高三物理几何光学PPT教学课件
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如图所示，设指尖位置在S，玻璃厚度为d， 由指尖发出两条光线，一条垂直于镜面经反 射后沿原光路返回（光线1），一条在镜中与
镜面垂直方向成 角，镜反射后射出镜面时折
射角为 （光线2），光线1、2的反向延长线
的交点即为S的像。
源自文库
由于观察时，和 均很小
所以 SO/2SO
d 2d
①
SO
②
SS
由折射定律 nsi nsin
像的特点
像的位置
倒立、缩小、实像 倒立、等大、实像 倒立、放大、实像 正立、放大、虚像
f＜v＜2f，物像 在透镜两侧
v＝2f，物像在 透镜两侧
v＞2f，物像在 透镜两侧
︱v︱＞u，物像 在透镜同侧
正立、缩小、虚像 物像在透镜同侧
2、薄透镜成像作图
（1）两个基本原则
（2）三条特殊光线 3、薄透镜成像公式 （1）薄透镜成像公式 1 1 1
【析与解】在这一问题中光线先后两次射
到介质表面。第一次在空气和折射率是n1 的内芯的界面；第二次在折射率是n1的内 芯和折射率是n2的外层的界面。现在要求
第二次能发生全反射，入射角 i必 须大于
临界角C（如图所示）。
而第一次的折射角r＝90°－i ，所以r 必须小于90°－ C；第一次的入射角i也必 须小于与之对应的角度。
一、光的直进 1.光的直线传播 2.三种实例（小孔成像、影的形成、日食月食） 3.光速 二、光的反射 1.光的反射现象 2.光的反射定律
三、平面镜 1.平面镜对光束的作用 2.平面镜成像特点 3.平面镜成像作图 （1）根据反射定律作图；（2）根据成像
特点作图。 四、光的折射
1.光的折射现象 2.光的折射定律 3.折射率 4.折射率与光速的关系 5.光路可逆原理
uv f
（2）薄透镜成像的放大率公式 像高 v
m物高 u
八、球面镜成像 1.球面镜成像规律
球面镜类型 物的位置
像的特点
像的位置
凹镜 凸镜
u＞2f u＝2f f＜u＜2f u＜f 任意位置
倒立、缩小、实像 倒立、等大、实像 倒立、放大、实像 正立、放大、虚像
f＜v＜2f，物 像同侧
v＝2f，物像 同侧
（1）人看平面镜中的标杆，不能看到标 杆的全部。画出能被人看到的像的标杆部 分的成像光路图，写出作图步骤。
（2）人看到平面镜标杆的最小刻度和最 大刻度是多少？
光路如图（a）或（b）所示
（2）由△OMF′和△SMD 相似可得 OF OM
SD DM
所以人看到的最小刻度
O F O S M D 4 1 .8 2 .4(m)
v＞2f，物像 同侧
︱v︱＞u，物 像异侧
正立、缩小、虚像 物像异侧
2.球面镜成像作图 3.球面镜成像公式 九、简单的光学仪器
11 1 uv f
1.眼睛
2.显微镜 显微镜的视角放大倍数 3.望远镜 望远镜的放大倍数
MdL f2 f1
M f1 f2
【例1】厚度不计的平面镜MN放在水平地 面上，距离平面镜M端 4cm 处有一根标 杆 OO ,标杆的零刻度线恰在地面，距平面 镜N端2m处直立着一个人SD，人眼离地 面的高度为SD＝1.8m，如图所示，平面 镜的长度MN＝1.0m，标杆足够长。
即：光线从另一端入射时，入射角必须 不大于 arcs时ni1，2n从n22一端射出的光线能在 光纤内传播到另一端射出，而不会从光线 中漏出。
五、全反射 1.全反射现象 2.临界角 3.发生全反射的条件 （1）光从光密介质射到光疏介质； （2）入射角i大于或等于临界角C。 六、棱镜 光的色散 1.棱镜对光线的作用 2.光的色散
七、薄透镜成像 1.薄透镜成像规律
透镜类型 凸透镜 凹透镜
物的位置 u＞2f u＝2f
f＜u＜2f u＜f
任意位置
在空气和内芯的界面上折射
sini sinr
n1
①
在内芯和外层的界面上，考虑发生全反
射的临界情况，有
sinC n2
②
n1
由图示看出 rC90°
③
所以
sirncoCs ④
将④式代入①式，有
sini cosC
n1
而 coCs1si2nC
因此 siin n1 1si2n C
⑤
再将②式代入⑤式，得
siinn1 1n n1 2 2 2 n1 2n2 2
