光学.docx

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光学

复习第十八章光学

教学目的：

巩固基础知识

培养学生利用所学知识解决实际问题

教学重点：

巩固基础知识

教学难点：

培养学生利用所学知识解决实际问题

教学方法：

启发式综合教学法

教学过程：

一、光的直线传播：

1、光源：

能自行发光的物体叫光源。

特点：

（1）光源具有能量。

（2）光源本身进行着能量的转化。

2、光的直线传播：

光在同一种均匀介质中沿直线传播。

光在真空中的传播速度为c=

m/s

小孔成像和影的形成是光的直线传播的有力证明。

例1、当太阳位于帐篷正上方，在篷顶有一个边长约0.8mm的正方形小孔，太阳光通过小孔照在篷内水平地面上形成的光斑形状是（C）

（A）正方形（B）长方形（C）圆形（D）椭圆形

例2、如图所示,在距竖直墙MN左侧一段距离的A点有一小球,在球的左边、紧靠小球处有一固定的点光源S.给小球一向右的水平初速度,当小球在空中做抛运动时,在小于碰墙以前,它在墙上的影子由上而下的运动是（A）

（A）匀速直线运动（B）自由落体运动

（C）变加速直线运动

（D）初速为零的匀加速直线运动,加速度a小于重力加速度g

例3、翰林汇某人以速度υ在路灯下匀速前进，则该人头部的影子在水平地面

的运动情况是（D）

（A）匀加速直线运动；（B）加速度越来越大的加速运动；

（C）加速度越来越小的加速运动；（D）匀速直线运动.

翰林汇

3、影：

光线被不透明的物体挡住，在不透明的物体后面所形成的不透明区域叫影。

影可分为本影和半影。

在本影区内完全看不到光源的光照射，在半影区内只能看到部份光源发出的光。

翰林汇翰林汇4、日食和月食：

发生月食时，太阳、月球、地球位于同一直线上，地球在中间，当月球全部进入地球的的本影区时形成月全食，当月球有一部份进入地球的本影区时形成月偏食（不可能出现月环食）。

发生日食时，太阳、地球、月球位于同一直线上，且月球在中间，当地球上处于月球本影区里的人完全看不到太阳，这里发生了日全食，处于月球半影区的人看到的是日偏食，处于月球伪本影区的人能看到日环食。

例4、月球位于太阳和地球之间时，月球的影子如图所示，下面说法正确的是（CD）

（A）位于区域a、b内的人可看到月全蚀

（B）位于区域c、d内的人可看到日全蚀

（C）位于区域b内的人可看到日环蚀

（D）位于区域c、d内的人可看到日偏蚀

二、光的反射：

1、光的反射中光路是可逆的。

例1、如图所示，是实际景物的俯视图，平面镜AB宽1米，在镜的右前方

站着一个人甲，另一人乙沿着镜面的中垂线走近平面镜，若欲使甲乙能

互相看到对方在镜中的虚像，则乙与镜面的最大距离是：

0.5米

2、平面镜的作用：

只改变光束的传播方向，不改变光束的聚散性质。

3、平面镜的成像特点：

等大正立的虚像，物像关于镜面对称，得左右倒置。

4、作平面镜成像光路图的技巧：

先根据平面镜成像有对称性的特点，确定像点的位置，再补画入射光线与反射光线，还需要注意镜后的反向延长线要画虚线，且不加箭头。

5、确定平面镜成像可视范围的方法：

若要看到物体在平面镜中的像，则需借助于边界光线，边界光线的公共部分即为完整像的观察范围。

例2、如图所示,在竖直平面xoy上,人眼位于坐标点（3,0）上,一块平面镜水平放置,介于坐标（0,3）和（-1,3）之间.今有一发光点P从坐标原点沿x轴负方向运动,此过程中

P点在下列哪个区间运动时,人眼可以从平南镜中观察到P点的像

（A）0→-1区间（B）-1→-3区间

（C）-3→-5区间（D）-5→-∞区间（C）

6、几个结论：

（1）在入射光线方向不变时，平面镜旋转

角，反射光线将转过2

角。

例3、如图所示，从光源发出的光垂直射到平面镜上，经反射在正

对着平面镜

m处的墙上A处有一光斑。

若使光斑向上移动1m

至B处，平面镜应以O点为轴转过的角度是（15°）

（2）有一条光线射入两个互相垂直的平面镜，则其射光线必与其入射光线平行。

例4、两个平面镜垂直相交于棱L.如图所示为入射光线a经过2次反射的光路.反射光线依次是b和c.以棱L为轴,使两平面镜都逆时针转一个小角度

.入射光线a仍按原方向入射,这时反射光线依次为b′和c′,则可知（BD）.

