自主招生光学部分新.ppt
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1、只要 我们努力,无数的希望就会点缀其中,知识成网方法成套习题成精策略成型心理成熟,1、题不在多,真懂才成。,2、考试比什么?比谁错得少。,高考试题,不是弱者生存,也不是强者生存,而是适者生存。,做题如做事,考试如人生。有所为有所不为,有所不为才能有所为。,审题慢一点(3遍),做题就会快一点。,光 学,潮南实验学校:LXC Tel:15986852508 QQ:497913429,有思维的课堂才是好课堂!,一、竞赛自主招生要求,1、几何光学光的直进、反射、折射、全反射光的色散、折射率和光速的关系平面镜成像、球面镜成像公式及作图法薄透镜成像公式及作图法眼睛、放大镜、显微镜、望远镜2、波动光学光的干
2、涉和衍射(定性)光谱和光谱分析、电磁波谱3、光的本性光的学说的历史发展光电效应、爱因斯坦方程光的波粒二象性,二、知识要点,1、光沿直线传播,(1)光在均匀介质中是直线传播,光在真空中的传播速度为:c=3108m/s,在其他媒质中的传播速度都小于c。,(2)影:光射到不透明的物体,在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域,就是物体的影。在这黑暗区域中完全照不到的区域叫做本影,只有一部分光照射不到的区域叫半影。,日,月,本影区,二、知识要点,2、光的反射,(1)光的反射定律。,(2)在光的干涉定律中,光路是可逆的。,3、平面镜成像,球面镜成像,(1)平面镜只改变光的传播方向,不改变光的汇聚或发散
3、程度。,(2)平面镜成像特点:像和物关于镜面对称,因此,对应于“实物”,平面镜使之成一个等大小的正立的虚像;对应于“虚物”,平面镜使之成为一个等大小的正立实像。,二、知识要点,3、球面镜成像,(1)反射面是球面的一部分,这种镜面叫球面镜,反射面如果是凹面的,叫做凹面镜,简称凹镜;反射面是凸面的叫做凸面镜,简称凸镜。,(2)球面的球心叫做曲率中心,镜面的中心叫镜的顶点,顶点与曲率中心的连线称为主光轴。,(3)凹镜对光线有汇聚作用,凸镜对光线有发散作用,凹镜的焦点为实焦点,凸镜的焦点为虚焦点。,(4)由反射定律可以证明,对近轴光线,球面镜焦距:,是球面的半径。其中凹镜焦距为正,凸镜焦距为负。,二、
4、知识要点,3、球面镜成像,(5)球面镜成像作图中常用的三条特殊光线为:,跟主轴平行的入射光线,其反射光线通过焦点。,通过焦点的入射光线,其反射光线与主轴平行。,通过曲率中心的入射光线,其反射光线和入射光线重合但方向相反。,二、知识要点,3、球面镜成像,(6)球面镜成像公式:,(符号法则为:实物u为正值,虚物u为负值;实像v为正值,虚像v为负值;凹镜的焦距为f正值,凸镜的焦距f为负值。),说明1:像的长度放大率:,说明2:上面所得到的成像公式只适用于近轴光线成像。,二、知识要点,3、球面镜成像例题分析,(1)一凹面镜所成的像,像高为物高的1/3,且已知物像间距离为1m。求凹面镜的曲率半径。,解:
5、由于成缩小像,对于凹面镜只有两种可能,一种是实物成实像,则物像同侧,,在根据成像公式:,解得:,二、知识要点,3、球面镜成像例题分析,(1)一凹面镜所成的像,像高为物高的1/3,且已知物像间距离为1m。求凹面镜的曲率半径。,另一种情况是虚物成实像,则物象异侧,,在根据成像公式:,解得:,讨论:例题中如果没有指明是凹镜,则对于凸镜成缩小像也有两种情况。,二、知识要点,3、球面镜成像例题分析,(2)一个点状物放在离凹面镜镜前0.05m处,凹球面镜的曲率半径为0.20m,试确定像的位置和性质。,解:由球面镜成像公式及符号法则得:,(成虚像),二、知识要点,3、球面镜成像例题分析,(3)在离球面镜10
