一条都有可能B4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能（彼此平行）中的任一条都有可能C7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能（彼此平行）中的任一条都有可能D只能是只能是4、6中的某一条中的某一条B第33页，本讲稿共38页17如图如图1-36所示，为放在空气中的平行玻璃砖，光束射到它的所示，为放在空气中的平行玻璃砖，光束射到它的第第I界面上，以下说法正确的是界面上，以下说法正确的是A若入射角大于临界角，光可在第若入射角大
24、于临界角，光可在第I界面发生全反射，光线不界面发生全反射，光线不会进入玻璃砖；会进入玻璃砖；B在第在第界面，光由空气射向玻璃砖，不会发生全反射，一定会界面，光由空气射向玻璃砖，不会发生全反射，一定会进入玻璃砖；进入玻璃砖；C在第在第界面，光由玻璃砖射向空气，可能发生全反射；界面，光由玻璃砖射向空气，可能发生全反射；D由于两表面平行，故不论光束以多大的入射角射到第由于两表面平行，故不论光束以多大的入射角射到第界面，界面，在第在第界面也不会发生全反射。界面也不会发生全反射。B、D第34页，本讲稿共38页 18半径为半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为心为
25、O。两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底。两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直。光线面垂直。光线1的入射点的入射点A为圆柱面的顶点，光线为圆柱面的顶点，光线2的入射的入射点点B，AOB=60。已知该玻璃对红光的折射率。已知该玻璃对红光的折射率n=1.732 。（1）求两条光线经柱面和底面折射后的交点与）求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离点的距离d。（2）若入射的是单色蓝光，则距离）若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的将比上面求得的结果大还是小？结果大还是小？O60 12ABR第35页，本讲稿共38页 19如图所示，一束红光和一束紫光从空气中以适当的如图所示，
26、一束红光和一束紫光从空气中以适当的角度沿半径方向射向半圆形玻璃砖，恰好出射光线均沿角度沿半径方向射向半圆形玻璃砖，恰好出射光线均沿OC方向，那么方向，那么AAO是红光，穿过玻璃砖的时间较短是红光，穿过玻璃砖的时间较短BBO是红光，穿过玻璃砖的时间较长是红光，穿过玻璃砖的时间较长CAO是紫光，穿过玻璃砖的时间较短是紫光，穿过玻璃砖的时间较短DBO是紫光，穿过玻璃砖的时间较长是紫光，穿过玻璃砖的时间较长A、D第36页，本讲稿共38页20一束光入射平行厚玻璃板，如图所示，其中一束光入射平行厚玻璃板，如图所示，其中光路正确的是光路正确的是B第37页，本讲稿共38页21如图所示，玻璃三棱镜的顶角如图所示，玻璃三棱镜的顶角 =60，玻璃的折，玻璃的折射率为，当光线以射率为，当光线以i=45 的入射角入射后，出射光线与的入射角入射后，出射光线与入射光线的延长线夹角入射光线的延长线夹角 的大小为的大小为A15 B30 C45 D60 B第38页，本讲稿共38页