光学原理复习(13级)
高考物理复习第十三章光学
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拾躲市安息阳光实验学校高考物理复习第十三章光学一、主要内容本章内容包括光的直线传播、棱镜、光的色散、光的反射、光的折射、法线、折射率、全反射、临界角、透镜(凸、凹)的焦点及焦距、光的干涉、光的衍射、光谱、红外线、紫外线、X射线、y射线、电磁波谱、光电子、光子、光电效应、等基本概念,以及反射定律、折射定律、透镜成像公式、放大率计算式,光的波粒二象性等基本规律,还有光本性学说的发展简史。
二、基本方法本章涉及到的方法有:运用光路作图法理解平面镜、凸透镜、凹透镜等的成像原理,并能运用作图法解题;根据透镜成像规律,运用逻辑推理的方法判断物象变化情况。
三、错解分析在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:解题操作过程不规范导致计算错误;将几何光学与物理光学综合时概念不准确;不善于用光路图对动态过程作分析。
【例1 】波长为0.65μm的红光,从空气射入水中,水相对空气的折射率为1.33。
求该光在水中的波长,并判断在水中该光的颜色。
【错解】得波长0.49μm的光是蓝色。
【错解原因】上述求得光在水中的波长为0.49μm是正确的,但用光谱表查得光的颜色却错了。
人眼对光的色觉决定于光的频率而不是波长。
【分析解答】当光从一种媒质进入另一种媒质时,波长变化了,波速也相应变化了,但它的频率却不变。
所以在水中该光仍是红色。
【评析】物理规律的因果关系是有条件的,记忆规律时应该首先弄清规律成立的条件。
凡是波,无论是机械波还是电磁波,只要振源的频率不变,波的频率就不变。
【例2 】一束白光从玻璃里射入稀薄空气中,已知玻璃的折射率为1.53,求入射角为下列两种情况时,光线的折射角各为多少?(1)入射角为50”(2)入射角为30°【错解】r=30°3′r=19°4′【错解原因】此解法中没有先分析判断光线是从光疏媒质进入光密媒质,还是从光密媒质进入光疏媒质,会不会发生全反射。
而是死套公式,引起错误。
[整理]一本资料考天下————理科光学复习.
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第十三章 光学一、光的直线传播1.光在同一种均匀介质中是沿直线传播的前提条件是在同一种介质,而且是均匀介质。
否则,可能发生偏折。
如光从空气斜射入水中(不是同一种介质);“海市蜃楼”现象(介质不均匀)。
当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时,将发生明显的衍射现象,光线将可能偏离原来的传播方向。
解光的直线传播方面的计算题(包括日食、月食、本影、半影问题)关键是画好示意图,利用数学中的相似形等几何知识计算。
例1. 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: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 = gt 2,根据相似形知识可以由比例求得t t vgl x ∝=2,因此影子在墙上的运动是匀速运动。
2.光速光在真空中的转播速度为c =3.00×108m/s 。
⑴光在不同介质中的传播速度是不同的。
根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过c 。
⑵近年来(1999-2001年)科学家们在极低的压强(10-9Pa )和极低的温度(10-9K )下,得到一种物质的凝聚态,光在其中的速度降低到17m/s ,甚至停止运动。
⑶也有报道称在实验中测得的光速达到1011m/s ,引起物理学界的争论。
二、反射 平面镜成像1.像的特点平面镜成的像是正立等大的虚像,像与物关于镜面为对称。
2.光路图作法根据平面镜成像的特点,在作光路图时,可以先画像,后补光路图。
3.充分利用光路可逆在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。
(眼睛在某点A 通过平面镜所能看到的范围和在A 点放一个点光源,该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。
)4.利用边缘光线作图确定范围例2 如图所示,画出人眼在S 处通过平面镜可看到障碍物后地面的范围。
光学复习讲解PPT精品课件
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l2nsin2n
两相邻明纹间距 l
两相邻明纹处劈 尖厚度差 λ/2n
2021/3/1
θ n ek ek+1 ek+1- ek
对于空气:n≈1, 厚度差为 λ/2
11
二. 牛顿环
设薄膜折射率为 n ,则 在有半波损失时的光程差
C R
r O
e r2 e 2R
2 n e 2 n R r2 2 (2 k k 1 ) 2k k 0 1 ,,1 2 ,,2 ,
a b
d
刻痕,遮光
未刻,缝透光
透20射21/3光/1 栅: 刻痕玻璃
l
光栅常数: dab l N
(103 ~104cm )
18
二. 光栅的衍射图样
光源
狭缝
狭缝处形成缝光源
平行光管
衍射角
光栅
光 望远镜 屏
k
r1r2
(2k1)
2021/3/1
2
相长 相消
k0,1,2
k0,1,2
4
§14-2 杨氏双缝干涉实验
初相相同的两相干波叠加 后加强与减弱的条件为:
r2r1xD d(2kk1)2
加强 减弱
S1
r1
dM
r2
S2 B
D
波程差计算