6、cm远处放一个1cm高的物体,若它所成的像在镜后6cm处,则这个镜是_,镜面曲率半径r=_cm,像高为_。,解:由球面镜成像公式及符号法则得:,二、知识要点,3、球面镜成像例题分析,(4)两个焦距都是f的凸面镜共主轴相对放置,如图所示,a为平行于主光轴的光线,问两镜之间的距离L满足什么条件时,光线a可形成循环光路?画出光路图。,解:距离为L=f,2f,3f,二、知识要点,3、球面镜成像例题分析,(5)一凸镜和一平面镜相距28cm,相对而立,在它们的中点放一电光源S,利用遮光板使光线先由凸镜反射,再经平面镜反射,所成的像在平面镜38cm处,求凸镜的曲率半径。,解:由成像公式,u=14cm,v=1
7、0cm,二、知识要点,4、双平面镜成像个数的讨论,两个平面镜之间的物点经两平面镜成像的个数不但取决于角的大小,还取决于物点所在的位置。,(1)当360o/为偶数时,成像的个数:,(2)当360o/为奇数时,在角的平分线上,物点成像的个数:,在其他区域,成像的个数:,(3)当360o/不是整数,若物点在其角分线上则成像个数为其整数部分,如其不在角分线上则为整数部分加1。,二、知识要点,(1)如图所示,两平面镜间的夹角为70o,在两镜夹角的平分线上有一光点S,则S在两平面镜中共能成_个像。,4、双平面镜成像个数的讨论,二、知识要点,(1)折射定律:折射光线在入射光线和法线所决定的平面内,折射光线和
8、入射光线分居在法线两侧,入射角和折射角的正弦之比是一个常量。,5、光的折射,说明:上式中的常数n21称为介质2和介质1的相对折射率,n1和n2分别为介质1和介质2的绝对折射率,简称折射率,绝对折射率是指介质对真空的折射率,它反映了介质的传光特性,用公式表示为:,说明:不同频率的光在同一介质中的折射率也略有不同,紫光的折射率要大于红光的折射率。光路依然可逆。,二、知识要点,(1)球面折射公式:球形(一部分)折射面两侧的介质折射率分别为n1和n2,C是球心,O为顶点,球面曲率半径为r。设S为主光轴上的物点,它发出的某一条光线SA的入射角为i1,折射线与主轴S即为像点,折射角为i2。,6、球面折射成
9、像,二、知识要点,(2)例题:体温计横截面积如图,已知细水银柱A离圆柱面顶点O的距离为2R,R为该圆柱面半径,C为圆柱面中心轴的位置。玻璃的折射率n=1.5,E代表眼睛,求图示横截面上人眼所见水银柱像的位置、虚实、正倒和放大倍数。,6、球面折射成像,解:依题意为球面折射问题,且,按符号规定凹面朝向入射光:,将上述各值代入公式:,二、知识要点,(2)例题:体温计横截面积如图,已知细水银柱A离圆柱面顶点O的距离为2R,R为该圆柱面半径,C为圆柱面中心轴的位置。玻璃的折射率n=1.5,E代表眼睛,求图示横截面上人眼所见水银柱像的位置、虚实、正倒和放大倍数。,6、球面折射成像,可见像位于距顶点O为4R
10、的与A同侧的位置,是正立的虚像。如图A就是A的正立的虚像。由于过C的光线出射时不改变方向,依几何关系可得成像的放大倍数:,二、知识要点,(1)薄透镜:折射面是两个球面,或者一个是球面,另一个是平面的透明体,叫做透镜。通常把厚度比球面半径小得多的透镜,叫做薄透镜。,7、薄透镜成像,(2)透镜的中心称为光心;过光心的直线称为光轴,其中与透镜垂直的光轴称为主光轴,其余的称为副光轴。,副光轴,主光轴,二、知识要点,(3)平行于主光轴(或副光轴)的近轴光线经透镜后将会聚(或反向延长后相交)于主光轴(或副光轴)的一点,该点称为焦点(副焦点)。由于只讨论近轴光线,所以所有副焦点都位于垂直于主光轴的平面内,称
