高中物理光學(xué)知識點總結(jié)

1、高中物理光學(xué)知識點總結(jié)、光源 1定義：能夠自行發(fā)光的物體.2. 特點：光源具有能量且能將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為光能，光在介質(zhì)中傳播就是能 量的傳播.二、光的直線傳播1. 光在同一種均勻透明的介質(zhì)中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：C=3X 108m/s;各種頻率的光在介質(zhì)中的傳播速度均小于在真空中的傳播速度，即v 1.7 扎si nC03. 各種色光性質(zhì)比較：紅光的n最小，v最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）v最大,入最大，從同種介質(zhì)射向真空時全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時的偏折角最?。ㄗ⒁鈪^(qū)分偏折角和折射角）。 4. 兩種介質(zhì)相比較，折射率較大的叫光密介質(zhì)，折射率較小

2、的 光疏介質(zhì).三、全反射1. 全反射現(xiàn)象：光照射到兩種介質(zhì)界面上時，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象.2. 全反射條件：光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角.3. 臨界角公式：光線從某種介質(zhì)射向真空（或空氣）時的臨界角為C,則sinC=1/n=v/c 四、棱鏡與光的色散1. 棱鏡對光的偏折作用一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與 入射方向相比，向底邊偏折。（若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反。）作圖時 盡量利用對稱性（把棱鏡中的光線畫成與底邊平行）。由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏上 形成七色光帶（稱

3、光譜）（紅光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介質(zhì)中，七色光與下面幾個物理量的對應(yīng)關(guān)系如表所示光學(xué)中的一個現(xiàn)象一串結(jié)論色散現(xiàn)象nv入（波動性）衍射6涉 E 干剛丫 （粒子性）E光子光電效應(yīng).小大大:容小大小（不小難11!黃（明顯）易明顯）大小大小大易小（不難大（明明顯）顯）結(jié)論：（1）折射率n、（2）全反射的臨界角C;（3）同一介質(zhì)中的傳播速率v；（4）在平行玻璃塊的側(cè)移 x（5）光的頻率y ,頻率大,粒子性明顯；（6）光子的能量E=h丫則光子的能量越大。越容易產(chǎn)生光電效 應(yīng)現(xiàn)象（7）在真空中光的波長入，波長大波動性顯著；（8）在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距 x越來越窄（9）在相同的情況下，衍

4、射現(xiàn)象越來越不明顯2. 全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當(dāng)?shù)娜肷?獨、/點，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90 （右圖1）或180 （右圖2）。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。3.玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：射出光線和入射光線平行；各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；射出光線的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)； 可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。4. 光導(dǎo)纖維 全反射的一個重要應(yīng)用就是用于光導(dǎo)纖維（簡稱光纖） 。光纖有內(nèi)、外兩層材料，其 中內(nèi)層是光密介質(zhì)，外層是光疏介質(zhì)。光在光纖

5、中傳播時，每次射到內(nèi)、外兩層材料 的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。這樣使從一個端面入射的光， 經(jīng)過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出。五、各光學(xué)元件對光路的控制特征（1）光束經(jīng)平面鏡反射后，其會聚（或發(fā)散）的程度將不發(fā)生改變。這正是反射定律 中“反射角等于入射角”及平面鏡的反射面是“平面”所共同決定的。（2）光束射向三棱鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：向著底 邊偏折，若光束由復(fù)色光組成，由于不同色光偏折的程度不同，將發(fā)生所謂的色散現(xiàn) 象。（3）光束射向前、后表面平行的透明玻璃磚，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路 變化的特征是；傳播方向不變，只產(chǎn)生

