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1、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：光的直线传播定律光的反射定律光的折射定律掌握基本概念 熟悉应用方法第1页/共89页光的直线传播光的直线传播的一个例证：针孔照相机小孔成像的特点是:小孔成像是光直线传播所形成的有趣现象。小孔所成的像是实际光束形成，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2页/共89页 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，人眼所能看到的只是光束的顶点，而不是光线的本身。实际光线经过的像是实像,实际光线反向延长线经过的像是虚像,PPPPP光的直线传播第3页/
2、共89页有关小孔成像的下列说法中,正确的是:A.将照相底片放在光屏处可以拍摄到像.B.所成的像上下颠倒,左右也颠倒.C.只能是放大的实像.D.像的清晰度跟小孔的大小无关.E.成像用的小孔必须是圆形的.答案:A,B摘自：2006年上海市“东格致杯”青少年物理实验竞赛试题第4页/共89页光的直线传播的一个实验：小孔成像第5页/共89页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6页/共89页 障碍物受扩展光源照射时，在屏上形成本影和半影.扩展光源障碍物本影半影第7页/共89页光的直线传
3、播的另一个例证：日食和月食本影半影伪本影第8页/共89页日全食运动到B区时会看到日全食。第9页/共89页日偏食这张拼版照片显示的是日发生在耶路撒冷的不同阶段的日偏食。运动到A区时会看到日偏食。第10页/共89页运动到C区时会看到日环食。这是2005年10月3日西班牙首都马德里拍摄到的日环食现象，由于月球视半径小于太阳视半径，因此月亮只遮挡住日面中心部分并在其周围留下一个美丽的光环。日环食第11页/共89页 图6是月球的影区分布，当人随地球运动到_区时会看到日全食，运动到_区时会看到日偏食，运动到C区时会看到_。摘自：第六届全国初中应用物理知识竞赛试题第12页/共89页 图6是月球的影区分布，当
4、人随地球运动到_区时会看到日全食，运动到_区时会看到日偏食，运动到C区时会看到_。摘自：第六届全国初中应用物理知识竞赛试题第13页/共89页 2008年、2009年中国将连续两年出现日全食。一般来说，同一地点见到日全食要平均相隔300年左右，因此中国连续两年日全食非常罕见。第14页/共89页 2008年8月1日18时20分左右，日全食持续约2分钟，日食带从新疆开始，到哈密地区、甘肃、酒泉往下，会经过嘉峪关，直到西安与郑州之间。UT:世界时 universal time第15页/共89页 2009年7月22日8时左右的日全食则是百年一遇，更为壮观。这次日全食是前后百年持续时间最长的，将持续到6分
5、钟，日食带沿着人口稠密的长江流域横着走，经过成都、武汉、重庆、合肥、苏州、杭州、上海等大中城市。UT:universal time第16页/共89页 也是在2005年10月3日，在肯尼亚首都内罗毕，当日偏食发生时，利用小孔成像的原理，在纸上扎出一圈小孔，一圈日食的影像就可以反映在手上。第17页/共89页 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。光的直线传播的另一个例证：月食月全食月偏食第18页/共89页 2009年
6、元宵节22时46分,月亮是1957年以来最圆最大的,元宵月当晚还将呈现出半影月食的奇特景观。在深圳观察第19页/共89页 光直线传播的条件光在同一种均匀媒质中沿直线方向传播。第20页/共89页光经过不同种媒质,不再是直线传播。iinn 光在两种媒质的界面上发生反射与折射。第21页/共89页光在不均匀媒质中不再是直线传播。海市蜃楼第22页/共89页 光的反射反射定律：反射角等于入射角。入射角反射角入射光线反射光线第23页/共89页平面镜成像特点 物体在平面镜里成的是正立的虚像，像和物体大小相等,像和物体以镜面为对称。第24页/共89页利用作图法求平面镜所成像的位置SoS第25页/共89页利用作图
7、法求入射光线与反射光线的路径SS第26页/共89页 平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？A第27页/共89页B 平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？第28页/共89页C 平面镜前有一个物，眼睛能不能看到其虚像？第29页/共89页画出通过该平面镜所能看到物的范围。第30页/共89页 平面镜以此放置，眼睛能不能看到自己的像？第31页/共89页 地面有一不透明物体，光源在0点，通过天花板上的平面镜，光源能照亮右侧地面的范围。0FE第32页/共89页 如图所示，水平地面上有一不透光的边长为x的正方体物块。在正方体正左方有一点光源S，点光源和正方体物块的距离也为x。若在点光源S的上方距离为H处水