（A）b′与b夹角为

（B）b′与b夹角为

（C）c′与c夹角为

（D）c′与c平行

7、平面镜、物体间的相对运动：

（1）若镜不动，物体以v的速度向垂直于镜面方向运动，则像以v的速度向镜面运动（对镜的速度），相对于物体以2v的速度运动。

（2）若物体不动，镜以垂直于镜v速度向物体运动，则像对镜以v的速度向镜面运动，对物体以2v的速度运动。

例5、站在竖直的平面镜前4m处的人，沿着与平面镜垂直的方向走向平面镜，若此人行走的速率为0.5m/s且保持匀速运动，则像向镜面移动的速率以及经过2s钟人与像间的距离分别为（C）

（A）0.125m/s4m（B）0.25m/s6.5m（C）0.5m/s6m（D）1.0m/s5m

（3）若镜不动，物体以v的速度与镜面成

运动，则像也以V的速度运动，像的运动轨迹与物的运动轨迹关于镜面对称。

例6、一点光源S放在平面镜前，镜不动，S以速度v沿OS方向向左平移，则光源S在镜中的像将：

（如图所示）（D）

（A）以速率2v平行于OS向右运动；（B）以速率v垂直于OS向下运动；

（C）以速率v沿与镜垂直的方向向S运动；（D）以速率v向O点运动。

（4）若物不动，镜面以v速度与镜面成

运动，则像将以2vsin

的速度向物像连线向物体运动。

例7、一个点光源S通过平面镜成像图.设光源不动,平面镜以速率v沿OS方向向光源平移,镜面与OS方向之间的夹角为30°,则光源的像S′（图中未画出）（D）

（A）以速率v平行于OS向右运动

（B）（B）以速率v垂直于OS向下运动

（C）以速率

v沿SS′连线向S运动（D）以速率v沿SS′连线向S运动

例8、如图所示，S为静止的点光源，M为与水平成θ角的平面镜。

若平面镜沿水平方向作振幅为A的简谐振动，则点光源S在平面镜中所成的虚像S′的运动情况是（B）

（A）在SS′连线上作振幅为4Asinθ的简揩振动

（B）在SS′连线上作振幅为2Asinθ的简揩振动

（C）在水平方向上作振幅为4Asinθ的简揩振动

（D）在水平方向上作振幅为2Asinθ的简揩振动

翰林汇

例9、如图所示，在圆筒中心放一个平面镜，光源S向圆筒中心发射光束，经平面镜反射在筒壁上呈现光斑S′.如果圆筒的半径是R，则当平面镜绕中心轴线以角速度ω匀速转动时，光斑将（BD）

（A）以角速度ω绕中心轴线作圆周运动；

（B）以角速度2ω绕中心轴线作圆周运动；

（C）以线速度ωR绕中心轴线作圆周运动；

（D）以周期T＝

绕中心轴线作圆周运动.

翰林汇

例10、一人正对竖直的平面镜站立，人的身体宽为a,两眼相距为b，若身高为c，欲使自己看到自己的全身像，镜子至少高h/2，要使人能从镜中看到自己的整个身体宽，镜子的宽度至少为（a-b）/2翰林汇欲使自己无论闭上左眼或右眼都能用另一只眼睛从镜子中看到自己的整个身体宽，镜子的宽度至少应为（a+b）/2。

翰林汇

例11、如图所示,激光液面控制仪的原理是：

一束激光以入射角I照射液面,承接反射光斑的PQ处用光电管接收变成电讯号,电讯号输入控制系统用以控制液面高度.如果发现光斑在PQ处侧移了△s距离,求液面上升的高度△h.

例12、图中AB表示一直立的平面镜，P1、P2是水平放置的米尺（有刻度的一面朝着平面镜），MN是屏，三者互相平行，屏MN上的ab表示一条竖直的缝（即a、b之间透光的），某人眼睛紧贴米尺上的小孔S（其位置见图），可通过平面镜看到米尺的一部分刻度，试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部位，并在P1P2上把这部分涂以标志。

例13、图是用来测量金属杆受热膨胀伸长量△l的实验装置示图.M是附在直角支架Mab的平面镜，直角支架可以a点为轴转动，当金属杆伸长时，b点就抬高，镜面M将向逆时针方向转过一个很小的角度，AB为直尺，C处有望远镜，金属杆加热前，从望远镜中看到直尺上的P点，金属杆加热后，从望远镜中看到直尺上的Q点，设PQ相距为d，直尺AB与平面镜的水平距离为D，ab间距为

，求金属杆受热膨胀的伸长量△l.

翰林汇

三、光的折射：

（一）光的折射：

光从一种介质进入另一种介质并改变了传播方向的现象。

光的折射遵守折射（斯涅尔）定律，折射光线在入射光线和法线决定的平面内，且分居在法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