光，由
sinr
sirn 1sn1 iin1211 .532 sirn 2sn2 iin12136 6
分别得进入上表面后的折射角为
r1
arcsin2 3
r2
arcsin6 6
（2）由图示可知
O Adtar1 n O Bdtarn 2
而
AB O AOB a
coi s
即
dtar1 ndtarn 2caoi s
得
d
a
coi(star1n tar2 n)
代入（1）中的结果
可得 tarn 1tan(ar32c)sin7 2
tarn2tan(ar6c6)sin1 5
∴
d
a
710 107a
1( 2 1)
3
27 5
【例4】光导纤维是利用全反射传导光信 号的装置。有一根光导纤维，内芯材料 的折射率为n1，外层材料的折射率为n2 ＜ (n2。若n1使) 从一端射入的光线能在光纤 内传播到另一端射出，而不会从光纤中 漏出，试说明对入射光线的入射角有什 么限制。
DM3
由△ONE′和△SND 相似可得
所以人看到的最大刻度
OE ON SD DN
O E O S N D 5 1 .8 4 .5(m)
DN2
【例2】用折射率为n的玻璃做成一个玻璃镜面， 用手指可以估测它的厚度。请说明具体方法， 并简述理由。
【析与解】用手指跟镜面垂直接触，估计指尖 与它的像间的距离，这个距离的一半与折射 率n 的乘积等于玻璃厚度。
可得 n
③
联立①、②、③式可得
nSO SO 2d SS
∴
d nSS
2
【例3】如图所示，宽为a的平行光束从空气 斜向入射到两面平行的玻璃板上表面，入射 角为45°。光束中包含两种波长的光，玻璃
对这两种波长的光的折射率分别为 n1 1, .5
n2 。3
（1）求每种波长的光射入玻璃板上表面后 的折射角r1，r2； （2）为了使光束从玻璃板下表面出射时能 分成不交叠的两束，玻璃板的厚度d至少为 多少？并画出光路示意图。
【析与解】为了使得从玻 璃板下表面出射时能刚 好分成不交叠的两束， 就应该使得原光束左边 缘光中折射角大的这条 光恰能与右边缘中折射 角小的这条光在下表面 相交，如图所示，O点就是这两条光线的交 点，此时所对应的玻璃板厚度d 就是所 求的厚度。
（1）根据折射定律 n s，in对i 于两种波长的
镜面垂直方向成 角，镜反射后射出镜面时折
射角为 （光线2），光线1、2的反向延长线
的交点即为S的像。
源自文库
由于观察时，和 均很小
所以 SO/2SO
d 2d
①
SO
②
SS
由折射定律 nsi nsin
像的特点
像的位置
倒立、缩小、实像 倒立、等大、实像 倒立、放大、实像 正立、放大、虚像
f＜v＜2f，物像 在透镜两侧
v＝2f，物像在 透镜两侧
v＞2f，物像在 透镜两侧
︱v︱＞u，物像 在透镜同侧
正立、缩小、虚像 物像在透镜同侧
2、薄透镜成像作图
（1）两个基本原则
（2）三条特殊光线 3、薄透镜成像公式 （1）薄透镜成像公式 1 1 1
【析与解】在这一问题中光线先后两次射
到介质表面。第一次在空气和折射率是n1 的内芯的界面；第二次在折射率是n1的内 芯和折射率是n2的外层的界面。现在要求
第二次能发生全反射，入射角 i必 须大于
临界角C（如图所示）。
而第一次的折射角r＝90°－i ，所以r 必须小于90°－ C；第一次的入射角i也必 须小于与之对应的角度。
一、光的直进 1.光的直线传播 2.三种实例（小孔成像、影的形成、日食月食） 3.光速 二、光的反射 1.光的反射现象 2.光的反射定律
三、平面镜 1.平面镜对光束的作用 2.平面镜成像特点 3.平面镜成像作图 （1）根据反射定律作图；（2）根据成像
特点作图。 四、光的折射
1.光的折射现象 2.光的折射定律 3.折射率 4.折射率与光速的关系 5.光路可逆原理
uv f
（2）薄透镜成像的放大率公式 像高 v
m物高 u
八、球面镜成像 1.球面镜成像规律
球面镜类型 物的位置
像的特点
像的位置
凹镜 凸镜
u＞2f u＝2f f＜u＜2f u＜f 任意位置
倒立、缩小、实像 倒立、等大、实像 倒立、放大、实像 正立、放大、虚像
f＜v＜2f，物 像同侧
v＝2f，物像 同侧
