高三物理光学复习重点

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第一单元 光的传播 几何光学

一、光的直线传播

1、几个概念

①光源：能够发光的物体

②点光源：忽略发光体的大小和形状，保留它的发光性。（力学中的质点，理想化） ③光能：光是一种能量，光能可以和其他形式的能量相互转化（使被照物体温度升高，使底片感光、热水器电灯、蜡烛、太阳万物生长靠太阳、光电池）

④光线：用来表示光束的有向直线叫做光线，直线的方向表示光束的传播方向，光线实际上不存在，它是细光束的抽象说法。（类比：磁感线 电场线）

⑤实像和虚像

点光源发出的同心光束被反射镜反射或被透射镜折射后，若能会聚在一点，则该会聚点称为实像点；若被反射镜反射或被透射镜折射后光束仍是发散的，但这光束的反向延长线交于一点，则该点称为虚像点．实像点构成的集合称为实像，实像可以用光屏接收，也可以用肉眼直接观察；虚像不能用光屏接收，只能用肉眼观察．

2．光在同一种均匀介质中是沿直线传播的

注意前提条件：在同一种介质中，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）。

点评：光的直线传播是一个近似的规律。当障碍物或孔的尺寸和波长可以比拟或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，

光线将可能偏离原来的传播方向。

【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 =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2】某人身高1.8 m ，沿一直线以2 m/s 的速度前进，其正前方离地面5 m 高处有一盏路灯，试求人的影子在水平地面上的移动速度。

解析：如图所示，设人在时间t 内由开始位置运动到G 位置，人头部的影子由D 点运动到C 点。

三角形ABC ∽FGC ，有FG

AB FG FA CF -= 因为三角形ACD ∽AFE ，所以有 EF

EF CD FA CF -= 由以上各式可以得到

FG AB FG EF EF CD -=- 即t t

S 22-影=8

.158.1- 解得S 影=3.125t 。 可见影的速度为3.125m/s 。

二、反射 平面镜成像

1、反射定律

光射到两种介质的界面上后返回原介质时，其传播规律遵循反射定律．反射定律的基本内容包含如下三个要点：

① 反射光线、法线、入射光线共面；

② 反射光线与入射光线分居法线两侧；

③ 反射角等于入射角，即 21θθ=

2．平面镜成像的特点——平面镜成的像是正立等大的虚像，

像与物关于镜面对称

3．光路图作法——根据成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补画光路图。

4．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，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。）

5．利用边缘光线作图确定范围

【例3】 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。 解：先根据对称性作出人眼的像点S /，再根据光路可逆，设想S 处有一个点光源，它能通过平面镜照亮的范围就是人眼能通过平面镜看到的范围。图中画出了两条边缘光线。

【例4】如图所示，用作图法确定人在镜前通过平面

镜可看到AB 完整像的范围。

解：先根据对称性作出AB 的像A /B /，分别作出A 点、

B 点发出的光经平面镜反射后能射到的范围，再找到它们

的公共区域（交集）。就是能看到完整像的范围。

三、折射与全反射

1．折射定律 (荷兰 斯涅尔)

光射到两种介质的界面上后从第一种介质进入第二种

介质时，其传播规律遵循折射定律．折射定律的基本内容

包含如下三个要点： ① 折射光线、法线、入射光线共面；

② 折射光线与入射光线分居法线两侧；

③ 入射角的正弦与折射角的正弦之比等于常数，即

=2

1sin sin θθ

折射定律的各种表达形式：C

v c n sin 1sin sin 21='===λλθθ (θ1为入、折射角中的较大者，C 为全反射时的临界角。)

④折射光路是可逆的。

⑤n ＞1

⑥介质确定，n 确定。（空气1.00028 水n ＝1.33 酒精n ＝1.6）（不以密度为标准） ⑦光密介质和光疏介质——（1）与密度不同(2)相对性 （3）n 大角小，n 小角大

2．全反射现象

（1）现象：光从光密介质进入到光速介质中时，随着入射角的增加，折射光线远离法线，强度越来越弱，但是反射光线在远离法线的同时强度越来越强，当折射角达到90度时，折射光线认为全部消失，只剩下反射光线——全反射。

（2）条件：①光从光密介质射向光疏介质；② 入射角达到临界角，即C ≥1θ

（3）临界角: 折射角为900（发生全发射）时对应的入射角,n

C 1sin = 【例5】 直角三棱镜的顶角α=15°， 棱镜材料的折射率n =1.5，一细束单色光如图所示垂

直于左侧面射入，试用作图法求出该入射光第一

次从棱镜中射出的光线。 解：由n =1.5知临界角大于30°小于45°，

边画边算可知该光线在射到A 、B 、C 、D 各点时

的入射角依次是75°、60°、45°、30°，因此在A 、B 、C 均发生全反射，到D 点入射角才第一次小于临界角，所以才第一次有光线从棱镜射出。

3．光导纤维，海市蜃楼和内窥镜

全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。

【例6】如图所示，一条长度为L =5.0m 的光导纤维用折射率为n =2的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以α= 45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出。求：⑴该激光在光导纤维中的速度v 是多大？⑵该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？

解：⑴由n=c/v 可得v =2.1×108m/s

⑵由n=sin α/sin r 可得光线从左端面射入后的折射

角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界角45

因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线达到右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s =2L /

3，因此该激光在光导纤维中传输所经历的

时间是t =s /v =2.7

×10-8s 。

四、棱镜和玻璃砖对光路的作用

1．棱镜对光的偏折作用

一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。射出方向与入射方向相比，向底边偏折，虚像向顶角偏移。

【例7】 如图所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三

棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M ，若用n 1和n 2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是

A.n 1

B.n 1

C.n 1>n 2，a 红光，b 蓝光

D.n 1>n 2，a 蓝光，b 红光 解：由图可知，b 光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射

率较小，是红光。

2．全反射棱镜

横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适