11、为焦平面。,7、薄透镜成像,主光轴,二、知识要点,(3)平行于主光轴(或副光轴)的近轴光线经透镜后将会聚(或反向延长后相交)于主光轴(或副光轴)的一点,该点称为焦点(副焦点)。由于只讨论近轴光线,所以所有副焦点都位于垂直于主光轴的平面内,称为焦平面。,7、薄透镜成像,主光轴,二、知识要点,(1)三条特殊光线的作图,8、薄透镜成像作图方法,通过光心的光线,不改变方向。平行于主轴的光线,折射后通过焦点(或反向延长线过焦点)通过焦点(或对方焦点)的光线,折射后平行于主轴。,(2)一半光线的作图:通常由物点所发出的光线选画出两条特殊的光线,即可确定像点,应注意物点上所发出的任意一条光线,只要它经过此成
12、像系统的作用后,必定会经过像点。作图中也常用到平行于副光轴的光线经过透镜作用后交于焦平面这一特点。,二、知识要点,(3)基本作图,8、薄透镜成像作图方法,二、知识要点,(3)基本作图,8、薄透镜成像作图方法,二、知识要点,(3)基本作图,8、薄透镜成像作图方法,二、知识要点,(1)薄透镜成像公式:,9、薄透镜成像公式,成像公式是几何光学中的基本公式之一,应用是应注意以下几点:,在用于解决透镜成像问题时,透镜两侧的介质的折射率应该相等。,成像光线都是近轴光线。,u,v,f均应按符号法则确定的正、负符号代入进行代数运算。符号法则可以简单地概括为“实取正、虚取正”的法则,例如,凸透镜的焦距取正值,凹
13、透镜的焦距取负值;实像的像距取正值,虚像的像距取负值等。,放大率:,二、知识要点,(1)眼睛:,10、简单光学仪器,人的眼睛是一个特殊的光学仪器,它由曲率半径可调的晶状体(即相当于凸透镜的焦距可调)、玻璃体、视网膜(相当于成像的光屏)组成。眼睛成像的特点是:像距基本已定,不同远近的物体都可看成像在视网膜上,是靠自动调节晶状体的曲率来实现的。一般正常眼睛的远点在无线远处,近点距离约为10cm,明示距离为25cm。,二、知识要点,(2)近视与远视:要形成一个清晰的某物的影像(聚焦),我们的眼睛必须使从物体反射来的光线发生屈折,使光线直接落在视网膜上。近视者仅能看清近距离的物体,远距离的物体看起来很
14、模糊,这是因为图像被聚焦到视网膜的前方了。纠正的方法是让近视者戴凹透镜,这样可使聚焦后的光线稍向后移,恰好落到视网膜上。远视的原因是眼球的前后径变短。近距离的物体发出的光线聚焦到视网膜后面,这样看起来就很模糊,只有远距离物体能看清晰。远视患可戴凸透镜,使光线稍向内折屈,帮助光线落在视网膜上。,10、简单光学仪器,二、知识要点,(1)一物体经焦距为24cm的凸透镜成一个放大率为1.5的实像,求物到透镜的距离。,11、例题分析,解:像是实像,,二、知识要点,12、内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一半径为R的黑球,距球心为2R处有一点光源S,球心O和光源S皆在圆筒轴线上,如图所示若使点光源向右半边发
15、出的光最后全被黑球吸收,则筒的内半径r最大为多少?,解:自S作球的切线SM,并画出S经管壁反射形成的虚像点S,及由S画出球面的切线SN,如图1所示,由图可看出,只要SM和SN之间有一夹角,则筒壁对从S 向右的光线的反射光线就有一部分进入球的右方,不会完全落在球上被吸收,由图可看出,如果r的大小恰能使SM与SN重合,如图2,则r 就是题所要求的筒的内半径的最大值这时SM 与MN的交点到球心的距离MO就是所要求的筒的半径r,二、知识要点,12、,由由几何关系可知:,由图2可得:,综上可得:,二、知识要点,(1)19世纪60年代,美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论,指出光是一种电磁波,使波动说发展到
