高考复习资料《几何光学》典型例题复习资料

十七、几何光学

在同一均匀介质中 沿直线传播 （影的形成、小孔成像等） 光的反射定律

光的反射 分类（镜面反射、漫反射） 光 平面镜成像特点（等大、对称） 光的折射定律（r

i

n sin sin

） 光从一种介质 光的折射 棱镜（出射光线向底面偏折） 进入另一种介质 色散（白光色散后七种单色光） 定义及条件（由光密介质进入光疏介质、

入射角大于临界角）

全反射 临界角（C ＝arcsin

n

1） 全反射棱镜（光线可以改变900、1800）

一、知识网络

二、画龙点睛

概念

1、光的直线传播

⑴光源：能够自行发光的物体叫光源。光源发光过程是其他形式能(如电能、化学能、原子核能等)转化为光能的过程。

⑵光线：研究光的传播时，用来表示光的行进方向的直线称光线。实际上光线并不存在，而是对实际存在的一束很窄光束的几何抽象。

光束：是一束光，具有能量。有三种光束，即会聚光束，平行光束和发散光束。

⑶光的直线传播定律：光在均匀、各向同性介质中沿直线传播。如小孔成像、影、日食、月食等都是直线传播的例证。

⑷光的传播速度：光在真空中的传播速度c=3×108m／s，光在介质中的速度小于光在真空中的速度。

⑸影：光线被不透明的物体挡住，在不透明物体后面所形成的暗区称为影。影可分为本影和半影，在本影区内完全看不到光源发出的光，在半影区内只能看到部分光源发出的光。如果光源是点光源，则只能在不透明物体后面形成本影；若不是点光源，则在不透明物体后面同时形成本影和半影。

影的大小决定于点光源、物体和光屏的相对位置。

如图A所示，在光屏AB上，BC部分所有光线都照射不到叫做本影，在AB、CD区域部分光线照射不到叫做半影。

A B

如图B所示，地球表面上月球的本影区域可

以看到日全食，在地球上月球的半影区域，可

以看到日偏食。如图C所示，如地球与月亮距离足够远，在A区可看到日环食.

C

例题：如图所示，在A点有一个小球，紧靠小球的左方有一个点光源S。现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是

A.匀速直线运动

B.自由落体运动

C.变加速直线运动

D.匀减速直线运动

解析：小球抛出后做平抛运动，时间t 后水平位移是vt ，竖直位移是h =2

1gt 2，根据相似形知识可以由比例求得t t v gl x ∝=2，因此影子在墙上的运动是匀速运动。

例题： 古希腊某地理学家通过长期观测，发现6月21日正午时刻，在北半球A 城阳光与铅直方向成7.50角下射．而在 A 城正南方,与A 城地面距离为L 的B 城 ，阳光恰好沿铅直方向下射．射到地球的太

阳光可视为平行光，如图所示．据此他估算出了地球的半径．试写出估算地球半径的表达式

R = .

解析：太阳光平行射向地球，在B 城阳光恰好沿铅直方向下射，所以，由题意可知过AB 两地的地球半径间的夹角是 7.50，即AB 圆弧所对应的圆心角就是7.50。如图所示，A 、

B 两地距离L 可看做是弧长，地球的周长为2πR ，由R L

π2=0

0360

5.7,得R =24L /π。

2、光的反射

⑴反射定律⎪⎩

⎪

⎨⎧反射角等于入射角层法线两侧反射光线和入射光线分法线在同一平面内反射光线与入射光线和)))c b a

⑵镜面反射和漫反射都遵守反射定律 ⑶反射定律的应用

①平面镜对光线的作用⎩⎨

⎧②控制光路

①不改变入射光的性质

（图二）

控制光路：

a：平面镜转过角，其反射光线转过角（见图三）

b：互相垂直的两平面镜，可使光线平行反向射光（见图四）

c：光线射到相互平行的两平面镜上，出射光线与入射光线平行（见图五）

⑷平面镜成像

①像的形成:如图所示,光源“S”发出的光线,经平面镜反射后, 反射光线的反向沿长线全部交于“S '”, 即反射光线好像都从点“S '”。（见图六）

②平面镜成像作用

a . 已知点源S,作图确定像S的位置（见图七）

方法: 根据反射定律作出两条入射光线的反射光线,反射光线的反向沿长线的交点即像S’

b . 已知光源S’位置,作图确定能经平面镜观察到（见图八）

S的像S',眼睛所在的范围

方法: ①根据成像规律找到S’

②光线好象从S’射出

c．已知眼睛上的位置,作图确定眼睛经平面镜所能观察到的范围.

方法一: 根据反射定律作用（见图九）

方法二: 光线“好象”直接入射眼睛的像E'(见图十)

③平面镜成像规律：正立、等大、虚像、像与物关于平面镜对称

⑸球面镜：

反射面是球面一部分的镜叫做球面镜。用球面的内表面作反射面的叫凹镜。用球面外表面作反射面的叫凸镜。

凹面镜：具有汇聚作用，使物体成倒立的实像和正立放大的虚像。

凸面镜：具有发散作用，使物体成正立缩小的虚像。可增大成像范围。

具体实例：耳鼻喉科大夫头戴的聚光灯装置是凹面镜，汽车司机旁视镜是凸面镜，其作用是增大视野。

球面镜的焦点和焦距：作为常识一般的了解即可。

凹镜：平行光线射到凹镜面上，反射光线会聚于一点这一点叫凹镜的焦点，用F 表示，是反射光线实际交点是实焦点，如图9所示。顶点P 是镜面的中心点。O 点为球心。连接球心O 与顶点P 的直线叫主光轴又称主轴。焦点到顶点的距离叫焦距。用f 表示，2

R

f =，R 是球的半径。

凸镜：平行光线射到凸镜面上，反射光线的反向延长线会聚于一点，这一点叫凸镜的焦点，因不是反射光线实际交点，是虚焦点。其焦距：2

R

f =，主轴定义与凹镜相同，如图10所示。

例题：一个点光源S 对平面镜成像．设光源不动,平面镜以速率v 沿OS 方向向光源平移，镜面与OS 方向之间的夹角为300，则光源的像S /将( )．

A. 以速率0.5 v 沿S /

S 连线向S 运动

B ．以速率v 沿S /

S 连线向S 运动

C ．以速率3v 沿S /

S 连线向S 运动

D ．以速率2v 沿S /

S 连线向S 运动