高三物理竞赛辅导-几何光学(吴志坚)PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
存在而改变原来的方向。
观察者 A 和 B 分别
看到光源 S2 和 S1 ，
ABiblioteka Baidu
不会因为
这两个光源发出的
光线或光束相交 B
而受到影响。
.
S1
S2
4
反、折射定律
3. 光的反射和折射定律
设媒质 1 和媒质 2 都是均匀的透明媒质，而且都是各向同性媒质。 两 媒质的分界面为平面。一入射光线（入射线）从媒质1射到分界面的O点。
极小的 点状光源
不透明物
实物阴影实验
屏
几 何 投 影
屏 物
小孔
像
小孔成像实验
分层均匀媒质，每层中的各段光线为
连续不均匀媒质，视为无限多层无限薄
直线。各层光线的连接可形成一条折线。 . 的均匀媒质层构成，折线可演变成某种曲线3。
独立传播定律
2. 光的独立传播定律 两束光或多束光相遇时，并不因其它光束的
和光的波长的常量，而与入射
角和折射角的大小无关。
续
入射线
媒质1 媒质2
法 入射面 线
射角
入 i1
反 射角
i1´
O
折射线
i2
折射角
反射线
n1 n2
入射媒质
c
的折射率 n1 = v 1
折射媒质
c
的折射率 n2= v 2
.
真空中光速 入射媒质中光速
真空中光速 折射媒质中光速
6
真空的折射率等于1 右表中给出
.
16
例题、（竞赛模拟题）如图，MN 为一竖直墙，一平面镜 OB
绕过 C 点在纸面内转动，转动角速度为ω，在墙上的 A 点有一
水平光轴投射到平面镜上被反射后又射到墙上形成一光点 D，
已知 AC=d，且此刻平面镜与墙面间的夹角为 30°。试求：
（1）此时反射点在墙上移动的速度；
M
D
（2）若平面镜 OB 绕过 O 点在纸面内
着对称关系。
.
18
例题 两个平面镜之间的夹角为45º、60º、120º。而物 体总是放在平面镜的角等分线上。试分别求出像的个数。
.
19
例题、一张照片上同时拍摄物体正面和几个不同侧面的像，可以在物体的
后面放两个直立的大平面镜 AO 和 BO，使物体和它对两个平面镜所成的
像都摄入照像机，如图所示。1 图中带箭头的圆圈 P 代表一个人的头部（其
一些最常见透明 媒质对钠黄光 ( 波长为 589.3 nm ) 的折射率 常用值。
折射率表
常见透明媒质的折射率
媒质
折射率
空气
1.0003
水 酒精 光学玻璃 金刚石
1. 33 1. 36 1.49 1.79 2. 42
绝对折射率是从真空入射到介质；
两种媒质的折射率之比称为相对折射率。
.
7
考查点一、 日食、月食
A．24m B．32m C．40m D．48m
.
14
【生活中的物理】
.
15
例题【动态成像】 （高考模拟题） 某物体可看做为一个点， 其可沿着图中三个方向分别运动，一为与镜面平行方向，一为 与镜面垂直方向，一为与镜面成 30°夹角的方向。若物体始 终以 4m/s 的速度运动，则在上述三种情形中，物体相对于 像运动的速度分别为多大？
法线 从O点作垂直于分界面的直线
入射面 入射线与法线构成的平面
入射角 i1 入射线与法线的夹角 反射线 从O点反射回原媒质的光线
反射角 i1 折射线
反射线与法线的夹角 从O点折入媒质 2 的光线
折射角 i2
折射线与法线的夹角
入射线
媒质1 媒质2
法 入射面 线
射角
入 i1
反 射角
i1´
O
折射线
i2
折射角
.
8
日食
本影区
此处出现 日全食
伪本影区
此处出现 日环食
半影区
此处出现 日偏食
半影区
此处出现 日偏食
.
9
月食
此时地球上 此时地球上 看到月偏食 看到月全食
地球
此时地球上
由于地球看的到本月影偏区食远大于
月地距离故，地球上不会
看到月环食
.
10
考查点一、 平面镜成像
1.平面镜成像 2.组合平面镜 3.双镜面发射
尺寸远小于 OC 的长度），白色半圆代表人的脸部，此人正面对着照相机
的镜头；有斜线的半圆代表脑后的头发；箭头表示头顶上的帽子，2 图为
俯视图，若两平面镜的夹角∠AOB=72º，设人头的中心恰好位于角平分
线 OC 上，且照相机到人的距离远大于到平面镜的距离。(1)试在 2 图中标
出 P 的所有像的方位示意图。(2)在方框中画出照片上得到的所有的像（分
.