16、了相当完美的地步。,1、光的波动性,(2)光的干涉,光的波动性。双缝干涉、薄膜干涉,二、光的干涉,光的本质是什么?,干涉现象是波独有的特征,假设光真的是一种波,就必然会观察到光的干涉现象,思考:1、干涉现象是波动独有的特征,如果光真的是一种波,就必然会观察到光的干涉现象你看见过光的干涉现象吗?如果真的存在光的干涉现象,那么,光的干涉现象的干涉图样又是怎么样?,思考:2、相邻的加强点间的距离与什么有关?,思考:3、为什么我们在日常生活中观察不到光的干涉现象?,1801年,英国物理学家托马斯杨(17731829)在实验室里成功的观察到了光的干涉,光的干涉,S1,S2,P1,S,P1S2P1S1=S
17、,光程差,相当于完全相同的波源,S1、S2,双缝干涉,单色激光束,相干波源,1、形成明、暗条纹的条件:,光程差:,总结:明条纹 s=n n=0、1、2、3 暗条纹 n=0、1、2、3,双缝干涉规律:,屏A,屏B,L1,L2,d,两狭缝之间距离d不变,亮,为什么双缝的间距d越小,条纹的间距越大?,d2,d1,为什么光的波长越大,条纹的间距越大?,亮,亮,2、影响相邻两明纹间的距离大小因素:,波长,狭缝之间的距离 d,为挡板与屏间的距离 l,红光波长最大,紫光波长最小,白光,亮暗相间彩色条纹,4、白光的干涉图样是:,中央是白色条纹,两侧是彩色条纹,3、单色光的干涉图样是:,明暗相间的条纹,相邻两明
18、纹的强弱、距离都差不多,小结:,1、当屏上某点到双缝的光程差是光波波长的整数倍时,在这些地方出现亮纹2、当屏上某点到双缝的光程差是光波半波长的奇数倍时,在这些地方出暗纹,3、干涉条纹是等间距的,明暗相间;4、同样条件的双缝实验,用不同的色光得到的相邻亮(暗)条纹间的宽度不等。,5、证明:光具有波动性,练习题:1、两只相同的灯泡发出的光束相遇_发生干涉现象?(填“能”或“不能”)2、在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏上观察到彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),这时:()A、只有红色和绿色的干涉条纹,其它颜色的双缝干涉条纹消失B
19、、红色和绿色的干涉条纹消失,其它颜色的干涉条纹仍然存在C、任何颜色的干涉条纹都不存在。D、屏上无任何亮光,不能,C,3、用单色光做双缝干涉实验时,屏上出现明暗相间的干涉条纹,屏上某处到两狭键的距离之差满足_时,该处出现亮条纹;屏上某处到两缝的距离之差满足_时,该处出现暗条纹4、用白光做双缝干涉实验时,得到彩色的干涉条纹,下列正确的说法是:()A、干涉图样的中央亮纹是白色的;B、在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹;C、在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹;D、在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与 双缝间距离有关,AC,实验:用双缝干涉测量光的波长,人接收的信息有90来自眼睛看到的光
20、;光给了我们多姿多彩的世界.,实验原理,如图所示的双缝实验中,屏离开挡板越远,条纹间的距离越大,另一方面,实验所用光波的波长越大,条纹间的距离也越大,这是为什么?,思考,r2-r1=dsin,X=ltanlsin,运用几何知识,当两列波的路程差为波长的整数倍,即dx/l=k,(k=0,1,2)时才会出现亮条纹,亮条纹位置为:X=kl/d,相邻两个明(或暗)条纹之间的距离为,其中,波长用 表示,d表示两个狭缝之间的距离,l为挡板与屏间的距离,实验原理,第二条亮纹,第一条亮纹,第一条亮纹,第二条亮纹,观察双缝干涉图样,测定单色光的波长,测出n个亮条纹间的距离a,求出相邻两个亮条纹间的距离x=a/(