8、平放置平面镜，H大小固定不变，平面镜足够大。不考虑其他光源的存在，那么在正方体的另一侧水平面上，将会由于点光源S发出的光线经平面镜反射而照亮，现改变x的大小，当x增大到多大时，照亮区域将消失?xHxS第33页/共89页现改变x的大小，当x增大到多大时，照亮区域将消失?xxHx当x x增大到2/3H2/3H时，照亮区域将消失。摘自：二十一届初中物理竞赛（大同杯）07.3H第34页/共89页 光线沿SOSO方向投射到一片和它垂直的平面镜上，一定逆着SOSO方向反射回来。若平面镜转动 角，则光线沿OAOA方向反射。hOSA平面镜的反射 第35页/共89页微小长度变化的测量-光杠杆工作原理 第36页/
9、共89页微小长度变化的测量-光杠杆工作原理 第37页/共89页微小长度变化的测量-光杠杆工作原理第38页/共89页1.弧度的概念 ABRo例如:第39页/共89页2.三角函数中的近似:当很小时很小时,ABRO第40页/共89页 用光杠杆测量钢丝挂了重物后微小的伸长量。望远镜与平面镜之间的距离R=200.0cm，若通过望远镜先后观察到的米尺刻度差l1=3.14cm，则平面镜约转动了A)0.3；B)0.45；C)0.6；D)0.9答案:B2008年上海市“东格致杯”青少年物理实验竞赛试题第41页/共89页平面镜的反射 第42页/共89页多面平面镜的反射 根据光的反射定律，可以证明光线经过夹角为90
10、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180180。即出射光线与入射光线平行但方向相反。第43页/共89页角反射器 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。19691969年7 7月，阿波罗1111号的宇宙航行员第一次登上了月球，在上边放置了一台重3030千克的“角反射器列阵”，它由100100个石英制的角反射器组成，排列成1010行，每行1010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。目前测月的误差已经减少到1515厘米了。图4-
11、2-4月地之间的距离为 353，911，215米。第44页/共89页角反射器 武汉大学测绘学院科考队员2006年在南极安装了12个卫星地面角反射器。一般情况下，科研人员获得的卫星影像，虽然有地形、地貌影像，但没有地面精确位置的信息。安装卫星角反射器时，其精确地面位置可测出。这些角反射器反射的信号，出现在卫星影像图上后，科研人员据此可对影像的误差进行纠正，从而得到精确的地形图。图4-2-4第45页/共89页多面平面镜的成像特点 两块90放置的平面镜，能成多少个像？第46页/共89页多面平面镜的成像特点第47页/共89页多面平面镜的成像特点oss1s2s3第48页/共89页 将两面镜子竖立在桌面上
12、,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！多面平面镜的成像特点偶镜第49页/共89页多面平面镜的成像特点 当我们面对一面镜子举起右手时，我们会看到镜子里的“人自己”举起了左手现有两块平面镜请你设计一个方案使得你举起右手时，在镜子里的“你”也举起了右手。请用一个点表示人所在的位置，利用对称法画出成像光路示意图。摘自：一十七届初中物理竞赛（大同杯）第50页/共89页 光的折射折射现象及其规律 光从一种物质进入另一种物质，它的传播方向通常会改变，这种现象叫做光的折射。第51页/
13、共89页折射现象及其规律折射定律 nsini=nnsini=nsinisini 其中，i:i:入射角,i,i:折射角 光从空气斜射入水或玻璃等透明物质，折射角小于入射角；光从水或玻璃等透明物质斜射入空气，折射角大于入射角。iinniinnn大于nn大于n空气水第52页/共89页折射现象及其规律 光从水或玻璃等透明物质斜射入空气，根据折射定律 nsini=nnsini=nsinisini,此时折射角大于入射角。当折射角为9090时,（入射角为c c 90)90)光线发生了全反射。ii i全反射第53页/共89页折射现象及其规律 水池宽为L,在水池右侧距迟底高度H处有一激光束,水池无水时恰好在水池
14、的左下角产生一个光斑,已知L=H,现水池注水,水面上升,则光斑A.匀速向右移动,且移动速度小于水面上升速度;B.匀速向右移动,且移动速度大于水面上升速度;C.减速向右移动,但速度始终大于水面上升速度;D.加速向右移动,但速度始终小于水面上升速度;2008年第二十二届上海市初中物理竞赛LH答案:A第54页/共89页 固体折射率的测定用插针法测定玻璃砖的折射率第55页/共89页用插针法测定玻璃砖的折射率第56页/共89页P1P2iiQ1Q2用插针法测定玻璃砖的折射率 用量角器分别测出i和i，并依照折射定律计算玻璃砖的折射率。P2第57页/共89页iiP1P2Q1Q2ACB用插针法测定玻璃砖的折射率
15、O第58页/共89页iiP1P2Q1Q2OXX距离为：1.dsin(i-i)/cosi 2.sini/cosi 3.dsin(i-i)/sini 4.sini/sini摘自：二十一届初中物理竞赛（大同杯）07.3答案：AdO第59页/共89页摘自：2006年上海市青少年物理实验 竞赛试题 1.在纸上正确地画出玻璃砖的两个界面aa和bb后，不慎将玻璃砖向aa方向移动了少许，折射率值是否发生改变？用插针法测定玻璃砖的折射率-几个思考题aabbaabb 2.在纸上将两个界面aa和bb画得比玻璃砖宽了少许，折射率值是否发生改变？测得的折射角比真实的要大，由n=sini/sini,测得的折射率偏小第60