x
P·
x
O
x(2kkD d1)D d, 2k,k0,1,12,,2,3,
获得相干光的两种方法:
原子发出的有限长波列。
分波阵面法
分振幅法
S1 S
*
S2
2021/3/1
s
n1 n2
12 a
c3
n1
b
P
e
P 3
高中物理光学复习要点
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高中物理光学复习要点高中物理中的光学部分是比较难理解的,但是它是非常重要的一门学科,因为我们的日常生活中充满着光。
复习光学时,一定要有一个系统的复习计划。
下面,本文将为大家介绍几个光学复习要点。
1. 光的传播与光源光可以被认为是一种波动形式,其传播速度是光速。
光的起源可以是自然或人造的光源,如太阳、灯泡等。
人类发现最早的光源是太阳。
良好的光源需要具有稳定性、亮度、色温等特性。
2. 光的反射和折射光束遇到边缘时可能会经历反射或折射。
镜子或其他光滑而有光反射能力的表面可以反射光。
折射是当光从一个媒介到另一个媒介时改变方向的现象。
在空气中,光是直线传播的,但在其他媒介中,如水和玻璃,光传播时会发生弯曲。
这种现象由光速不同引起的。
3. 光的成像成像是描述物体被物体前的透镜(如眼镜或相机中的透视镜头)所呈现在感光体(如眼睛或相机中的感光后器)上的过程。
物体和透视镜头之间的距离影响透镜的倍率。
透镜和眼睛的焦点距离影响眼睛的后物距和视力。
如果相片或图像的焦点不是正确的距离,那么图像会失去清晰度。
4. 光的波动性当光遇到障碍物时,有一种现象,称为光衍射。
光线的光束,经过缝隙或其他不在光路上的障碍物时,会向侧方弯曲。
衍射出的光往往是一个清晰的周围,被称为衍射图。
这是由于光的波动性所引起的。
5. 光的颜色我们可以从彩虹和色彩电视机来了解颜色。
太阳在被云彩挡住的时候,可以发现一个个美丽的五颜六色的环带,这就是彩虹。
彩虹的出现是由于太阳光在雨水珠中的折射、反射、折射而形成的,造成了光的不同波长分离的现象。
以上是一些关于高中物理光学部分的复习要点,希望大家在备考过程中可以充分掌握这些知识点,以便更好地实现目标。
光学13-1
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色光 折射率 临界角
紫 1.532
蓝 1.528
绿 1.519
黄 1.517
橙 1.514
红 1.513
40.75° 40.88° 47.17° 41.23° 41.34° 41.37° ° ° ° ° ° °
RJ版 RJ版 · 物理
新课标高考总复习
A.紫光最先消失,最后剩下红光和橙光 紫光最先消失, 紫光最先消失 B.紫光最先消失,最后剩下黄光、橙光和红光 .紫光最先消失,最后剩下黄光、 C.红光最先消失,最后剩下紫光和蓝光 .红光最先消失, D.红光最先消失,最后剩下紫光 .红光最先消失, [解析 解析] 解析 各种色光均以相同的入射角射向某种介质时, 各种色光均以相同的入射角射向某种介质时 , 由于介质 对不同色光的折射率不同,所以折射角就不同.介质对它的折射率越大, 对不同色光的折射率不同,所以折射角就不同.介质对它的折射率越大, 在 AB 界面上 折射 时的折 射角 越小 , 而在 AC界 面上 对应的 入射 角 越 界 当入射角减小时,折射光在AC面上的入射角增大 面上的入射角增大. 大 . 当入射角减小时 , 折射光在 面上的入射角增大 . 当入射角减为 零时,所有光线到 面上时入射角均为 面上时入射角均为θ= 零时,所有光线到AC面上时入射角均为 =41.30°,结合上表可知:紫、 ° 结合上表可知: 面发生全反射, 蓝、绿、黄四色光均在AC面发生全反射,且紫光最先消失,故A选项正 黄四色光均在 面发生全反射 且紫光最先消失, 选项正 确. [答案 答案] 答案 A
光的折射定律 Ⅱ 折射率 Ⅰ 全反射、光导纤维Ⅰ 全反射、光导纤维Ⅰ 光的干涉、 光的干涉、衍射和偏振现 象 Ⅰ 实验: 实验:测定玻璃的折射率 实验: 实验:用双缝干涉测光的 波长
初中物理《光学》总复习 课件
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光的折射考点解析
光的折射现象及规律
折射现象在生活中的应用
添加标题
添加标题
折射率的概念及计算方法
添加标题
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折射考点在中考中的地位和分值
光的色散考点解析
光的色散原理:不同颜色的 光具有不同的波长,当它们 经过棱镜时折射率不同
光的色散定义:白光通过棱 镜后被分解成各种颜色的光
光的色散现象:红、橙、黄、 绿、蓝、靛、紫七种颜色依
光的折射现象: 光从一种介质斜 射入另一种介质 时,传播方向发 生改变,从而使 光线在不同介质 表面发生偏折。
光的折射规律: 入射光线、折射 光线和法线在同 一平面内,入射 光线和折射光线 分居法线两侧, 入射角大于折射
角。
光的折射应用实 例:水池底看起 来比实际的要浅; 插入水中的筷子 向上弯折;海市
光的色散应用:彩虹、眼镜等
03
光学实验与探究
光的直线传播实验
实验目的:探究光在同种均匀 介质中沿直线传播的现象
实验器材:激光笔、水、玻璃 砖、果冻等
实验步骤:在水、玻璃砖、果 冻等介质中观察光的传播路径
实验结论:光在同种均匀介质 中沿直线传播,遇到不同介质 时会发生折射现象
光的反射实验
实验目的:探究光的反射规律
05
光学考点解析与解题技巧
光的直线传播考点解析
光的直线传播 的概念:光在 同种均匀介质 中沿直线传播
光的直线传播 的应用:小孔 成像、影子的 形成、日食月