21、n-1),然后由 x=l/d,人接收的信息有90来自眼睛看到的光;光给了我们多姿多彩的世界.,光的衍射,既然光是一种波,为什么我们日常生活中观察不到光的衍射现象,而常常看到的是光沿着直线传播的呢?,13.5.光的衍射,复习提问,问题1.什么是波的衍射现象?,问题2.发生明显衍射的条件是什么?,波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时,波绕到障碍物阴影里去继续传的现象叫波的衍射,障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。,光的干涉现象反映了光的波动性,而波动性的另一特征是波的衍射现象,光是否具有衍射现象呢?如果有衍射现象,为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢?,水波、声波都会发生衍射现象,它们
22、发生衍射的现象特征是什么?,光的衍射,一切波都能发生衍射,通过衍射把能量传到阴影区域,能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多,取一个不透光的屏,在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝,用平行的单色光照射,在缝后适当距离处放一个像屏,激光束,调节狭缝宽窄,像屏,一 单缝衍射,波长很短 400-700nm,1.单缝衍射条纹的特征,一 单缝衍射,(1)、中央亮纹宽而亮,(2)、两侧条纹具有对称性,明暗相间且不等距.,2.单缝衍射与双缝干涉条纹和区别,各明纹或暗纹宽度、亮度基本相等.,中央条纹最宽最亮,两侧条纹宽度、亮度逐渐减小,双缝干涉条纹,单缝衍射条纹,观察下列衍射图样,分析衍射规律:
23、,3.单缝衍射规律,1、波长一定时,单缝越窄,中央 条纹越宽,各条纹间距越大(衍射越明显),2、单缝不变时,波长大的中央亮纹越宽,条纹间隔越大(衍射越明显),3、白光(白炽灯)的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹,且外侧呈红色,靠近光源的内侧为紫色,改变缝宽,改变波长,13.5光的衍射,1 衍射图样:明暗相间且不等距条纹(中央亮纹),2 单缝衍射规律,3衍射条件:缝的尺寸接近波长或比波长还要小,一、单缝衍射,1)波长一定时,单缝越窄,中央条纹越宽,各条纹间距越大,2)单缝不变时,波长大的中央亮纹越宽,条纹间隔越大,3)白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹,且外侧呈红色,靠近光源的内侧为
24、紫色,A,B,S,1、孔较大时屏上出现清晰的光斑,二.圆孔衍射,二圆孔衍射,A,B,S,2、孔较小时屏上出现衍射花样(亮暗相间的不等间距的圆环,这些圆环的范围远远超过了光沿直线传播所能照明的范围),原因:来自单缝或圆孔上不同位置的光,在屏上叠加的结果.,圆孔衍射,S,光的衍射,1 衍射图样:明暗相间且不等距条纹(中央亮纹),2 单缝衍射规律,3 衍射条件:缝的尺寸接近波长或比波长还要小,一、单缝衍射,二、圆孔衍射,1 衍射图样:明暗相间且不等距的同心圆环(中央亮斑),2 衍射条件:孔的尺寸接近波长或 比波长还要小,三光绕过障碍物的衍射,不只是狭缝和圆孔,各种不同形状的物体都能使光发生衍射,历史
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