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1、优秀学习资料 欢迎下载 光学专题复习 基本知识点回顾 一.知识框架（一）对光传播规律的研究几何光学 直线传播规律（几何方法）反射定律光的传播速度（物理实质）光源基本规律全反射折射定律色散基本光学器件面镜棱镜透镜光路控制成像规律光学仪器（二）光的本性物理光学 光的本性光的波动说光的电磁说光的衍射光的干涉电磁波波谱光的微粒说光的光量子说光电效应光谱及其分析薄膜干涉双缝干涉光的波、粒二象性（一）几何光学重点知识总结 （1）光的直线传播规律 条件：同种、均匀介质 （2）光的反射定律 注：无论是镜面反射或漫反射，对每条反射光线都遵循反射定律。（3）光的折射定律，特例：光从真空（空气）射入介质时，则nis
2、insin 特例：真空 i 介质 （4）光的独立传播定律：几束光在同一介质中传播时虽屡屡相交，但互不扰乱，保持优秀学习资料 欢迎下载 各自的方向继续传播。（5）光路可逆原理：当光线逆着原来的反射线或折射线方向入射时，将逆着原来的入射线方向反射或折射。（6）几点注意：光射到两种介质界面上，一般情况下都是既有反射，又有折射，因此需考虑每一条可能的光线（包括垂直入射时按原路返回的反射光）折射率反映了介质的折光本领，取决于光在真空和介质中的传播速度，即 nicvvcnc sinsin1，所以，测定了介质的折射率，即可算出光在介质中的速度。全反射的条件 1）光从介质射向真空（空气）；2）入射角等于或大于
3、临界角c cn(sin)11 3）条件应用：光线从光密介质射至光疏介质的界面时，首先要检查一下临界角，然后才能确定光线的实际传播路径。2.几何光学器件对光路控制作用对比表：器件名称对比项目平面镜凹 面镜凸面镜厚玻璃三棱镜等腰直角棱镜凸 透镜凹透镜对光线定性作用变向会聚发散侧移变向与色散变向倒置错位会聚发散对光路控制作用定量作用当平面镜旋转角时,反射线将旋转 2.平 行于 主轴 光线 会聚 于主 焦点 F,主 焦点 处放 点光 源经 凹面 镜后 平行 于主轴.平 行 于主 轴 光线 经 凸镜发散，其反 向 延长 线 相交 于 主焦点 F。d 侧移距，dziinisin(cossin)122z 厚
4、度n 折射率i 入射角若光线在玻璃中传播 恰 与BC平行，则偏向角 A顶角 n=sinsin/AA22使平行投入光成 90、0、180倒置变向错位。平 行于 主轴 光线 经透 镜会 聚于 主焦点。平 行 于主 轴 光线 经 透镜 发 散其 反 向延 长 线相 交 于主焦点。几点说明：用平面镜控制反射光线去向的相关题型：1）给出入射光线方向与反射光线去向，要求找镜位；2）镜旋转反射光线改变2 律几何方法光的传播速度物理实质基本规律反射定律全反射折射定律色散二光的本性物理光学基本光学器件面镜棱镜透镜光路控制成像规律光学仪器光的本性光的波动说光的电磁说光的微粒说光的光量子说光的干涉光的衍射电磁波种均
5、匀介质光的反射定律注无论是镜面反射或漫反射对每条反射光线都遵循反射定律光的折射定律特例光从真空空气射入介质时则特例真空介质光的独立传播定律几束光在同一介质中传播时虽屡屡相交但互不扰乱保持优秀学习资料向反射或折射几点注意光射到两种介质界面上一般情况下都是既有反射又有折射因此需考虑每一条可能的光线包括垂直入射时按原路返回的反射光折射率反映了介质的折光本领取决于光在真空和介质中的传播速度即所以测定了介质优秀学习资料 欢迎下载 光线通过平行透明板的侧移距的相关因素：表达式：dziinisin(cossin)122 说明 d 与玻璃板厚度 z，玻璃材料折射率 n 和入射角 i 有关系。不同色光光路与成像
