12高中物理竞赛及自主招生光-学专题

最新高中物理竞赛及自主招生光学专题

一、知识网络或概要

1、几何光学

光的直进、反射、折射。全反射。

光的色散。折射率与光速的关系。

平面镜成像。球面镜反射成像公式及作图法。薄透镜成像公式及作图法。

眼睛。放大镜。显微镜。望远镜。

2、波动光学

光程。光的干涉和衍射。双缝干涉。单缝衍射

光谱和光谱分析。电磁波谱。

3、光的本性

光电效应。爱因斯坦方程。波粒二象性。光子的能量与动量

二、知识点剖析

1．光的直线传播

（1）、光在均匀媒质中是直线传播的，光在真空中的传播速度为c=3.00×108m/s，在其他媒质中的传播速度都小于c.

（2）、影：光射到不透明的物体上，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域，就是物体的影，在这黑暗区域中完全照不到的区域叫做本影，只有一部分

光照射不到的区域叫做半影。

B为本影区，ACD

B区可看到日全食，A、D区

可看到日偏食；C区可看到

日环食。

月食是月球位于地球阴影区而形成的，若将图中的月球换成地球，则月球位于什么位置时才能看到月食？

2、光的反射

（1）、光的反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面上，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角。

（2）、在光的反射中，光路是可逆的。

①.平面镜就是利用光的反射定律来控制光路和成像的光学器件。.物体在平面镜内可成与物等大的正立虚像，物、像关于镜面对称.在进行平面镜成像作图时，通常先根据物、像对称的特点确定像的位置，再补画必要的入射光线和反射光线。

②球面反射镜

A.成像公式：r

s s 211-='+ B.符号法则：光从左到右入射时，球心C 在顶点O 之左，为凹面镜，则球面半径r<0；若C 在O 之右，为凸面镜，则r>0；物点Q 在顶点O 之左，为实物，则物距s>0；焦距f 的符号规定与s 相同；像点Q '在顶点O 之左，为实像，则s '>0,若Q '在O 之右，为虚像，则s '<0。求解时，提述的已知量，冠以符号法则中所规定的正负号，代入公式。所求的未知量，先不管它的正负号，求解结果必带有应该具有的符号。物点不在轴上时，设它与光轴的垂直距离为y ，则Q 在光轴之上y >0,在光轴之下y<0；其对应的像y '也相同，在光轴之上为y '>0,在光轴下为y '<0。横向放大率y

y v '=，v>0表示像为正立；v<0表示像为倒立。

3．光的折射

（1）、光线从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射现象。光的折射现象遵守折射定律：折射光线在入射光线和法线决定的平面内；折射光线、入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 在折射现象中，光路也是可逆的。

（2）、折射率： 光从真空射入某种介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做介质的折射率。表示为：n=sini ／sinr.实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比：n=c ／v.

两种介质相比较，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做光疏介质.

（3）薄透镜：透镜两球面在光轴上的间距（即厚度）和它的焦距相比可以忽略不计的透镜。通常用符号 和 分别表示薄凸透镜和凹透镜。特点是光线的入射点和出射点相重合。

（4）透镜成像

A.薄透镜成像公式：f

s s 111-='+ 式中f 为薄透镜焦距，s 和s '分别为物距和像距。此公式只有在空气中才适用。

B.符号法则：

①凸透镜的f 为正，凹透镜的f 为负。

②对一般实际物体，物距s 为正。

③对凸透镜成像，像距s '可正可负。s '为正值时，为实像；s '为负值时，为虚像。 ④对凹透镜成像，像距s '恒为负，总成虚像

⑤物（像）高y （y '）在光轴之上，y （y '）为正；在光轴之下，y （y '）为负。横向放

大率y

y v '=为正时，表示像是正立的，为负时表示像是倒立。\v\>1表示放大，\v\>1表示缩小。

（5）成像作图法：主要依据三条特殊光线确定像的位置。

①平行主轴的光线，经凸透镜折射后通过焦点，若为凹透镜，折射光线的反向演唱像通过焦点；

②通过焦点的光线，经凸透镜折射后与主轴平行，若为凹透镜，指向透镜另一侧焦点的光线经折射后与主轴平行；

③通过光心的光线，经透镜后方向不变。

以上三条特殊光线中的任何两条，可以确定像的位置。

④实像和虚像：两条实际光线的交点为实像点；光线反向延长线的交点为虚像点。像点位置确定后，也同时确定了像的虚实、倒正和大小。实像用光屏接收，经光屏的反射用眼观察。虚像必须用眼直接观察。

4．全反射

光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象。发生全反射的条件为：1.光线从光密介质射向光疏介质；2.入射角大于或等于临界角.(光线从某种介质射向真空或空气时的临界角C 为：sinC=n

1) 温馨提示：在运用光的折射定律作光路图和解决实际问题时，首先要判断是否会发生全反射.在确定未发生全反射的情况下，再根据折射定律确定入射角或折射角。

不同频率的色光在同一介质中传播时，该介质对频率较高的色光的折射率大，对频率较低的色光的折射率小.

同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速（v=c/n ）改变，波长亦随之改变（λ=λ0/n,λ0为色光在真空中的波长）

5．光的色散

光线照射到棱镜的一个侧面上时，经两个侧面折射后，出射光线向棱镜的底边偏折.物体经棱镜所成的虚像的位置比物体实际位置向顶角方向偏移.

白光通过棱镜折射后会发生色散现象.光的色散现象表明：(1)白光为复色光；(2)同一介质对不同色光的折射率不同，频率越高的光折射率越大；不同色光在同一介质中的传播速度不同，频率越高的光传播速度越小。

6．折射元件

（1） 眼睛

㈠ 人眼结构：水晶体：即眼珠，由折射率为1.42的胶状透明物质组成的双凸透镜，

前、后面曲率半径分别为1厘米和0.6厘米。

① 玻璃液：水晶体被一种透明淡盐溶液包围，这种溶液称玻璃液，折射率为1.33。 ② 瞳孔：玻璃液被称为巩膜的白色坚韧的膜包围，形成眼球，直径约为2.4厘米。眼球

前方有一小远控，称为瞳孔。外来光束过弱时，瞳孔直径可扩大到0.8厘米。

③ 视网膜：眼球后方有一极薄的膜，称为视网膜。由视神经把视网膜和大脑联系起来。

㈡ 人眼的调节功能：