几何光学物理光学知识点课件.ppt

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1、,光源,基本规律,反射定律,色散,基本光学器件,成像规律,全反射,折射定律,几何光学部分,一、光的直线传播：,1. 光的直线传播- 光在同一种均匀介质中沿直线传播。本影和半影，日食和月食,2、光的直线传播的现象,（1）小孔成像.,（2）影,定义：在物体的后面光线照不到的区域.,影的分类,本影,半影,光线完全照不到的区域.在此区域看不到光源.,只有部分光源能照到的区域，在此区域只能看到光源的一部分,（应用）日食、月食.,注意：不可能出现月环食；这是由日、地、月三者间的距离所决定的；月亮全部在地球半影区时不会形成月食。,例1：当地球运行到太阳与月亮之间时就会发生月食,图给出了地球挡住太阳的影区.当

2、月球部分进入_影区时发生月偏食. 当月球全部进入_影区时, 就会发生月全食.,B,B,例2：当月球运行到太阳和地球之间适当位置时，就会出现日食（如下图）在A、B处的人们看到的是日_食，A处看到的是_图形象，B处看到的是_图形象；在C处的人们看到的是_食，看到的是_图形象若这时在高空经过D处，看到的则是日_食，看到的是_图形象,偏,环,全,例3.如图所示，在高为3.2m处有一点光源S，在紧靠着光源S处有一小球A以初速0作平抛运动。若在落地点预先放置一竖直屏幕，不计空气阻力，小球A在屏幕上的影子P作什么运动?,二. 光的反射定律,反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居于法线两

3、侧，反射角等于入射角。,注意：,a. 在光的反射现象中，光路是可逆的，b.不论镜面反射还是漫反射都遵循反射定律,三平面镜对光线的控制作用只改变光束的传播方向，不改变光束的散聚性质,一个平面镜对光线的控制作用,（1）平面镜对光线有反射作用，反射光与入射光遵循反射定律,（2）一束平行光的情况：入射光方向不变，平面镜转动角，反射光转动2角,（3）一束发散光的情况：经平面镜反射后，仍是发散光，且发散程度不变,平面镜的成像特点,平面镜成像的作图法：,平面镜成等大、正立的虚像，像与物关于镜面对称,1、如图所示,a、b、c 三条光线能交于一点S,形成会聚光束.今在S点前任置一块与3条光线所在平面垂直的平面镜

4、,将3条线截住,那么( )(A)3条光线的反射光可能交于一点、也可能不交于一点(B)3条反射光线一定不交于一点(C)3条反射光线一定交于镜前一点(D)3条反射光线的延长线交于镜后一点,C,2、一个光源从地面上沿竖直方向将一细束平行光向上投射到一片和光线垂直的平面上平面镜与地面的距离为30m，如果把平面镜绕水平轴且通过入射点的轴线转过15角，则地面上将在距离光源 _ m处得一光斑。,17.3,两平面镜互成直角,入射光线AB经过两次反射后,反射光线为CD,今以平面镜的交线为轴,将镜转动10,两平面镜仍保持直角,在入射光线保持不变的情况下,经过两次反射后,反射光线为CD ,则CD 与CD ( )A.

5、不相交,同向平行B.不相交,反向平行C.相交成20 角D.相交成40 角,A,例6：在图中，BC为一障物，BC正上方有一平面镜M，画出观察者眼睛在A点通过平面镜M能看到BC右边地面上哪部分的像。,解：先作眼睛A的像A，,连接AB交地面于D，交M于D，连接D A。,连接AB延长交M于E ，,E,连接A E延长交地面于E，,DE即为所求。,（注意箭头）,04年全国理综17,解：画出光路图，,由相似三角形关系得,l = h/3,A,1光的折射定律：（1）折射光线在入射光线和法线所在的平面上， 折射光线和入射光线分居在法线的两侧，（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数,2. 折射率：（1）光从真

6、空射入某种介质时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比,在光的折射现象中，光路也是可逆的。,一. 光的折射,（2）折射率等于光在真空中的速度c 跟光在这种介质中的速度v之比，n= c/v,98年高考如图所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B当桶内油的深度等于桶高一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距d/4。由此可得油的折射率n ；光在油中传播的速度v= （结果可用根式表示）,解：由几何关系得：BO= CO=,n=sini / sinr = 2,Sini = Sinr =,4. 光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移