6、差异的对比：对比 项目 光的 颜色 在 真空 中速度 c 在介质中速度v 从真空射入某介质速度改变量v 介质折射率 n 从 某 介质 射 向真 空 临界角 A 通 过 三棱 镜 最小 偏 向角0 平 行主 轴光 线通 过同 一凸 透镜 的焦距 f 相 同 条件 下 物体 通 过凸 透 镜生 成 像的 放 大率 K 红色光（f红）c0红 v红 v红=(v=c0-v)n红 A红 红0 f红 K红 两 色 光 相比较|紫色光（f紫）c0紫 v紫 v紫=(v=c0-v)n紫 A紫 紫0 f紫 K紫 3.光学器件（平面镜、透镜）的成像 平面镜成像作图与成像计算。题型：1）平面镜尺寸的设计 2）平面镜尺寸
7、对像长的限制 3）有一定厚度平面镜成像设计 4）平面镜视场 透镜的成像作图法。例图（用焦平面和到光轴法）（二）光的本性物理光学重点知识 1.对光本性的认识：光是具有电磁本质的物质。具有波粒二象性，波长较大时波动性明显，波长很小时微粒性明显。2.光的波动性 （1）光的干涉（现象及条件）律几何方法光的传播速度物理实质基本规律反射定律全反射折射定律色散二光的本性物理光学基本光学器件面镜棱镜透镜光路控制成像规律光学仪器光的本性光的波动说光的电磁说光的微粒说光的光量子说光的干涉光的衍射电磁波种均匀介质光的反射定律注无论是镜面反射或漫反射对每条反射光线都遵循反射定律光的折射定律特例光从真空空气射入介质时则
8、特例真空介质光的独立传播定律几束光在同一介质中传播时虽屡屡相交但互不扰乱保持优秀学习资料向反射或折射几点注意光射到两种介质界面上一般情况下都是既有反射又有折射因此需考虑每一条可能的光线包括垂直入射时按原路返回的反射光折射率反映了介质的折光本领取决于光在真空和介质中的传播速度即所以测定了介质优秀学习资料 欢迎下载 （2）光的衍射：现象：（a）圆斑衍射 （b）圆孔衍射 （3）色散，光谱，电磁波谱 （4）光谱比较表：光谱比较表 项目种类特征成因用途连续光谱是连续分布的一切频率的光组成的光谱炽热固体、液体及高压气体发的光直接产生的。发射光谱明线光谱是不相连续的若干个频率的光形成的光谱稀薄气体直接发出的
9、光形成的光谱可鉴别和确定元素（物质化学成分）吸收光谱在连续光谱的背景上出现若干条暗线高温物体发出的光通过低温气体形成的光谱。同上 电磁波波谱对比表 种类 项目 无 线 电波 红外线 可见光 紫外线 伦 琴 射线 射线 在真空中波长范围（米）10-4104 10-710-4 410-7710-7 610-9410-7 10-1210-8 10-11以下 产生机理 LC 振荡电 路 中自 由 电子运动 原子外层电子受激发而产生 原 子 内层 电 子受 激 发而产生 原 子 核受 到 激发 特征 热 作 用 显著、衍射较显著 能引起视觉 有显著的化 学 作用、生理作用和荧光效应 穿 透 本领 和 荧
10、光 效 应均很强 穿 透 能力最强 3.光的粒子性的重点知识 （1）光电效应现象 （2）光电效应实验规律（四条）二.重点知识规律回顾 重要规律对比表 规律 主要内容 说明（1）光的直线传播定律 光在均匀介质中，总是沿直线传播的。在同一种介质中光线不一定直线传播。（2）光的反射定律“三线”共面，“两线”对称，“两“三线”为入射、反射与法线，律几何方法光的传播速度物理实质基本规律反射定律全反射折射定律色散二光的本性物理光学基本光学器件面镜棱镜透镜光路控制成像规律光学仪器光的本性光的波动说光的电磁说光的微粒说光的光量子说光的干涉光的衍射电磁波种均匀介质光的反射定律注无论是镜面反射或漫反射对每条反射光