在折射现象中光路可逆。

（垂直入射叫折射吗？

）

（二）介质的折射率：

n=

=

=

，

（1）任何介质有折射率均大于1。

（2）n由介质本身的特性及光的频率决定。

同种介质对不同频率的光，由于v不同，n就不同，对白光，V红最大，n红最小，所以出现色散现象，当光从一种介质进入另一种介质时f不变，v、

改变。

（三）折射不仅可能改变光束的传播方向，而且还可能改变光束的性质。

（四）平行玻璃砖对光线的作用——侧移。

侧移的距离跟入射角i、玻璃砖厚度d、折射率n有关。

物体通过玻璃砖所成的像是等大的虚像。

如：

放在等厚的矩形玻璃砖和半圆形玻璃砖中心处的物体，在垂直往下看时哪个更高？

例1、点光源S通过带有圆孔的挡板N,照射到屏M上,形成直径为d

的亮圆.如果在挡板靠近光屏一侧放上一块厚玻璃时,如图所示,这时点光

源通过圆孔和玻璃在屏上形成直径为D的亮圆.直径D和d的关系是（A）

（A）d>D（B）d=D（C）d

例2、将一根细直棒竖直放在玻璃烧杯中的中心线偏左处，如图甲所示，现在往杯中注入大半杯水，人眼从侧面看时，所看到的现象应是图乙中的哪一个？

（B）

例3、在深为2m的水塘里，竖直插入一根木桩，木桩露出水面部分的长度为0.5m，当阳光与水平面夹角为60°照射到木桩时，木桩在水面上的影子长为多少?

木桩在水底的影子又是多长?

设河底是水平的.

例4、为了从军事工事内部观察外界目标,在工事壁上开一长方形孔.设工事壁厚d=34.64cm,孔的宽度L=20cm.孔内嵌入折射率为n=

的玻璃砖,如图所示,试问：

（1）嵌入玻璃后,工事内部人员观察到外界的视野有多大张角?

（2）要想使外界1800范围内的物体全能被观察到,应嵌入折射率为多大的玻璃砖?

解：

（1）最大折射角为

，而sin

=

，即折射角为300，

对应的入射角为600

（2）折射角为300，要使视野为1800，即折射角为900，则临界角为300

故折射率为2。

例5、单色细光束射到折射率n=

的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角为450，研究经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图所示，

（1）在图上大致画出光线在球内的路径和方向。

（2）求入射光与出射光之间的夹角

（3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，

问哪种颜色光的偏向角最大，哪种颜色的光偏向角最小？

解:

例6、宽为a的平行光束从空气斜向射到两面平行的玻璃板上表面，入射角为450，光束中包含两种波长的光，玻璃对这两种波长的光，玻璃对这两种光的折射率分别为

。

（1）求每种波长的光射入上表面后的折射角

。

（2）O为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的厚度为d至少？

并画出光路示意图。

解：

例7、给你一个广口瓶和足够的水和一根有刻度的直尺设计一个实验粗略测定水的折射率。

四、全反射、光的色散：

（一）发生全反射的条件：

（1）光从光密介质射向光疏介质。

（2）入射角大于临界角。

（二）临界角：

光从光密介质射入光疏介质时，折射角为900时的入射角临界角。

C=arcsin

。

（三）光的色散：

白光通过三棱镜后，在光屏上形成的彩色光带。

（1）折射率与光的频率的关系：

同一介质中，频率越大的光折射率越大，当各种色光通过同一介质时，紫光的折射率最大，红光的折射率最小。

（2）折射率与光速与波长之间的关系：

当光从真空射入介质时，频率不变，速度减小，波长减小。

，同一种介质中,频率大,速度小,波长短.

例1、一束光从空气射向折射率为n=

的某种玻璃的表面，如图所示，i代表入射角，则（BCD）

（A）当i＞45°时，会发生全反射现象

（B）无论入射角i多大，折射角都不会超过45°

（C）欲使折射角等于30°，应以i=45°的角度入射

（D）当i=arctg

时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直

例2、如图所示,在水面以下有一个平面镜水平放置,一束白光由空气垂直射入水中,照到平面镜上的O点,现让平面镜绕入射点O转动,要使该光束不会从水中射出水面,平面镜转过的角度不能小于（已知红光临界角为

紫光临界角为

）（A）

（A）

（B）

（C）

（D）

学生练：

图abc为一全反射棱镜,它的主截面是等腰直角三角形,如图所示.一束白光垂直入射到ac面上,在ab面上发生全反射,若光线入射点O的位置保持不变,改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线）（A）.

（A）使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转,如果有色光射出ab面,

则红光将首先射出（B）使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转,

如果有色光射出ab面,则紫光将首先射出

（C）使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,红光将首先射出ab面

（D）使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,紫光将首先射出ab面

例3、一束平行光线在3种介质界面上的反射、折射情况如图所示，若光在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ种介质中传播速度分别为v1，v2，v3，则：

（A）v1＞v3＞v2；（B）光以

的入射角从介质Ⅰ射到介质Ⅰ和

介质Ⅱ的分界面上，则一定能在Ⅱ、Ⅲ的界面上发生全反射。

（C）光以

的入射角从介质Ⅲ射到介质Ⅲ和介质Ⅱ的分界面

上，则可能在介质Ⅱ和介质Ⅰ的界面上发生全反射。

（D）光以

的入射角从介质Ⅲ射到介质Ⅲ和介质Ⅱ的分界面上，则一定在介质Ⅱ和介质Ⅰ的界面上发生全反射。

教学效果分析：