6、一個側(cè)移。（4）光束射向透鏡，經(jīng)前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：凸透鏡使 光束會聚，凹透鏡使光束發(fā)散。六、各光學(xué)鏡的成像特征物點發(fā)出的發(fā)散光束照射到鏡面上并經(jīng)反射或折射后，如會聚于一點，則該點即 為物點經(jīng)鏡面所成的實像點；如發(fā)散，則其反向延長后的會聚點即為物點經(jīng)鏡面所成 的虛像點。因此，判斷某光學(xué)鏡是否能成實（虛）像，關(guān)鍵看發(fā)散光束經(jīng)該光學(xué)鏡的 反射或折射后是否能變?yōu)闀酃馐赡苋詾榘l(fā)散光束） 。（1）平面鏡的反射不能改變物點發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度，所以只能在異側(cè)成等 等大的、正立的虛像。（2）凹透鏡的折射只能使物點發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度提高，所以只能在同側(cè)成縮小的、正立的

7、虛像。（3）凸透鏡折射既能使物點發(fā)出的發(fā)散光束仍然發(fā)散，又能使物點發(fā)出發(fā)散光束變?yōu)?聚光束,所以它既能成虛像，又能成實像。七、幾何光學(xué)中的光路問題幾何光學(xué)是借用“幾何”知識來研究光的傳播問題的，而光的傳播路線又是由光 的基本傳播規(guī)律來確定。所以，對于幾何光學(xué)問題，只要能夠畫出光路圖，剩下的就 只是“幾何問題”了。而幾何光學(xué)中的光路通常有如下兩類：（1）“成像光路”一般來說畫光路應(yīng)依據(jù)光的傳播規(guī)律，但對成像光路來說，特別是對薄透鏡的成像光路來說，則是依據(jù)三條特殊光線來完成的。這三條特殊 光線通常是指：平行于主軸的光線經(jīng)透鏡后必過焦點；過焦點的光線經(jīng)透鏡后 必平行于主軸；過光心的光線經(jīng)透鏡后傳播方

8、向不變。（2） “視場光路” 即用光路來確定觀察范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“邊緣光線”，而一般的“邊緣光線”往往又要借助于物點與像點的對應(yīng)關(guān)系來幫助確定。光的波動性（光的本性）一、光的干涉一、光的干涉現(xiàn)象兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“振動”加強，出現(xiàn)亮條紋；某些區(qū)域使得 振動減弱，出現(xiàn)暗條紋。振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，出現(xiàn)明暗相間條紋的 現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫 光的干涉現(xiàn)象。二、產(chǎn)生穩(wěn)定干涉的條件：相同的波源，即相干波源1. 產(chǎn)生相干光源的方法（必須保證相同）利用激光（因為激光發(fā)出的是單色性極好的光）;分光法(一分為二)：將一束光分為兩束 頻率和振動情況完全相同的光。(這樣兩

9、束光都來源于同一個光源，頻率必然相等)下面4個圖分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相干光a 源的示意圖點(或縫)光源分割法：楊氏雙縫(雙孔)干涉實驗；利用反射得到相干光源：cS/薄膜干涉利用折射得到相干光源2. 雙縫干涉的定量分析如圖所示，縫屏間距L遠(yuǎn)大于雙縫間距d, 0點與雙縫S和S2等間距，則當(dāng)雙縫中 發(fā)出光同時射到0點附近的P點時，兩束光波的路程差為5得：r i2=L2+(x d)2, r 22=L2+(x+ d)2.2 2考慮到Ld和Lx,可得5 =牛.若光波長為入，亮紋：則當(dāng)5 = k入(k=0,1,2,)屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍時， 兩束光疊加干

10、涉加強；暗紋：當(dāng)5 = (2k 1) (k=0,1,2,)屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇2數(shù)倍時，兩束光疊加干涉減弱， 據(jù)此不難推算出：(1)明紋坐標(biāo)x= 士 k-入(k=0 , 1, 2,)(2)暗紋坐標(biāo)x= 士d(2k 1) L (k=1 , 2,)d 2測量光波長的方法(3)條紋間距相鄰亮紋(暗紋)間的距離 x二丄入.(縫屏間距dL,雙縫間距d)用此公式可以測定單色光的波長。則出n條亮條紋(暗)條紋的距離a,相鄰兩條亮條紋間距2，LV)n _1 L L n -1用白光作雙縫干涉實驗時，由于白光內(nèi)各種色光的波長不同，干涉條紋間距不同，所以 屏的中央是白色亮紋，兩邊出現(xiàn)彩色條紋。結(jié)論：