11、线都遵循反射定律光的折射定律特例光从真空空气射入介质时则特例真空介质光的独立传播定律几束光在同一介质中传播时虽屡屡相交但互不扰乱保持优秀学习资料向反射或折射几点注意光射到两种介质界面上一般情况下都是既有反射又有折射因此需考虑每一条可能的光线包括垂直入射时按原路返回的反射光折射率反映了介质的折光本领取决于光在真空和介质中的传播速度即所以测定了介质优秀学习资料 欢迎下载 角”相等。入、反射线关于法线对称，反射角等于入射角。（3）平面镜成像规律 像与物以镜面为对称，像与物大小一样，恒为虚像。即v=u，v 像距，u 物距，可依据反射定律作图成像。（4）光的折射定律“三线”共面、两线不共介质“两角”正弦
12、成正比，sin/sinin n(折射率)ncv i 是入射线与法线间的夹角。是折射线与法线间的夹角。c 是光在真空中的速度，v 是光在介质中的速度。（5）全反射规律 只有反射光线，没有折射光的现象。光 线 由 介 质 进 入 真 空sin/sin/An901 产生全反射的条件（1）光线从光密介质射向光疏介质（2）入射 角iA（临 界 角）sin/An 1（6）光的色散规律 复色光通过三棱镜分解为单色光，为偏折角，12，紫色光偏折角最大 由于同一介质不同色光的传播 速度不同，vv红玻紫玻则 sinsinicvn红红红玻0 sinsinicvn紫紫紫玻0*（7）透镜成像规律 111/uvf，根据实
13、验、作图及公式计算得出：u(物 距)，则v(像距)f；由光路可逆性，若uf，则v u2f 时，则 fv2f，倒立缩小实 像(K1)，据 光 路 可 逆 性fuf，K1，倒立放大实像 u=2f,v=2f,K=1，倒立等大实像 u1，正立放大虚像 Kvu像长物长，K 表示垂直于主轴方向的线度放大率。说明：透镜成像规律计算不要求。（3）“光子”理论成功解释光电效应。4.光的波粒二象性。光子流不是一群遵从经典力学规律的粒子；光波也不是通常所理解的连续的波动。光波律几何方法光的传播速度物理实质基本规律反射定律全反射折射定律色散二光的本性物理光学基本光学器件面镜棱镜透镜光路控制成像规律光学仪器光的本性光的
14、波动说光的电磁说光的微粒说光的光量子说光的干涉光的衍射电磁波种均匀介质光的反射定律注无论是镜面反射或漫反射对每条反射光线都遵循反射定律光的折射定律特例光从真空空气射入介质时则特例真空介质光的独立传播定律几束光在同一介质中传播时虽屡屡相交但互不扰乱保持优秀学习资料向反射或折射几点注意光射到两种介质界面上一般情况下都是既有反射又有折射因此需考虑每一条可能的光线包括垂直入射时按原路返回的反射光折射率反映了介质的折光本领取决于光在真空和介质中的传播速度即所以测定了介质优秀学习资料 欢迎下载 强度代表那里出现的光子数。【典型例题】例 1.如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光 AO以入射角 i
15、 照射到液面上，反射光 OB射到水平的光屏上，屏上用光电容将光讯号转变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度，如果发现光点 B在屏上向右移动了 s的距离到B，由上可知液面_（填“升高”或“降低”）了。解：作出两次的反射光路图如下图所示，由几何图形可知：液面下降，又由几何关系可得：O MBBs1，液面下降的高度hsi/tan2 答案：降低了hsi/tan2 iiO1O2hssBBM12 例 2.如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜 ABC，两者的 AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质，一单色细光束 O垂直于 AB面入射，在图示的出射光线中（）A.1，2，3（彼此平行）中的任一条
