高中物理光学讲义

光学

第一部分：几何光学 一、折射率

1、定义：光从真空或空气中射入某种介质中发生折射时，入射角正弦和折射角正弦的比值，叫做这种介质的绝对折射率，简称这种介质的折射率。

2、定义式：

sin sin n =

真空/空气

介质

3、光在介质中的传播速度：

（1） 光在真空中的传播速度：

83.010(/)c m s ≈⨯\

（2） 光在介质中的传播速度：

c v n =

推导过程：

【1】 介质1为真空，则在真空中传播

速度为c

【2】 光在介质2中的传播速度为v 【3】 光从B 传播到B ’所需要的时间

几何光学

折射率 全反射 色散

物理光学

衍射 干涉 偏振

为t ，且这个时间亦是光在介质2中从A 传播到A ’点所用的时间。即：

'AA vt = 'BB ct =

【4】 在△ABB ’和△AA ’B 中，分别有

'sin ''BB BAB AB ∠= '

sin '''AA A B A AB ∠=

【4】 又因为有

sin 'sin ''BAB n A B A ∠=

∠，得到c

v n =

。

二、全反射

1、定义:当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90度时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。

※ 光疏介质：折射率小的介质 光密介质：折射率大的介质 2、条件：

【1】 光从光密介质射入光疏介质 【2】 入射角大于或等于临界角 3、临界角：

1sin c n =

4、应用：

【1】 全反射棱镜

光垂直于一条变入射，必定垂直于边出射。

全反射棱镜的反射光优于平面镜的反射光。

【2】光纤

光可以传递信息

n n

>

内外

【3】海市蜃楼

三、色散

1、三棱镜

2、红到紫规律

红—————紫

1、折射率：

sin

sin

n=

真空/空气

介质

小—————大

2、介质中传播速度：

c

v

n

=大—————小

3、临界角：

1

sin c

n

=大—————小

4、色散偏折角小—————大

5、频率：ν小—————大

6、波长：

=

c

λ

ν大—————小

7、光子能量：E=hν小—————大

8、干涉条纹宽度：

l

x

d

λ

=宽—————窄

紫

红

第二部分：物理光学 一、衍射

1、概念：光绕过障碍物或孔而继续传播的现象。 衍射是波特有的现象。

2、明显衍射的条件：

x λ≤

注意：不是x 越小越好，若x 太小则会削弱光的能量 而是λ和x 的差距越大越好

3、条纹特点： 【1】：明暗相间 【2】：亮纹从中央到两边： 从亮到暗，从宽到窄

二、干涉

1、概念：两列同频率的光相互叠加的现象。

干涉是波特有的现象。

2、干涉条件：相干波源【1】频率相同 【2】相位差稳定

3、杨氏双缝干涉实验： 【1】 托马斯杨 【2】 实验过程

滤光片作用：获得单频光

单缝作用：衍射，获得相干波源 双缝作用：干涉

【3】 光程差：r

n λ∆= 亮纹，

21

2n r λ+∆=

暗纹，（n=0,1,2，……n ）

【4】 条纹宽度：

L x d λ

= L ：双缝到屏之间的距离 d ：双缝之间的距离

4、条纹特点：明暗相间，且每条亮纹的亮度和宽窄都均匀。

复合光的条纹特点：中央白色，从中央到两边从紫到红过度。

d

L r2

r1

p

s2

s1

屏

双缝

单缝

滤光片

光源

5、薄膜干涉：

【1】原理：

光在薄膜的前、后面所对应的反射光进行干涉。

其光程差由薄膜的厚度决定，即明暗条纹的位置亦

由薄膜厚度决定。

【2】应用：检查平面的平整度

三、偏振

1、概念：光在特定的方向上振动而传播的现象。

2、偏振光：在特定方向上振动而传播的光

叫做偏振光。

3、研究偏振现象：

【1】p：起偏器，全振光通过起偏器形成

偏振光

【2】q：验偏器，pq同向时光可以通过q，

屏亮，pq垂直时光通不过q，屏暗。

4、偏振的作用：偏振只能削弱光的强度，

不能改变光的频率。

5、应用：偏光镜，反射折射。