11
a.平面镜成像的特点:
1.平面镜所成的像是虚像 2.像的大小与物体的大小相等 3.像与物体到平面镜的距离相等 4.像和物体对应点的连线被镜面垂直且平分
.
12
b.平面镜成虚像的原理
S’
S O
.
13
1.平面镜成像
例题、 （09·全国卷Ⅰ·15） 某物体左右两侧各有一竖直 放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左镜 4m，右镜 8m，如图，物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与 物体的距离是（ ）
B
转动，试求此时反射点在墙上移动的速度。
d A
C O
N
.
17
2.组合平面镜
例题、作出下图中物体 S 在这组平面镜中所成的复像的位置， 并找出复像和物体 S 的位置关系。
用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以 O 为圆心、OS 为半径的圆上，
而且 S 和 S1、S 和 S3、S1和 S2、S2和 S3 之间都以平面镜（或它们的延长线）保持
反射线
n1 n2
各向光学同性媒质，是指沿各个方向其光学性质都相同. 的媒质，例如，空气、水、玻璃等非晶体物质。 5
（1）光的反射定律
i1´= i1
反射线在入射面内； 反射角等于入射角，
（2）光的折射定律
sin i1 sin i2
=
n2 n1
折射线在入射面内；入射角
的正弦与折射角的正弦之比是
一个取决于两媒质的光学性质
高中物理竞赛辅导之
几何光学
江西省萍乡中学 吴志坚
.
1
光线与光束
光线 光束
表示光的能量传播方向的几何线。 由许多光线组合在一起的集合。
几何光学的三条最基本的实验定律：
1. 光的直线传播定律
2. 光的独立传播定律
3. 光的反射和折射定律
.
2
直线传播定律
1. 光的直线传播定律 光在均匀媒质中沿直线传播。
(1)从 C 点射出的光，经几次反射后又 回到 C 点（要求：画出光路图）
（2）该光线从 C 点发出又回到 c 点所用的时间？（设光速 3×108m/s）
别用空白和斜线表示脸和头发，用箭头表示头顶上的帽子）。
A
A
O
B C P
C
O
P
.
20
3.双镜面反射
例题、如图所示，两平面镜 A 和 B 的镜面分别与图中纸面垂 直，两镜面的交线过图中的 O 点，两镜面的夹角 α=15º 今自 A 镜面上的 C 点沿与 A 镜面夹角 β=45 的方向在纸面内射出 一条光线，此光线在两镜面间多次反射 OC=1.0m 试求：
观察者 A 和 B 分别
看到光源 S2 和 S1 ，
ABiblioteka Baidu
不会因为
这两个光源发出的
光线或光束相交 B
而受到影响。
.
S1
S2
4
反、折射定律
3. 光的反射和折射定律
设媒质 1 和媒质 2 都是均匀的透明媒质，而且都是各向同性媒质。 两 媒质的分界面为平面。一入射光线（入射线）从媒质1射到分界面的O点。
极小的 点状光源
不透明物
实物阴影实验
屏
几 何 投 影
屏 物
小孔
像
小孔成像实验
分层均匀媒质，每层中的各段光线为
连续不均匀媒质，视为无限多层无限薄
直线。各层光线的连接可形成一条折线。 . 的均匀媒质层构成，折线可演变成某种曲线3。
独立传播定律
2. 光的独立传播定律 两束光或多束光相遇时，并不因其它光束的
和光的波长的常量，而与入射
角和折射角的大小无关。
续
入射线
媒质1 媒质2
法 入射面 线
射角
入 i1
反 射角
i1´
O
折射线
i2
折射角
反射线
n1 n2
入射媒质
c
的折射率 n1 = v 1
折射媒质
c
的折射率 n2= v 2
.
真空中光速 入射媒质中光速
真空中光速 折射媒质中光速
6
真空的折射率等于1 右表中给出
.
16
例题、（竞赛模拟题）如图，MN 为一竖直墙，一平面镜 OB
绕过 C 点在纸面内转动，转动角速度为ω，在墙上的 A 点有一
水平光轴投射到平面镜上被反射后又射到墙上形成一光点 D，
已知 AC=d，且此刻平面镜与墙面间的夹角为 30°。试求：
（1）此时反射点在墙上移动的速度；
M
D
（2）若平面镜 OB 绕过 O 点在纸面内
着对称关系。
.
18
例题 两个平面镜之间的夹角为45º、60º、120º。而物 体总是放在平面镜的角等分线上。试分别求出像的个数。
.