食等
光的直线传播 的规律:光在 同种均匀介质 中沿直线传播, 遇到障碍物时, 光将发生反射
和折射
光的直线传播 的注意事项: 光速不变原理、 光的直线传播 与光的传播速 度的特点可结
光学原理知识点总结
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光学原理知识点总结光学是研究光的传播、反射、折射和吸收等规律的科学。
光学原理是描述光的性质和行为的基础理论,它包括光的波动性质、光的粒子性质、光的传播规律、光的折射和反射规律、光的干涉和衍射现象等内容。
在日常生活和科学研究中,光学原理具有重要的应用价值。
光的波动性质光是一种电磁波,它的波长范围约为400nm至700nm,对应的频率范围约为430THz至750THz。
光的波动性质表现在光的传播过程中,它遵循波动方程和波动规律,如叠加原理、干涉现象等。
光的波长和频率决定了光的颜色和能量,不同的波长对应不同的颜色,而不同的频率对应不同的能量。
光的粒子性质根据光的波动性质和粒子性质,光可以被视为一种波动粒子,即光子。
光子是光的基本组成粒子,它具有一定的能量和动量,可以通过电磁相互作用来传播光的信息。
光子的能量和动量与光的波长和频率有直接关系,符合普朗克关系和爱因斯坦光电效应等基本理论。
光的传播规律光在真空中传播的速度是一个常数,即光速最大极限值是3.00×10^8米/秒。
在介质中传播时,光的速度会发生变化,根据光的波长和介质的折射率可以确定光在介质中的传播速度。
光的传播方向遵循直线传播原理,可以通过几何光学和光学成像等理论来描述光的传播轨迹和规律。
光的反射和折射规律当光线遇到介质表面时,会发生反射和折射现象。
光的反射规律是根据光线的入射角和反射角之间的关系,可以用反射定律来描述。
光的折射规律是根据光线的入射角和折射角之间的关系,可以用折射定律来描述。
这些定律是光学原理中的基本规律,可以用来解释镜面反射和透明介质中的折射现象。
光的干涉和衍射现象光的干涉和衍射是光学原理中重要的现象,它们反映了光的波动性质在一些特定条件下的表现。
光的干涉现象是两束或多束光线相互叠加时产生的明暗条纹,可以解释由此产生的干涉条纹和干涉图案。
光的衍射现象是光通过狭缝或物体边缘时产生的波的弯曲和扩散,表现为明暗条纹和彩色光晕,可以解释由此产生的衍射图案和衍射效应。
大学《光学》复习要点
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,R kN kN
15、光学仪器的像分辨本领:
艾里斑:
1.22
D
, D 2a
D
瑞利判据: m 1.22
16、马吕斯定律: E E E0 cos
I I 0 cos
2
IM Im I P IP 17、偏振度: P IM Im Fra bibliotek In IP
18、巴比涅原理 19、瑞利判据 20、马吕斯定律 21、布儒斯特定律 22、光的偏振态:自然光、线偏振光、 部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光 23、双折射:o光和e光 24、光的本性
二、基本公式及知识点
sin i1 n2 n12 1、折射定律: sin i2 n1 n i c arcsin 2 , n1 n 2 n 2、全反射: 1 min sin 2 n
2f
暗纹条件:sin
14、多缝夫琅和费衍射和光栅: 多缝衍射的强度公式:
d sin N 2 a sin , I I0 ( ) ( ) sin , sin
2
sin
暗纹条件:
m d sin ( k ) N
k 0, 1, 2, 3, m 1, 2,3, , N 1
2
L
4 nh cos i
I0 IR (1 R)2 1 4 R sin 2 ( / 2)
半角宽的具体计算:
1 R ik 4 nh sin ik 2 nh sin ik R
12、菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射: 1 半波带法: A( P0 ) [ A1 (1)( n 1) An ] 2 矢量图解法:
光学原理复习(13级)
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一. 解释概念 1.高斯光束的准直距离答:一般认为基模高斯光束在瑞利长度200/z w πλ= 范围内是近似平行的,因此也把瑞利距离长度称为准直距离。
2.相速度和群速度答:a.等相面沿其法线向前推进的速度——相速度 b.等幅平面的传播速度,这个速度称为群速度。
3.左旋圆偏振光答:满足2220xy E E E +=,E y 比E x 的相位落后π/2,sin δ <0 ,称为左旋圆偏振光。
4.倏逝波答:全反射时,光波不是绝对地在界面上被全部返回第一介质,而是透入第二介质大约一个波长的深度,并沿着界面流过波长量级距离后重新返回第一介质,再沿反射方向射出。
这个沿第二介质表面流动的波就称为倏逝波。
5.电磁波的能量密度和能流密度答:a.能量密度是单位体积内电磁场的能量。
b.能流密度是单位时间内垂直通过单位面积的电磁能。
6.等倾干涉和等厚干涉答:a.凡入射角(倾角)相同的光,形成同一干涉条纹。
因此把这种干涉称为等倾干涉。
b.等厚干涉是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹.薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹,故称等厚干涉.7.时谐电磁波答:所谓时谐波是指空间每点的振动是时间变量的谐函数的波。