7、。侧向位移的大小跟平行玻璃砖的厚度及入射角、折射率有关。,i,r,d,1,2,如右图所示,有一个长方形容器,高为30厘米,宽为40厘米,在容器的底部平放着一把长40厘米的刻度尺.眼睛在OA延长线上的E点观察,视线沿着EA斜向下看恰能看到尺的左端零刻度.现保持眼睛的位置不变,向容器内倒入某种液体且满至容器口,这时眼睛仍沿EA方向观察,恰能看到尺上20厘米的刻度,则此种液体的折射率为 .,1.44,1996年上海高考.,如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为 ，入射角为45（相应的折射角为24），现保持入射光不

8、变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15，如图中虚线所示，则（ ）A光束1转过15 B光束1转过30C光束2转过的角度小于15D光束2转过的角度大于15,B C,03年江苏高考8,二全反射问题,当入射角增大到某一角度，使折射角达到90时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象.,（1）光从光密介质射向光疏介质,当折射 角变为90时的入射角叫临界角；（2）光从折射率为n的介质射向真空时,临界角的计算公式:,产生全反射的条件：,（1）光必须从光密介质射向光疏介质；,（2）入射角必须等于或大于临界角,全反射临界角：,1997年高考 光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是（ ）(A)

9、光从玻璃射到分界面上,入射角足够小(B)光从玻璃射到分界面上,入射角足够大(C)光从空气射到分界面上,入射角足够小(D)光从空气射到分界面上,入射角足够大,B,91年高考.一束光从空气射向折射率n= 的某种玻璃的表面,如图所示. i 代表入射角,则（ ）(A)当i 45时会发生全反射现象(B)无论入射角i 是多大,折射角r 都不会超过45(C)欲使折射角r=30,应以i =45的角度入射(D)当入射角 时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直,B C D,偏折角度跟棱镜材料的折射率有关，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度还跟入射角的大小有关系.,三.通过棱镜的光线,（2）白光通过三棱镜后产生色散现象

10、，,（3）全反射棱镜是横截面成等腰直角三角形的三棱镜。,（1）光线通过三棱镜两次向底面偏折，通过三棱镜所成的像向顶角偏移，,四. 光的色散 一束白光经过棱镜后会发生色散，在光屏上形成一条彩色的光带，这条彩色的光带叫做光谱.光谱中红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、蓝、靛等色光.这表明各种色光通过棱镜后的偏折角度不同.红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大. 不同色光通过棱镜后的偏折角度不同，表明棱镜材料对不同色光的折射率不同.红光的偏折角度小，表明棱镜材料对红光的折射率小；紫光的偏折角度大，表明棱镜材料对紫光的折射率大.,白光通过三棱镜，要发生色散，红光偏折角最小，紫光偏折角最大偏折

11、角从小到大的顺序是：红、橙、黄、绿、蓝、紫,结论 从红到紫的方向有：（1）同一介质对不同色光的折射率逐渐增大（2）在同一介质中不同色光的传播速度逐渐减小（3）光的频率逐渐增大（4）在真空中的波长逐渐减小（5）光子的能量逐渐增大,如图示：红光和紫光沿同一方向射向玻璃半球的球心，经折射后从球面射出，若红光在玻璃中传播时间为t红，紫光在玻璃中传播时间为t紫，则a是 光， t红 t紫（填、或 =）,解：白光通过三棱镜，发生色散，红光偏折角最小，紫光偏折角最大所以a是红光。 t=r/v=rn/c 红光的折射率小，t小。,红,1999年高考 一束单色光，在真空中波长为6.0010-7 m，射入折射率为1.