（1）人看平面镜中的标杆，不能看到标 杆的全部。画出能被人看到的像的标杆部 分的成像光路图，写出作图步骤。
（2）人看到平面镜标杆的最小刻度和最 大刻度是多少？
光路如图（a）或（b）所示
（2）由△OMF′和△SMD 相似可得 OF OM
SD DM
所以人看到的最小刻度
O F O S M D 4 1 .8 2 .4(m)
v＞2f，物像 同侧
︱v︱＞u，物 像异侧
正立、缩小、虚像 物像异侧
2.球面镜成像作图 3.球面镜成像公式 九、简单的光学仪器
11 1 uv f
1.眼睛
2.显微镜 显微镜的视角放大倍数 3.望远镜 望远镜的放大倍数
MdL f2 f1
M f1 f2
【例1】厚度不计的平面镜MN放在水平地 面上，距离平面镜M端 4cm 处有一根标 杆 OO ,标杆的零刻度线恰在地面，距平面 镜N端2m处直立着一个人SD，人眼离地 面的高度为SD＝1.8m，如图所示，平面 镜的长度MN＝1.0m，标杆足够长。
即：光线从另一端入射时，入射角必须 不大于 arcs时ni1，2n从n22一端射出的光线能在 光纤内传播到另一端射出，而不会从光线 中漏出。
五、全反射 1.全反射现象 2.临界角 3.发生全反射的条件 （1）光从光密介质射到光疏介质； （2）入射角i大于或等于临界角C。 六、棱镜 光的色散 1.棱镜对光线的作用 2.光的色散
七、薄透镜成像 1.薄透镜成像规律
透镜类型 凸透镜 凹透镜
物的位置 u＞2f u＝2f
f＜u＜2f u＜f
任意位置
在空气和内芯的界面上折射
sini sinr
n1
①
在内芯和外层的界面上，考虑发生全反
射的临界情况，有
sinC n2
②
n1
由图示看出 rC90°
③
所以
sirncoCs ④
将④式代入①式，有
sini cosC
n1
而 coCs1si2nC
因此 siin n1 1si2n C
⑤
再将②式代入⑤式，得
siinn1 1n n1 2 2 2 n1 2n2 2
光，由
sinr
sirn 1sn1 iin1211 .532 sirn 2sn2 iin12136 6
分别得进入上表面后的折射角为
r1
arcsin2 3
r2
arcsin6 6
（2）由图示可知
O Adtar1 n O Bdtarn 2
而
AB O AOB a
coi s
即
dtar1 ndtarn 2caoi s
得
d
a
coi(star1n tar2 n)
代入（1）中的结果
可得 tarn 1tan(ar32c)sin7 2
tarn2tan(ar6c6)sin1 5
∴
d
a
710 107a
1( 2 1)
3
27 5
【例4】光导纤维是利用全反射传导光信 号的装置。有一根光导纤维，内芯材料 的折射率为n1，外层材料的折射率为n2 ＜ (n2。若n1使) 从一端射入的光线能在光纤 内传播到另一端射出，而不会从光纤中 漏出，试说明对入射光线的入射角有什 么限制。
DM3
由△ONE′和△SND 相似可得
所以人看到的最大刻度
OE ON SD DN
O E O S N D 5 1 .8 4 .5(m)
DN2
【例2】用折射率为n的玻璃做成一个玻璃镜面， 用手指可以估测它的厚度。请说明具体方法， 并简述理由。
【析与解】用手指跟镜面垂直接触，估计指尖 与它的像间的距离，这个距离的一半与折射 率n 的乘积等于玻璃厚度。
可得 n
③
联立①、②、③式可得
nSO SO 2d SS
∴
d nSS
2
【例3】如图所示，宽为a的平行光束从空气 斜向入射到两面平行的玻璃板上表面，入射 角为45°。光束中包含两种波长的光，玻璃
对这两种波长的光的折射率分别为 n1 1, .5
n2 。3
（1）求每种波长的光射入玻璃板上表面后 的折射角r1，r2； （2）为了使光束从玻璃板下表面出射时能 分成不交叠的两束，玻璃板的厚度d至少为 多少？并画出光路示意图。
【析与解】为了使得从玻 璃板下表面出射时能刚 好分成不交叠的两束， 就应该使得原光束左边 缘光中折射角大的这条 光恰能与右边缘中折射 角小的这条光在下表面 相交，如图所示，O点就是这两条光线的交 点，此时所对应的玻璃板厚度d 就是所 求的厚度。
（1）根据折射定律 n s，in对i 于两种波长的