8.空间频谱答:傅氏变换F (f x , f y ) 也称为f ( x , y ) 的空间频率谱,简称空间频谱。
9.受挫全反射答:对介质2中透射场的任何干扰都会直接影响全反射光的强弱。
10.负折射率介质答:电场、磁场和波矢三者之间构成左手关系的非常规材料(也就是折射率为负的材料),现在也称为左手材料(left-handed materials ,简称LHM ) ,或负折射率介质。
11.非定域干涉答:在两束光的叠加区内,到处都可以观察到干涉条纹, 只是不同地方条纹的间距、形状不同而已。
这种在整个光波叠加区内,随处可见干涉条纹的干涉, 称为非定域干涉。
12.相干长度答:波长宽度为Δλ的光源,能够产生干涉条纹的最大光程差,称为相干长度。
光学原理复习(13级).doc
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一. 解释概念1.高斯光束的准直距离答:-•般认为基模高斯光束在瑞利长度/2范围内是近似平行的,因此也把瑞利距离长度称为准直.距离。
2.相速度和群速度答:a.等相面沿其法线向前推进的速度——相速度b.等幅平面的传播速度,这个速度称为群速度。
3.左旋圆偏振光答:满足E?*E? = E:),Ey比的相位落后冗/2, sin 5 <0 ,称为左旋圆偏振光。
4.倏逝波答:全反射时,光波不是绝对地在界面上被全部返回第一介质,而是透入第二介质大约一个波长的深度,并沿着界面流过波长量级距离后重新返M笫一介质,再沿反射方向射出。
这个沿第二介质表面流动的波就称为倏逝波。
5.电磁波的能量密度和能流密度答:a.能量密度是单位体积内电磁场的能量。
b.能流密度是单位时间内垂直通过单位面积的电磁能。
6.等倾干涉和等厚干涉答:a.凡入射角(倾角)相同的光,形成同一干涉条纹。
因此把这种干涉称为等倾干涉。
b.等厚干涉是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹.薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹,故称等厚干涉.7.时谐电磁波答:所谓时谐波是指空间每点的振动是时间变量的谐函数的波。
8.空间频谱答:傅氏变换也称为的空间频率谱,简称空间频谱。
9.受挫全反射答:对介质2中透射场的任何干扰都会直接影响全反射光的强弱。
10.负折射率介质答:电场、磁场和波矢三者之间构成左手关系的非常规材料(也就是折射率为负的材料),现在也称为左手材料(left-handed materials,简称LHM ),或负折射率介质。
11 .非定域干涉答:在两束光的叠加区内,到处都可以观察到干涉条纹,只是不同地方条纹的间距、形状不同而已。
这种在整个光波叠加区内,随处可见干涉条纹的干涉,称为非定域干涉。
12.相干长度答:波长宽度为△入的光源,能够产生干涉条纹的最大光程差,称为相干长度。
13.驻波答:两个频率相同,振动方向相同而传播方向相反的相干光波,在同一直线上沿相反方向传播时,控加而形成的波就叫做驻波。
光学(原卷版)—2025年高考物理一轮复习知识清单
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光学折射和全反射的综合问题掌握光的折射定律和折射率,并会计算相应的习题;掌握光的全反射现象及其产生的条件,并会用进行相关计算,了解光纤的工作原理;掌握光的干涉、衍射和偏振现象和对应的产生条件;会根据干涉条纹进行简单的计算。
核心考点01光的反射和折射一、光的反射 (3)二、光的折射 (3)三、折射率 (3)核心考点02 全反射 (5)一、光密介质和光疏介质 (5)二、全反射 (5)三、三种光学模型的光路特点 (6)四、光的折射和全反射问题的解题要点 (7)五、光的色散 (8)核心考点03光的干涉、衍射和偏振 (8)一、光的干涉 (9)二、光的衍射 (11)三、光的偏振 (13)核心考点01 光的反射和折射一、光的反射1、定义光从第1种介质射到它与第2种介质的时,一部分光会到第1种介质的现象。
分子的质量:数量级为10-26 kg。
2、反射定律反射光线与光线、处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的。
反射角入射角。
【注意】对于每一条入射光线,反射光线是唯一的,在反射现象中光路是可逆的。
3、图像二、光的折射1、定义光由一种介质射入另一种介质时,在两种介质的界面上将发生光的传播方向的现象叫光的折射。
2、折射定律折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
表达式:sinθ1sinθ2=n12,式中n12是比例常数。
3、光路可逆性在光的反射和折射现象中,光路都是可逆的。
如果让光线逆着出射光线射到界面上,光线就会原来的入射光线出射。
4、图像三、折射率1、定义光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的 与折射角的 之比,叫这种介质的折射率。
2、定义式n =sin θ1sin θ2。
折射率,光从真空射入到该介质时偏折 。
3、意义反映介质的光学性质的物理量。
4、折射率的理解某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c 跟光在这种介质中的传播速度v 之比,即vc n =,因v c >,所以任何介质的折射率n 都大于1。
13光学知识总结1
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13光学知识总结1§13.1 光是电磁波⼀、光的本质:具有波粒⼆象性。