12、50的玻璃中它在此玻璃中的波长是 m，频率是 Hz（真空中光速是3.00108ms）,4.0010-7,5.001014,解: 光从一种介质传播到另一种介质时,频率保持不变, 波速和波长发生改变.,f=c/= 5.001014 Hz, =v/f=c/nf= /n=4.0010-7 m,例5. 如图所示，OO是半圆柱形对称面与纸面的交线在图内有两束与OO平行且距OO距离相等的单色光A和B，从玻璃砖射出后相交于OO的下方的P点由此可以得出的结论是 AA光在玻璃砖中的速度比B光在玻璃砖中的速度小B玻璃砖对A光的折射率比对B光的折射率小C在空气中，A光的波长比B光的波长短DB光光子的能量比A光光子的能

13、量小,A C D,如图，a和b 都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为，一细光束以入射角从P点射入， ，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后，（ ）A传播方向相对于入射光方向向左偏转角B传播方向相对于入射光方向向右偏转角C红光在蓝光的左边D红光在蓝光的右边,03年江苏高考10,分析见下页,下一页,解析：,光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移，所以从a板射出的光线，传播方向与a板入射的光线平行，,通过b板射出的光线与b板入射的光线平行，所以答案A、B都错。,同时，由于玻璃对红光的折射率小于蓝光的折射率，所以，通过a板后，红光的折射角大，红光的侧向位移大，应选D答案

14、。,上一页,04年浙江21,发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图。现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示紫光成的像的长度，则 （ ） Al1l2l0 Cl2l1l0 Dl2l1l0,点拨：物体在液体中的视深 h= h / n （见例1）,紫光的折射率最大，所以h最小。,D,光的本性部分,波动性,粒子性,光的干涉双缝干涉薄膜干涉,光的衍射,光的电磁说,光电效应,光子说,光的波粒二象性,第一部分 光的波动性,光的波动说,惠更斯,一、光的干涉,两列相干光波相叠加，某

15、些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，且加强区与减弱区互相间隔的现象叫光的干涉现象.,产生干涉现象的条件之一: 是两列光必须是频率相同的相干光源.,双缝干涉,1、双缝干涉：,由同一光源发出的光经过两个细缝后形成两列光波叠加时会产生干涉。,当这两列光波到达某点的路程差等于光的波长的整 数倍时，该处的光相加强，出现亮条纹；,当这两列光波到达某点的路程差等于光的半波长的奇数倍时，该处的光相减弱，出现暗条纹；,相邻两条干涉条纹的间距,即条纹间距与波长成正比,2、薄膜干涉：由薄膜前后表面反射的的两列光 波叠加而成。例如肥皂泡及水面上的油膜呈现的彩色花纹。 劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹。 增透膜的厚度应

16、该是光在薄膜中波长的1/4。,薄膜干涉,光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物后面的现象。,产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸能和波长相比或比波长小。,双缝干涉图样与单缝衍射图样的区别： 干涉条纹是等间距排列的条纹，衍射图样是不等间距、中间亮纹最亮，而两边条纹逐渐变窄变暗的不均匀条纹.,光的干涉和光的衍射说明光是一种波。,二、光的衍射,光的干涉条纹和衍射条纹的比较,a.光的电磁说光在本质上是一种电磁波.,b.电磁波谱电磁波按波长由大到小的排列为 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线,c.电磁波的产生机理无线电波由振荡电路产生红外线、可见光、紫外线由原子的外层电子受激后产生 X射线

17、由原子的内层电子受到激发后产生射线由原子核受到激发后产生。,三、光的电磁说和电磁波谱,双缝干涉现象中(用单色光照射),下列说法中正确的是（ ）A.波峰与波峰叠加或波谷与波谷叠加,都产生亮条纹;B.波峰与波峰叠加出现亮条纹,波谷与波谷叠加出现暗条纹;C.在屏上某处离两相干光源路程差是半波长偶数倍时出现暗条纹;D.在屏上某处离两相干光源路程差是半波长奇数倍时出现暗条纹,AD,1、,2、用单色光照射肥皂薄膜（ ）A.看到的干涉图样是明暗相间的条纹;B.从光源发出的光与肥皂膜表面反射的光发 生干涉,形成干涉图样。C.一束入射光从薄膜的前表面和后表面分别反射出来,形成两列波,这两列波频率相同,所以可以产

