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物理辅导之光学知识的归纳

作者:火学网  发布时间:2009-12-01  来源:
作文辅导

  光学知识的归纳

  光学包括两大部分内容:几何光学和物理光学.几何光学(又称光线光学)是以光的 直线传播性质为基础,研究光在煤质中的传播规律及其应用的学科;物理光学是研究光的本性、光和物质的相互作用规律的学科.

  一、重要概念和规律

  (一)、几何光学基本概念和规律

  1、基本规律

  光源 发光的物体.分两大类:点光源和扩展光源.点光源是一种理想模型,扩展光源可看成无数点光源的集合.光线——表示光传播方向的几何线.光束 通过一定面积的一束光线.它是温过一定截面光线的集合.光速——光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为C=3×108m/s。丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。实像——光源发出的光线经光学器件后,由实际光线形成的.虚像——光源发出的光线经光学器件后,由发实际光线的延长线形成的。本影——光直线传播时,物体后完全照射不到光的暗区.半影——光直线传播时,物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域.

  2.基本规律

  (1)光的直线传播规律 先在同一种均匀介质中沿直线传播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。

  (2)光的独立传播规律 光在传播时虽屡屡相交,但互不扰乱,保持各自的规律继续传播。

  (3)光的反射定律 反射线、人射线、法线共面;反射线与人射线分布于法线两侧;反射角等于入射角。

  (4)光的折射定律 折射线、人射线、法织共面,折射线和入射线分居法线两侧;对确定的两种介质,入射

  角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一个常数. 介质的折射串 n=sini/sinr=c/v。全反射条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于临界角A,sinA=1/n。

  (5)光路可逆原理 光线逆着反射线或折射线方向入射,将沿着原来的入射线方向反射或折射.

  3.常用光学器件及其光学特性

  (1)平面镜 点光源发出的同心发散光束,经平面镜反射后,得到的也是同心发散光束.能在镜后形成等大的、正立的虚出,像与物对镜面对称。

  (2)球面镜 凹面镜有会聚光的作用,凸面镜有发散光的作用.

  (3)棱镜 光密煤质的棱镜放在光疏煤质的环境中,入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。隔着棱镜看到物体的像向项角偏移。棱镜的色散作用 复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。

  (4)透镜 在光疏介质的环境中放置有光密介质的透镜时,凸透镜对光线有会聚作用,凹透镜对光线有发散作用.透镜成像作图 利用三条特殊光线。成像规律1/u+1/v=1/f。线放大率m=像长/物长=|v|/u。说明①成像公式的符号法则——凸透镜焦距f取正,凹透镜焦距f取负;实像像距v取正,虚像像距v取负。②线放大率与焦距和物距有关.

  (5)平行透明板 光线经平行透明板时发生平行移动(侧移).侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。

  4.简单光学仪器的成像原理和眼睛

  (1)放大镜 是凸透镜成像在。u(2)照相机 是凸透镜成像在u>2f时的应用.得到的是倒立缩小施实像。

  (3)幻灯机 是凸透镜成像在 f

  (4)显微镜 由短焦距的凸透镜作物镜,长焦距的透镜作目镜所组成。物体位于物镜焦点外很靠近焦点处,经物镜成实像于目镜焦点内很靠近焦点处。再经物镜在同侧形成一放大虚像(通常位于明视距离处)。

  (5)望远镜 由长焦距的凸透镜作物镜,辕焦距的〕透镜作目镜所组成。极远处至物镜的光可看成平行光,经物镜成中间像(倒立、缩小、实像)于物镜焦点外很靠近焦点处,恰位于目镜焦点内,再经目镜成虚像于极远处(或明视距离处)。

  (6)眼睛 等效于一变焦距照相机,正常人明视距约25厘米。明视距离小子25厘米的近视眼患者需配戴凹透镜做镜片的眼镜;明视距离大于25厘米的远视25者需配戴凸透镜做镜片的眼镜。

  (二)物理光学——人类对光本性的认识发展过程

  (1)微粒说(牛顿) 基本观点 认为光像一群弹性小球的微粒。实验基础 光的直线传播、光的反射现象。困难问题 无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象以及光的独立传播规律等。

  (2)波动说(惠更斯) 基本观点 认为光是某种振动激起的波(机械波)。实验基础 光的干涉和衍射现象。

  ①个的干涉现象——杨氏双缝干涉实验

  条件 两束光频率相同、相差恒定。装置 (略)。 现象 出现中央明条,两边等距分布的明暗相间条纹。解释 屏上某处到双孔(双缝)的路程差是波长的整数倍(半个波长的偶数倍)时,两波同相叠加,振动加强,产生明条;两波反相叠加,振动相消,产生暗条。应用 检查平面、测量厚度、增强光学镜头透射光强度(增透膜).

  ②光的衍射现象——单缝衍射(或圆孔衍射)

  条件 缝宽(或孔径)可与波长相比拟。装置 (略)。现象 出现中央最亮最宽的明条,两边不等距发表的明暗条纹(或明暗乡间的圆环)。困难问题 难以解释光的直进、寻找不到传播介质。

  (3)电磁说(麦克斯韦) 基本观点 认为光是一种电磁波。 实验基础 赫兹实验(证明电磁波具有跟光同样的性质和波速)。各种电磁波的产生机理 无线电波 自由电子的运动;红外线、可见光、紫外线 原子外层电子受激发;x射线 原子内层电子受激发;γ射线 原子核受激发。可见光的光谱 发射光谱——连续光谱、明线光谱;吸收光谱(特征光谱。 困难问题 无法解释光电效应现象。

  (4)光子说(爱因斯坦) 基本观点 认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hν。实验基础 光电效应现象。装置 (略)。现象 ①入射光照到光电子发射几乎是瞬时的;②入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率ν。;

  ③当ν>v。时,光电流强度与入射光强度成正比;④光电子的最大初动能与入射光强无关,只随着人射光灯中的增大而增大。解释 ①光子能量可以被电子全部吸收.不需能量积累过程;②表面电子克服金属原子核引力逸出至少需做功(逸出功)hν。;③入射光强。单位时间内入射光子多,产生光电子多;④入射光子能量只与其频率有关,入射至金属表,除用于逸出功外。其余转化为光电子初动能。 困难问题 无法解释光的波动性。

  (5)光的波粒二象性 基本观点 认为光是一种具有电磁本性的物质,既有波动性。又有粒子性。大量光子的运动规律显示波动性,个别光子的行为显示粒子性。实验基础 微弱光线的干涉,X射线衍射.

  二、重要研究方法

  1.作图锋几何光学离不开光路图。利用作图法可以直观地反映光线的传播,方便地确定像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或观察范围等.把它与公式法结合起来,可以互相补充、互相验证。

  2.光路追踪法 用作图法研究光的传播和成像问题时,抓住物点上发出的某条光线为研究对象。不断追踪下去的方法.尤其适合于研究组合光具成多重保的情况。

  3.光路可逆法 在几何光学中,一所有的光路都是可逆的,利用光路可逆原理在作图和计算上往在都会带来方便。

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