波动性:光的传输过程;粒⼦性:光与物质的相互作⽤过程。
⼆、电磁波的产⽣与传播电磁波是横波,三个⽮量满⾜右螺旋关系,0(,)cos ()y E y t E t k uω=-0(,)cos ()y H y t H t i u ω=-介质中电磁波的传播速度决定于介质的介电常数和磁导率u =真空中的光速812.99810m s c -==??。
介质中的折射率cn u== 电磁波的能量密度22e m 1()2w w w E H εµ=+=+坡印亭⽮量(表⽰电磁波的能流密度)S E H ≡?。
把⼀个周期内的平均能流密度定义为光强I ,⼀般有I 正⽐于2E 。
§13-2光源光的⼲涉⼀、光源的分类:普通光源(⾃发辐射),激光光源(受激辐射)。
⼆、光波的叠加频率相同、光⽮量振动⽅向平⾏、相位差恒定(相⼲条件)的两束简谐光波(相⼲光)相遇时,在光波重叠区,发⽣⼲涉现象(相⼲叠加)。
叠加后光强为12I I I ?=++?。
可见叠加后的强度取决于两束光的相位差。
若12I I =,124k I I ?π=±=,相⼲相长;(21)0k I ?π?=±+=,相⼲相消。
不满⾜相⼲条件的光之间发⽣⾮相⼲叠加,12I I I =+。
§13-3 获得相⼲光的⽅法光程光程差⼀、获得相⼲光的⽅法通常利⽤光具组将同⼀波列分解为⼆以得到相⼲光束,有两种⽅法:分波前法(杨⽒双缝⼲涉)和分振幅法(薄膜⼲涉)。
⼆、光程光程差(1)当在真空中时,两光源的光传到P 点时的相位差为21212πr rλ-?=--分为初相位差和路程引起的相位差。
P 点的光强仍然由相位差与π的倍数决定,奇数倍相消,偶数倍相长。
(2)当在介质中时,其他都不变,只是光的波长改变(由于传播速度改变,频2211212πn r n r ??λ-?=--因此将介质折射率与光的⼏何路程之积为δ。
光学复习题及答案
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光学复习题及答案1. 光的干涉现象是如何产生的?答:光的干涉现象是由于两个或多个相干光波相遇时,由于光波的相位差导致光强的增强或减弱。
当两波的相位差为0或2π的整数倍时,光波相互加强,形成亮条纹;当相位差为π或奇数倍π时,光波相互抵消,形成暗条纹。
2. 描述光的衍射现象及其应用。
答:光的衍射现象是指光波遇到障碍物或通过狭缝时,光波会偏离直线传播路径,向障碍物的阴影区域或狭缝的两侧弯曲。
衍射现象的应用包括光栅光谱分析、光学成像系统的设计等。
3. 什么是偏振光?偏振光有哪些应用?答:偏振光是指光波的电场矢量在特定方向上振动的光。
偏振光的应用包括偏振太阳镜减少眩光、液晶显示技术以及光学显微镜中的偏振滤光片等。
4. 简述全反射现象及其条件。
答:全反射现象是指光从光密介质射向光疏介质时,当入射角大于临界角时,光波完全反射回光密介质中,不会发生折射。
全反射的条件是光必须从光密介质射向光疏介质,且入射角大于临界角。
5. 什么是色散现象?色散现象如何影响光学系统?答:色散现象是指不同波长的光在介质中传播速度不同,导致光的分散。
在光学系统中,色散现象会导致成像模糊、色差等问题,需要通过设计合适的光学系统来校正色差。
6. 光的波动性和粒子性是如何体现的?答:光的波动性体现在光的干涉、衍射和偏振等现象中,而粒子性则体现在光电效应和康普顿散射等现象中。
光的波动性和粒子性是光的波粒二象性的表现。
7. 描述光的多普勒效应及其应用。
答:光的多普勒效应是指当光源和观察者之间存在相对运动时,观察者接收到的光波频率会发生变化。
多普勒效应的应用包括雷达测速、天文学中测量恒星的相对速度等。
8. 什么是光的相干性?如何提高光的相干性?答:光的相干性是指光波之间的相位关系。
提高光的相干性可以通过使用激光光源、使用干涉滤光片等方法来实现。
9. 简述光的波粒二象性。
答:光的波粒二象性是指光既表现出波动性也表现出粒子性。
在某些实验中,光表现为波动,如干涉和衍射现象;而在其他实验中,光表现为粒子,如光电效应。
光学13-7
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e光
o光 e光
第14章 波动光学
4
3. 光轴平行晶体表面,自然光垂直入射
o光
•
• e光
•
•
• •
e光
• •
o光
•
此时,o, e 光传播方向相同,但传播速度不同。从晶体出
射后,二者产生相位差。
第14章 波动光学
5
三. 晶体偏振器
no (1.658) n(1.655) ne (1.486)
1. 尼科耳棱镜 ••
5. 正晶体、负晶体
o 光:
no
c vo
( o 光主折射率)
vot
光轴
• ••• ••
• • •• • •• •• •
e 光:
ne
c ve
( e 光主折射率)
光轴 vot
vet
第14章 波动光学
2
正晶体
vo ve no ne
光轴
vot • vet
负晶体
vo ve no ne
光轴
•
( 平行光轴截面 )
1.22
D
光学仪器的分辨本领
R
1
D
1.22
第14章 波动光学
11
光的偏振
获得偏光的方法: 1、人造偏振片
马吕斯定律 2、介质界面反射光和折射光是部分偏振光
布儒斯特定律 3、单轴负晶体中光的双折射
如何将o、e光分开 各种偏振棱镜
第14章 波动光学
第14章结束
12
3. 晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射,该 方向称为晶体的光轴。例如 方解石晶体(冰洲石)
光轴是一特殊的方向,凡平行于此
光轴
第十三章光学电磁波相对论131新课标复习资料

金版教程