16、页/共89页用插针法测定玻璃砖的折射率-几个思考题三棱镜玻璃圆柱体第61页/共89页光在不均匀媒质中的传播-海市蜃楼第62页/共89页 光从折射率高的媒质中斜射入折射率低的媒质中，折射角大于入射角。n1n4n3n2n1 n2 n3 n4.海市蜃楼形成的图解 (海边海市蜃楼的形成)第63页/共89页光在不均匀媒质中的传播-海市蜃楼(沙漠海市蜃楼的形成)第64页/共89页透镜成像和透镜焦距的测定 两个侧面都磨成球面(或者一面是球面,另一面是平面)的透明体叫做透镜.凸透镜凹透镜第65页/共89页凸透镜的成像特点：利用作图法求透镜成像位置FFuv物方焦点像方焦点第66页/共89页FFuv凸透镜的成像特
17、点：利用作图法求透镜成像位置物方焦点像方焦点第67页/共89页uv虚像凸透镜的成像特点：利用作图法求透镜成像位置物方焦点像方焦点FF第68页/共89页利用公式求透镜成像位置u uv vu:u:物距,v:,v:像距,f:,f:透镜焦距物方焦点像方焦点FFf f第69页/共89页利用公式求透镜成像位置u,v,f u,v,f 正负值的确定：u:u: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。v:v:像距，实像是正值，虚像是负值。f:f:透镜焦距，凸透镜是正值，凹透镜是负值。实物体虚物体第70页/共89页FFu=6v=?f=2利用公式求透镜成像位置第71页/
18、共89页FFu=3v=?f=2利用公式求透镜成像位置第72页/共89页u=1.2u=1.2v=?v=?所以，虚像是负值。f=2f=2利用公式求透镜成像位置第73页/共89页凸透镜的成像公式：物体位置物体位置像的位置像的位置像的大小像的大小像的像的虚实虚实像的像的正倒正倒应用应用u=v=f极小极小实像实像倒立倒立会聚会聚u 2f2f v f缩小缩小实像实像倒立倒立照相机照相机u=2fv=2f等大等大实像实像倒立倒立2f u fv 2f放大放大实像实像倒立倒立幻灯机幻灯机u=fv=不成像不成像平行光平行光源源u f像物同一侧像物同一侧虚像虚像正立正立放大镜放大镜第74页/共89页凹透镜的成像特点：
19、FF物方焦点像方焦点F物方焦点F物方焦点像方焦点F像方焦点F第75页/共89页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面上，透镜与物之间的距离即为透镜的焦距。第76页/共89页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面上，透镜与物之间的距离即为透镜的焦距。第77页/共89页 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射回去，再经过原透镜，则必然成像于原焦平面
20、上，用作图法可求得该像。F副光轴作图法 自准直法测凸透镜焦距第78页/共89页答案：D摘自：二十一届初中物理竞赛（大同杯）07.314.在光具座上自左向右依次竖直放置一个凹透镜、凸透镜和平面镜，两个透镜的主光轴重合，凸透镜的焦距为f，此时两个透镜之间的距离为L。在凹透镜的左侧有一水平平行光束通过两个透镜后入射到平面镜上，经平面镜反射后，反射光恰能沿原来的光路返回，据此可判断凹透镜的焦距为(A).F (B).L (C).f+L (D).f-L(A).F (B).L (C).f+L (D).f-LfL第79页/共89页物距-像距法测量透镜焦距uv第80页/共89页由透镜两次成像法求凸透镜焦距 第8
21、1页/共89页(L4f)物小像大像dL由透镜两次成像法求凸透镜焦距第82页/共89页d dL Lu1v1u2v21/6+1/3=1/21/3+1/6=1/2第83页/共89页由辅助透镜成像法求凹透镜焦距第84页/共89页ACCu=4v=8由辅助透镜成像法求凹透镜焦距第85页/共89页 光学实验的几个技巧问题：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。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，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。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，通常与光具座平行。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第86页/共89页 光学实验的几个技巧问题：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，通常与光具座平行。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.第87页/共89页谢谢同学们谢谢同学们祝大家学习进步祝大家学习进步第88页/共89页感谢您的观看！第89页/共89页