19
例题、一张照片上同时拍摄物体正面和几个不同侧面的像，可以在物体的
后面放两个直立的大平面镜 AO 和 BO，使物体和它对两个平面镜所成的
像都摄入照像机，如图所示。1 图中带箭头的圆圈 P 代表一个人的头部（其
一些最常见透明 媒质对钠黄光 ( 波长为 589.3 nm ) 的折射率 常用值。
折射率表
常见透明媒质的折射率
媒质
折射率
空气
1.0003
水 酒精 光学玻璃 金刚石
1. 33 1. 36 1.49 1.79 2. 42
绝对折射率是从真空入射到介质；
两种媒质的折射率之比称为相对折射率。
.
7
考查点一、 日食、月食
A．24m B．32m C．40m D．48m
.
14
【生活中的物理】
.
15
例题【动态成像】 （高考模拟题） 某物体可看做为一个点， 其可沿着图中三个方向分别运动，一为与镜面平行方向，一为 与镜面垂直方向，一为与镜面成 30°夹角的方向。若物体始 终以 4m/s 的速度运动，则在上述三种情形中，物体相对于 像运动的速度分别为多大？
法线 从O点作垂直于分界面的直线
入射面 入射线与法线构成的平面
入射角 i1 入射线与法线的夹角 反射线 从O点反射回原媒质的光线
反射角 i1 折射线
反射线与法线的夹角 从O点折入媒质 2 的光线
折射角 i2
折射线与法线的夹角
入射线
媒质1 媒质2
法 入射面 线
射角
入 i1
反 射角
i1´
O
折射线
i2
折射角
.
8
日食
本影区
此处出现 日全食
伪本影区
此处出现 日环食
半影区
此处出现 日偏食
半影区
此处出现 日偏食
.
9
月食
此时地球上 此时地球上 看到月偏食 看到月全食
地球
此时地球上
由于地球看的到本月影偏区食远大于
月地距离故，地球上不会
看到月环食
.
10
考查点一、 平面镜成像
1.平面镜成像 2.组合平面镜 3.双镜面发射
尺寸远小于 OC 的长度），白色半圆代表人的脸部，此人正面对着照相机
的镜头；有斜线的半圆代表脑后的头发；箭头表示头顶上的帽子，2 图为
俯视图，若两平面镜的夹角∠AOB=72º，设人头的中心恰好位于角平分
线 OC 上，且照相机到人的距离远大于到平面镜的距离。(1)试在 2 图中标
出 P 的所有像的方位示意图。(2)在方框中画出照片上得到的所有的像（分
.
11
a.平面镜成像的特点:
1.平面镜所成的像是虚像 2.像的大小与物体的大小相等 3.像与物体到平面镜的距离相等 4.像和物体对应点的连线被镜面垂直且平分
.
12
b.平面镜成虚像的原理
S’
S O
.
13
1.平面镜成像
例题、 （09·全国卷Ⅰ·15） 某物体左右两侧各有一竖直 放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左镜 4m，右镜 8m，如图，物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与 物体的距离是（ ）
B
转动，试求此时反射点在墙上移动的速度。
d A
C O
N
.
17
2.组合平面镜
例题、作出下图中物体 S 在这组平面镜中所成的复像的位置， 并找出复像和物体 S 的位置关系。
用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以 O 为圆心、OS 为半径的圆上，
而且 S 和 S1、S 和 S3、S1和 S2、S2和 S3 之间都以平面镜（或它们的延长线）保持
反射线
n1 n2
各向光学同性媒质，是指沿各个方向其光学性质都相同. 的媒质，例如，空气、水、玻璃等非晶体物质。 5
（1）光的反射定律
i1´= i1
反射线在入射面内； 反射角等于入射角，
（2）光的折射定律
sin i1 sin i2
=
n2 n1
折射线在入射面内；入射角
的正弦与折射角的正弦之比是
一个取决于两媒质的光学性质
高中物理竞赛辅导之
几何光学
江西省萍乡中学 吴志坚
.
1
光线与光束
光线 光束
表示光的能量传播方向的几何线。 由许多光线组合在一起的集合。
几何光学的三条最基本的实验定律：
1. 光的直线传播定律
2. 光的独立传播定律
3. 光的反射和折射定律
.
2
直线传播定律
1. 光的直线传播定律 光在均匀媒质中沿直线传播。
(1)从 C 点射出的光，经几次反射后又 回到 C 点（要求：画出光路图）
（2）该光线从 C 点发出又回到 c 点所用的时间？（设光速 3×108m/s）
别用空白和斜线表示脸和头发，用箭头表示头顶上的帽子）。
A
A
O
B C P
C
O
P
.
20
3.双镜面反射
例题、如图所示，两平面镜 A 和 B 的镜面分别与图中纸面垂 直，两镜面的交线过图中的 O 点，两镜面的夹角 α=15º 今自 A 镜面上的 C 点沿与 A 镜面夹角 β=45 的方向在纸面内射出 一条光线，此光线在两镜面间多次反射 OC=1.0m 试求：