高三物理
基 础 知 识
类别 平行玻璃砖
项目
三棱镜
梳
理
圆柱体(球)
随
堂
针
对
训
练
考
技
案 例 导 析
对光线 的作用
通过三棱镜的 圆界面的法线
通过平行玻璃 光线经两次折 是过圆心的半
限 时 规
易 错 易 混
砖的光线不改 射后,出射光 径,光线经过
范 特
变传播方向, 线向棱镜底面 两次折射后向 训
分 析
限 时
规
易 错 易
[答案]
n22-sinsθin1 2θ1l
范 特 训
混
分
析
选修3-4
第十三章 光学 电磁波 相对论
金版教程
高三物理
基 础
[练习1] 如图所示,一个截面为直角三角形的玻璃
知 识 梳 理
砖放在水平面上,折射率n=
2 .入射光线垂直于AB边从
随 堂
针
F点射入玻璃砖,经E点折射后到达地面上的P点,已知
选修3-4
第十三章 光学 电磁波 相对论
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高三物理
第1单元 功和功率
选修3-4
第十三章 光学 电磁波 相对论
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基 础 知 识 梳 理 考 技 案 例 导 析 易 错 易 混 分 析
选修3-4
基础知识梳理
高三物理
随 堂 针 对 训 练 限 时 规 范 特 训
第十三章 光学 电磁波 相对论
训 练
考
技 案
折射角随光路可逆而“换位”,因此,在应用时折射率
例
导 析
可记忆为n=
sin真空角 sin介质角
光学原理知识点梳理
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光学原理知识点梳理光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象的科学。
在现代科技中,光学应用广泛,涉及到光学仪器、光纤通信、激光技术等领域。
本文将对光学原理的一些重要知识点进行梳理,帮助读者更好地理解光学的基本原理。
1. 光的传播速度光在真空中的传播速度是一个常数,约为每秒299,792,458米,通常记作c。
光在不同介质中的传播速度会发生改变,根据斯涅尔定律,光在不同介质中传播时会发生折射现象。
2. 光的反射和折射光的反射是指光线遇到界面时,一部分光线返回原来的介质中。
反射遵循反射定律,即入射角等于反射角。
光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时,改变传播方向的现象。
折射遵循斯涅尔定律,即折射角的正弦与入射角的正弦成反比。
3. 光的干涉和衍射光的干涉是指两个或多个光波相遇时产生的干涉现象。
干涉可以分为构造干涉和破坏干涉。
构造干涉是指两个光波相遇时,波峰与波峰、波谷与波谷相重叠,使得光强增强。
破坏干涉是指两个光波相遇时,波峰与波谷相重叠,使得光强减弱。
光的衍射是指光通过一个小孔或绕过障碍物后,发生弯曲和扩散的现象。
4. 光的偏振光的偏振是指光波中的振动方向。
自然光是指光波的振动方向在各个方向上都有,而偏振光是指光波的振动方向只在一个方向上的光。
光的偏振可以通过偏振片来实现,偏振片可以选择性地通过某个方向的偏振光,从而实现光的偏振控制。
5. 光的色散光的色散是指光在通过介质时,不同波长的光发生不同程度的折射现象。
光的色散是由于介质对不同波长的光的折射率不同所引起的。
常见的色散现象包括光的折射色散和光的色散成像。
6. 光的成像光的成像是指通过光学系统将物体的信息转化为图像的过程。
光的成像可以通过透镜和反射镜等光学元件来实现。
透镜可以将光线聚焦到一个点上,形成实像或虚像。
反射镜利用反射原理将光线反射,形成实像或虚像。
以上是对光学原理的一些重要知识点进行的梳理。
光学原理是理解光学现象和应用的基础,对于从事光学相关领域的科学家和工程师来说,掌握光学原理是非常重要的。
高才第一轮复习讲义第十三讲光学

第十三讲 光学第一节 几何光学1、光的传播规律〔1〕光的直线传播规律、光速光在同种均匀介质中总是沿直线传播。
各种频率的光在真空中传播速度均为 C=3×108m/s各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度,即 v<C同一种频率的光在不同介质中传播速度一般不同;不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同。
在同一种介质中,频率越低的光其传播速度越大。
(2) 影:AB 是发光物体,CD 是不透明物体,在物体CD 的背光面,区域Ⅰ是 一个光线照不到的黑暗区域,称为本影区;区域Ⅱ只有光源上端发出的 局部光线能照射到,称为半影区;区域Ⅲ只有光源下端发出的局部光线能照射到,也称为半影区;区域Ⅳ只有光源两端发出的局部光线能照到, 而光源中间局部发出的光线照射不到,这个区域称为伪本影区.(3)月食、月食现象:I. 图是发生日食现象的示意图,当月球位于日、地之间时,假设月、地之间相距较近,地面上C 、 D 两点之间的人可看到日全食...;A 、C 之间和D 、B 之间的人可看到日偏食....假设月、地之间相距较远,地面上E 、F 两点之间的人可看到日环..食.. II. 图是发生月食现象的示意图,当月球 处在地球的本影区域内时,月球没有阳光 可反射,地球上的人可看到月全食...;当月 球的一局部在本影区域内、一局部在半影 区域内,地球上的人可看到月偏食....假如月 球全部处在地球的半影区域内,它的向阳.2、光的反射与折射 〔1〕折射率:光从空气或真空中射入到某种介质内部时,入射角的正弦与折射角正弦的比值大小就叫做该种介质的折射率.vcr i n ==sin sin >1.〔2〕在反射和折射现象中光路是可逆的. 〔3〕折射率与光速间关系为vc n =〔4〕由于不同频率的光在同一种介质中传播速度不同,所以,同一种介质对不同频率的光的折射率也不同。