18、生干涉;D.若改用白光照射则看不到干涉条纹。,A、C,3、下列现象属于光的干涉的有:（ ）A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹; B.雨后天空中呈现的彩虹C.通过卡尺狭缝看远处的日光灯呈现的彩色花纹 D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。,A、D,4、下列对增透膜的叙述中正确的是（ ）A.摄影机镜头涂一层增透膜后,可减少玻璃对光 的吸收B.增透膜是为了增加光的透射,减少光的反射C.增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的1/4D.增透膜的厚度应为入射光在真空中长波的1/4,B、C,5、对光的技术所依赖的光学原理,下列叙述中正确是（ ）A.光导纤维应用的是光的全反射现象; B.镜头表面的增透膜应用的是光的衍射现象

19、;C.用空气劈检查平面的质量应用光的干涉现象;D.分光镜利用了光的色散现象。,A、C、D,6、用单色光做双缝干涉实验，下述说法中正确的是 ( )A相邻干涉条纹之间的距离相等B中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍C屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大D在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距,96年上海高考题,A,A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失,7.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图2所示。干涉条纹有如下特点：任意一

20、条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹 ( ),03年上海高考8,A,例8、,把一个具有球面的平凸透镜平放在平行透明玻璃板上(如图)。现用单色光垂直于平面照射,在装置的上方向下观察,可以看到干涉条纹,那么关于两束干涉光及干涉条纹的说法正确的是 ( ) A.两束干涉光是 a、b面反射形成的B.干涉条纹是中央疏边缘密的同心圆C.两束干涉光是 b、c面反射形成的D.干涉条纹中是中央密边缘疏的同心圆,B C,第二部分 光的粒子性,一、光电效应,1.光电效应：物体

21、在光的照射下释放出电子的现象叫光电效应.在光电效应中物体释放出的电子叫光电子.光电子定向移动形成的电流叫光电流.,2.光电效应的规律.,光电效应规律,1. 每种金属都有发生光电效应的极限频率,2.光电效应的产生几乎是瞬时的,3.光电子的最大初动能Ekm和入射光强度无关, 只随入射光频率的增大而增大,4.单位时间打出的光电子与入射光强度成正比,1.光子说：空间传播的光不是连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子，每个光子的能量E=h 0(其中h=6.6310-34Js，称做普朗克常量). 爱因斯坦就是因为提出了光子说及对光电效应的研究而获得诺贝尔物理学奖的.,二、光子说,四. 爱因斯坦光电效应方程

22、,爱因斯坦光电效应方程的图象,爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在光电效应现象中的表现形式,逸出功和极限频率的关系,极限波长和极限频率的关系,由 v= f 得,五、光的波粒二象性,光的干涉和衍射表明光确实是一种波，光电 效应和康普顿效应无可辩驳地证明了光是 一种粒子，因此说：光是一种波，同时光也是一种粒子，光具有波粒二象性, 单个光子表现为粒子性, 大量光子的运动表现为波动性, 波长较长、频率较低的光，波动性较显著, 波长较短、频率较高的光，粒子性较显著, 光是一种概率波,一切微观粒子都有波粒二象性,例在研究光电效应的实验中，根据测得的数据绘出光电子最大初动能Ek跟照射光频率的关系图象如图所示

23、.图线的斜率tg ，横轴上的截距表示该金属发生光电效应的 ，纵轴上的截距的绝对值表示该金属的 的大小.若换用其他金属做同样的实验，测绘得到的图线与此图的图线相比较 相同， 不同.,h,极限频率,逸出功,斜率,纵横截距,9、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，这时 ( )A锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电,B,95年全国高考,96年上海高考,1.当某种单色光照射到金属表面时，金属表面有光电子逸出如果光的强度减弱，频率不变，则 ( )A光的强度减弱到某一最低数值时，

24、就没有光电子逸出B单位时间内逸出的光电子数减少C逸出光电子的最大初动能减小D单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动能都要减小,B,2.红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是 ( )A红光 B橙光 C黄光 D绿光,A,96年全国高考题,98年全国高考题,10、一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a，b，c上，如图所示已知金属板b有光电子放出，则可知 ( ),A板a一定不放出光电子B板a一定放出光电子C板c一定不放出光电子D板c一定放出光电子,D,2用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（ ）A光电子的最大初动能不变