16、都有可能 B.4，5，6（彼此平行）中的任一条都有可能 C.7，8，9（彼此平行）中的任一条都有可能 D.只能是 4，6 中的某一条 分析：光线经 AC 面的折射情况由于未知透明介质的折射率的不确定性分为三种情况：（1）透明介质折射率大于玻璃折射率，可能出射光线为图中第 6 条；（2）透明介质折射率等于玻璃折射率，入射光线不偏折，是第 5 条光线；（3）透明介质折射率小于玻璃折射率，可能射出光线为第 4 条光线，所以答案为 B。例 3.有一点光源置于透镜主轴上的 A点经透镜成像于 B点，将此点光源放在 B点，经透镜成像于 C点，且 ABBC，如图所示，则（）律几何方法光的传播速度物理实质基本规
17、律反射定律全反射折射定律色散二光的本性物理光学基本光学器件面镜棱镜透镜光路控制成像规律光学仪器光的本性光的波动说光的电磁说光的微粒说光的光量子说光的干涉光的衍射电磁波种均匀介质光的反射定律注无论是镜面反射或漫反射对每条反射光线都遵循反射定律光的折射定律特例光从真空空气射入介质时则特例真空介质光的独立传播定律几束光在同一介质中传播时虽屡屡相交但互不扰乱保持优秀学习资料向反射或折射几点注意光射到两种介质界面上一般情况下都是既有反射又有折射因此需考虑每一条可能的光线包括垂直入射时按原路返回的反射光折射率反映了介质的折光本领取决于光在真空和介质中的传播速度即所以测定了介质优秀学习资料 欢迎下载 A.此
18、透镜一定是凸透镜 B.此透镜可能是凹透镜 C.这两次成像都是虚像 D.透镜一定在 A点的左侧 A B C 解析：物点由AB时，像点由BC，因为 ABBC，说明物体移动速度小于像移动速度，像移动速度大，应为放大的像，所以此透镜肯定是凸透镜，若是实像，物放在像的位置时，由光路可逆性知，成的像应在原来物的位置，即物像位置互换，但此题并非如此，所以只能是放大的虚像，透镜处于 A的左侧，所以答案为 A、C、D。例 4.激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为101010.W，所发射的每个光脉冲持续的
19、时间 t为101011.s，波长为 793.4 nm，问每列光脉冲的长度 l 是多少？其中含有的光子数 n 是多少？分析与解：以 t，l 和 c 分别表示光脉冲的持续时间，长度和光在真空中的传播速度，由题意可知，Ic t 以 P和 E表示红宝石激光器发射功率和光脉冲能量，则有：EP t 以和表示红宝石激光的波长和频率，有：c，因此得到每个红宝石激光 光子的能 量，hhc，由 两式 得：nEhP thc，代入 数据得：lmmn30351017.，律几何方法光的传播速度物理实质基本规律反射定律全反射折射定律色散二光的本性物理光学基本光学器件面镜棱镜透镜光路控制成像规律光学仪器光的本性光的波动说光的电磁说光的微粒说光的光量子说光的干涉光的衍射电磁波种均匀介质光的反射定律注无论是镜面反射或漫反射对每条反射光线都遵循反射定律光的折射定律特例光从真空空气射入介质时则特例真空介质光的独立传播定律几束光在同一介质中传播时虽屡屡相交但互不扰乱保持优秀学习资料向反射或折射几点注意光射到两种介质界面上一般情况下都是既有反射又有折射因此需考虑每一条可能的光线包括垂直入射时按原路返回的反射光折射率反映了介质的折光本领取决于光在真空和介质中的传播速度即所以测定了介质