由此可知:折射率反映的不仅仅是介质的属性,而应该是反映了光与介质的光属性间的某种关系。
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一. 解释概念 1.高斯光束的准直距离答:一般认为基模高斯光束在瑞利长度200/z w πλ= 范围内是近似平行的,因此也把瑞利距离长度称为准直距离。
2.相速度和群速度答:a.等相面沿其法线向前推进的速度——相速度 b.等幅平面的传播速度,这个速度称为群速度。
3.左旋圆偏振光答:满足2220xyE E E +=,E y 比E x 的相位落后π/2,sin δ <0 ,称为左旋圆偏振光。
4.倏逝波答:全反射时,光波不是绝对地在界面上被全部返回第一介质,而是透入第二介质大约一个波长的深度,并沿着界面流过波长量级距离后重新返回第一介质,再沿反射方向射出。
这个沿第二介质表面流动的波就称为倏逝波。
5.电磁波的能量密度和能流密度答:a.能量密度是单位体积内电磁场的能量。
b.能流密度是单位时间内垂直通过单位面积的电磁能。
6.等倾干涉和等厚干涉答:a.凡入射角(倾角)相同的光,形成同一干涉条纹。
因此把这种干涉称为等倾干涉。
b.等厚干涉是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹.薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹,故称等厚干涉.7.时谐电磁波答:所谓时谐波是指空间每点的振动是时间变量的谐函数的波。
8.空间频谱答:傅氏变换F (f x , f y ) 也称为f ( x , y ) 的空间频率谱,简称空间频谱。
9.受挫全反射答:对介质2中透射场的任何干扰都会直接影响全反射光的强弱。
10.负折射率介质答:电场、磁场和波矢三者之间构成左手关系的非常规材料(也就是折射率为负的材料),现在也称为左手材料(left-handed materials ,简称LHM ) ,或负折射率介质。
11.非定域干涉答:在两束光的叠加区内,到处都可以观察到干涉条纹, 只是不同地方条纹的间距、形状不同而已。
这种在整个光波叠加区内,随处可见干涉条纹的干涉, 称为非定域干涉。
12.相干长度答:波长宽度为Δλ的光源,能够产生干涉条纹的最大光程差,称为相干长度。
13.驻波答:两个频率相同,振动方向相同而传播方向相反的相干光波,在同一直线上沿相反方向传播时,叠加而形成的波就叫做驻波。
二.简答题1,.简述菲涅尔棱镜的工作原理答:利用全反射时的相位变化特性,选取适当的折射率n 和入射角可以得到反射光中s 和p 分量特定的相位差,从而改变入射光的偏振状态。
2.两相干光束强度悬殊时为什么观察不到清晰的干涉图样 答:定义干涉条纹可见度(对比度) 为:MmMm V I I II -=+ ,当两相干光束强度悬殊时,M I 几乎等于m I ,V 接近于零,所以观察不到清晰的干涉图样。
3.光的偏振态有哪些表示方法答:1、三角函数表示法,2、琼斯矢量表示法 3、斯托克斯矢量表示法4、邦加球表示法。
4.关于光的空间相干性问题中,光源的临界宽度和许可宽度是如何定义的答:使干涉条纹可见度为零的光源宽度称为临界宽度。
一般认为,光源宽度不超过临界宽度的1/4时, V=0.9,条纹的可见度尚可。
这时的光源宽度称为允许宽度。
5.用单色球面波照射单缝衍射实验装置能否观察到夫琅禾费衍射?为什么?答:不能。
因为要发生夫琅禾费衍射,单缝距光源和接受屏均为无限远或者接近于无限远,即入射波和衍射波都要是平面波,对于球面波,只能发生菲涅尔衍射,不能发生夫琅禾费衍射。
6.何谓光的时间相干性和空间相干性答:光的时间相干性是指光源单色性对干涉条纹可见度的影响,实际光源包含有一定的光谱宽度Δλ,每一种波长的光都生成各自的一组干涉条纹,各组条纹除零级外,均有位移,相对位移量随光程差Δ的增大而增大,则条纹可见度随着光程差的增大而下降,最后降为零。
光的空间相干性是指光源实际大小对干涉条纹可见度的影响,有一定大小的光源看作是由许多个点光源组成的,每个点光源都将通过干涉系统在干涉场中产生各自的一组干涉条纹,这些干涉条纹之间有位移,干涉场中的总光强分布为各条纹强度的总和,暗条纹的强度不为零,可见度下降。
7.试列举出你认为光具有波动性的实验答:干涉:1、杨氏双缝实验2、牛顿环实验3、迈克尔孙干涉仪4、法布里-珀罗干涉仪。
衍射:1、夫琅禾费衍射实验2、菲涅耳衍射实验8.迈克尔逊干涉仪的双光束干涉图样和法布里波罗干涉仪的干涉图样有何异同?答:同:都是内疏外密的同心圆环。
异:法布里-珀罗干涉仪的分辨本领比迈克尔孙干涉仪的分辨本领强。
9、惠更斯—菲涅尔原理的内容是什么?答:惠更斯原理:波前(波阵面)上的每一点都可以看做是一个次级扰动中心,发出球面子波;在后一时刻这些子波的包络面就是新的波前。
菲涅耳在惠更斯原理上补充“子波相干叠加”的原理称为惠更斯—菲涅尔原理。
10、如果玻璃平板是由两部分组成(冕牌玻璃50.1=n 和火石玻璃75.1=n ),如图所示,平凸透镜由冕牌玻璃制成,而透镜与玻璃板之间的空间充满二硫化碳(62.1=n ),这时牛顿环是什么形状?为什么?答:中心是亮纹,明暗相间的同心圆环。
当竖直光线从光疏介质射向光密介质,反射光振动相对于入射光振动发生π的位相跃变,即“半波损失”。
冕牌玻璃与二硫化碳的分界面、二硫化碳与火石玻璃的分界面都发生半波损失,综合作用可看成无半波损失,所以中心是亮纹。