25、B光电子的最大初动能减少C单位时间内产生的光电子数减少D可能不发生光电效应,A C,03年江苏高考2,2004年广东高考6,分别用波长为和 的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1:2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为（ ） A B C D,B,6图为X射线管的结构示意图，E为灯丝电源，要使射管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压， ( ) （A）高压高源正极应接在P点，X射线从K极发出（B）高压电源正极应接在P点，X射线从A极发出（C）高压电源正极应接在Q点，X射线从K极发出（D）高压电源正极应接在Q点，X射线从A极发出,D,2000

26、年高考试题,例 光电效应的规律是： (1) 任何一种金属都有一个_频率, 入射光的频率必须_这个频率, 才能产生光电效应; (2) 光电子的最大初动能与 无关, 只随着 的增大而增大; (3) 入射光照射到金属上时, 光电子的发射几乎是_, 一般不超过_; (4) 产生光电效应时, 光电流的强度与 成正比.,极限,大于,入射光的强度,入射光频率,瞬时的,10-9秒,入射光的强度,P137/例3、从太阳到达地球的光流强度，在垂直于光的传播方向上是1.4103 W/m2 ，如果把太阳光看成是平均频率为5 1014 Hz的单色光，在垂直于太阳光的地球表面的 1c m2 的面积上，每秒接收到的光子数有

27、多少个？,解：每秒钟太阳光照到地球上1 cm2的能量为,E= 1.4103 110-4= 0.14 J,每个光子的能量为E 1=h=6.63 10-34 5 1014 =3.3 10 -19 J,n=E/ E 1 = 0.14 / 3.3 10 -19 =4.2 10 17个,例4、 有一小灯泡的规格为“6V、0.3A”，正常工作时大约有6%的电能转变为可见光，试估算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。,解：,一秒钟消耗电能 W=Pt=UIt=1.8J,一秒钟转变成的可见光能,E =0.06 1.8= 0.108J,每个光子的能量为 E1=h,E = n h,可见光的频率粗略取 =510 14H

28、z,n=E/h =0.108/(6.6310 34 510 14) = 310 17,例6、某金属用频率为v2 的光照射时产生的光电子的最大初动能是用频率为v1的光照射产生的光电子的最大初动能的2倍，则这种金属的逸出功W_ ,例8、 用光子能量为4.5eV的光照射某金属, 从该金属表面逸出的电子最大初动能为2.0eV. 这种金属的电子逸出功为_, 能使这种金属产生光电效应的光的极限频率为 _ . 如果以光子能量8.0eV的光照射该金属, 则逸出的电子的最大初动能是_.,解：W=h- EK= 4.5 - 2.0 =2.5 eV,0=W/h=2.5 1.6 10-19 / 6.6310-34= 6

29、1014Hz,EK1= h1- W = 8 - 2.5 = 5.5 eV,2.5eV,61014Hz,5.5eV,例9、已知每秒钟从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.410 3 J，其中可见光约占45%。设可见光的波长均为0.55m，太阳向各个方向的辐射是均匀的，太阳与地球间距离为1.510 11 m，则太阳每秒辐射出的可见光的光子数大约为 。（只要求二位有效数字）,解：,太阳每秒辐射出来的能量,E=4R2 1.410 3 J,= 4 3.14 (1.5 1011) 2 1.4 103 = 410 26 J,根据题意有，E 45%=n hc/,n= E 45% /hc,=

30、410 26 0.45 0.55 10 - 6 6.6 10-34 3 108,= 4.910 44,4.910 44,20人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为 光速为 ，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（ ）A W B WC WD W,04年天津,A,04年北京18,已知一束可见光a是由m、n、p三种单色光组成的,检测发现三种单色光中，n、p两种色光的频率都大于m色光；n色光能使某金属发生光电效应，而p色光不能使该金属发生光电效应。那么，光束a通过三棱镜的情况是（ ）,A,19下表给出了一些金属材料的逸出功。现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（ ）(普朗克常量h = 6.610-34Js，光速c = 3.00108m/s)A2种 B3种 C4种 D5种,04年浙江19,B,