11、洛埃镜实验与杨氏双缝实验的异同点是什么?它揭示了什么样的重要规律?答:同:两者都是分波面干涉,且条纹间距公式相同,都为Dx dλ∆=。
异:在杨氏双缝时屏上产生亮条纹的地方,在洛埃镜实验屏上将产生暗条纹。
揭示的重要规律:当光线接近正入射或掠入射下从光疏介质与光密介质的分界面反射时,反射光振动相对于入射光振动发生了π的位相跃迁。
12、普通光源为什么是非相干光源?答:普通光源主要是自发辐射,各原子都是一个独立的发光中心,发光动作杂乱无章,彼此无关,因此不满足相干条件。
13、简述衍射理论中的傍轴近似、菲涅耳近似和夫琅禾费近似。
答:衍射孔径上的任一点与考察面上的任一点之间的距离为r :12222[()()]r x y d ξη=-+-+傍轴近似的条件:d ≥ξ,η,x,y 的最大值。
菲涅尔近似的条件 :当d 大到能够满足: 23224[]()()8x y dλξη≤+--夫琅和费近似的条件:d 大到可以满足:22()24dλξη+≤14、相干光源的三个必须条件是什么?除此之外,还需要什么样的条件才能使双光束干涉条纹清晰可见?答:三个必须条件:两束光波的频率相同;两束光波在相遇处的振动方向相同;两束光波在相遇处有固定不变的相位差。
双光束干涉,采用相干点光源照明,且两束光的光强度相等时,有M I =40I ,m I =0。
此时V=1,这种情况称为全对比,这时的条纹可见度最好。
15、光的全反射有哪些基本性质和应用?答:性质:反射光的s 分量和p 分量有相位差,当两个介质的折射率确定以后,适当的控制入射角,即可改变这个相位差,从而可以改变反射光的偏振状态。
应用:制作菲涅尔棱镜。
性质:全反射时,光波不是绝对地在界面上被全部返回第一介质,而是透入第二介质大约一个波长的深度,并沿着界面流过波长量级距离后重新返回第一介质,再沿反射方向射出。
应用:制作激光可变输出耦合器。
性质:全反射时,光能能够全部反射回介质,而没有损失。
应用:制作光导纤维。
16、非定域干涉的特点是什么?一般情况下,扩展光源能否产生非定域干涉,为什么?答:特点:在整个光波叠加区内,随处可见干涉条纹的干涉。
不能。
随着观察屏的移动,扩展光源上不同点在屏上同一位置附近产生的干涉条纹之间有位移,条纹的对比度将下降。
17、光的干涉和衍射有无本质区别,对此你是如何理解的?答:光的衍射现象与干涉现象,都是光波的相干叠加引起的光强的重新分布。
不同之处在于:干涉是有限个相干光波的叠加,衍射是无限多个相干光波叠加的结果。
18、马赫—曾德干涉仪属于分振幅干涉还是分波面干涉?试简述其工作原理。
分振幅干涉。
原理图如下:答:假设S 是一个单色点光源,所发出的光波经L1准直后入射到反射面A1上,经A1透射和反射、 并由M1和M2反射的平面光波的波面分别为W1和W2, 则在一般情况下,W1相对于A2的虚像W 1′与W2互相倾斜, 形成一个空气隙, 在W2上将形成平行等距的直线干涉条纹,条纹的走向与W2和W 1′所形成空气楔的楔棱平行。
三、计算与证明题1、试用夫琅禾费衍射积分公式证明,当平行光垂直照射单缝时,衍射暗条纹的条件为:0sin ;1,2,...a m m αλ==±±,其中0a 为缝宽,α为衍射角,λ为波长。
解:夫琅禾费衍射积分公式:221(,)exp[()](,)exp[()]2x y kE x y ik d A i x y d d i d d dεηεηεηλ+∞-∞+=+-+⎰⎰ (1)由题意知单缝的衍射图样只存在于x 轴上(1)式化为221(,)exp[()]()exp[]2x y kE x y ik d A i x d i d d dεεελ+∞-∞+=+-⎰ (2) 单缝的复振幅透过系数表示为0()()t rect a εε=透过衍射物体的关系复振幅为0()()()()A B t rect a εεεε==由公式000()exp(2)sin ()rect i f d a c a f a εεεπεε+∞-∞-=⎰令d=f,xf fελ=代入(2)式得 单缝的夫琅禾费衍射的复振幅分布为:衍射圆形辐照度为2*20022(,)(,)(,)sin ()a a xL x y E x y E x y c f fλλ=⋅=其中000sinsin ()()a x a xfc a x f fπλπλλ=显然当0sin0a x f πλ= ,即0a xm fππλ= 时,辐照度为0,对应暗条纹∴ 暗条纹的位置为0m fx a λ=2、若法布里---珀罗干涉仪两反射镜面之间介质为空气,距离为 1.0cm ,用绿光500nm λ=做实验,干涉图样的中心正好是一个亮斑,求第10圈亮环的角半径。
解:半角公式为i =由题意式中21,,0.01,()102.23610n d m p i i radλ-======⨯代入上式得 3、证明:121122121122sin()cos cos sin()cos cos s n n r n n φφφφφφφφ---==++;解:由边界条件知000.i s r s t s E E E += (1)000cos cos cos i p i r p r t p t H H H θθθ-+=- (2)= ,得到000(i s r s i t t E E E θθ-+=- (3) 联立(1)式和(3)式消去tos E ,经过整理可得rosiosE E = (4)联立(1)式和(3)式消去ros E ,经过整理可得tosiosE E = (5)当μ1≈ μ2 ≈ 1n ≈≈ 并结合折射定律1122sin sin n n θθ= 将折射定律代入(4)(5)式之后简化4、一束准直的白光正入射到折射率为n 厚度为d 的玻璃板上(其两侧介质为空气)。