11、由同一光源發(fā)出的光經(jīng)兩狹縫后形成兩列光波疊加產(chǎn)生. 當(dāng)這兩列光波到達(dá)某點的路程差為波長的整數(shù)倍時，即3 =k入，該處的光互相加強，出現(xiàn)亮條紋； 當(dāng)?shù)竭_(dá)某點的路程差為半波長奇數(shù)倍時， 既5 =-(2n_1),該點光互相消2弱，出現(xiàn)暗條紋； 條紋間距與單色光波長成正比.3丄(*入)，d所以用單色光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是亮紋，兩邊對稱地排列明暗相同且間 距相等的條紋用白光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是白色亮紋，兩邊對稱地排列彩色條紋，離中 央白色亮紋最近的是紫色亮紋。原因：不同色光產(chǎn)生的條紋間距不同，出現(xiàn)各色條紋交錯現(xiàn)象。所以出現(xiàn)彩色條 紋。將其中一條縫遮?。簩⒊霈F(xiàn)明暗相間的亮度不同且不等距的衍

12、射條紋3. 薄膜干涉現(xiàn)象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的兩列光波疊加而成.劈 形薄膜干涉可產(chǎn)生平行相間條紋，兩列反射波的路程差 5 ,等于薄膜厚度d的兩倍，即 5 =2d。由于膜上各處厚度 不同，故各處兩列反射波的路程差不等。 若：=2d=n入(n=1,2)則出現(xiàn)明紋。 5 =2d=(2n-1)入 /2( n =1,2)則出現(xiàn)暗紋。應(yīng)注意：干涉條紋出現(xiàn)在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散現(xiàn)象。 單色光明暗相間條紋，彩色光出現(xiàn)彩色條紋。薄膜干涉應(yīng)用：肥皂膜干涉、兩片玻璃間的空氣膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、 牛頓環(huán)、蝴蝶翅膀的顏色等。光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的兩列光

13、疊加?？吹侥ど铣霈F(xiàn)明暗相間的條紋。（1）透鏡增透膜（氟化鎂）：透鏡增透膜的厚度應(yīng)是透射光在薄膜中波長的 1/4倍。使 薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長，（ T=2d二？入，得d二？入），故反射光疊 加后減弱。大大減少了光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對人的視覺最敏感，通過時完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著削 弱。所有增透膜的光學(xué)鏡頭呈現(xiàn)淡紫色。從能量的角度分析E入二E反+E透+E吸。在介質(zhì)膜吸收能量不變的前提下，若 E反=0,則 E透最大。增強透射光的強度。（2）“用干涉法檢查平面”：如圖所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測

14、平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凸起來，則對應(yīng)明紋（或暗紋）提前出現(xiàn)，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)， 如圖乙所示。（注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左向右的順序位 置上。）注意：由于發(fā)光物質(zhì)的特殊性，任何獨立的兩列光疊加均不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。只有采 用特殊方法從同一光源分離出的兩列光疊加才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。4. 光的波長、波速和頻率的關(guān)系 v=入f。光在不同介質(zhì)中傳播時，其頻率 f不變, 其波長入與光在介質(zhì)中的波速v成正比.色光的顏色由頻率決定，頻率不變則色光的 顏色也不變。二、光的衍射。1. 光的衍射現(xiàn)象是光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現(xiàn)象.單

15、縫衍射：中央明而亮的條紋，兩側(cè)對稱排列強度減弱，間距變窄的條紋。圓孔衍射：明暗相間不等距的圓環(huán)，（與牛頓環(huán)有區(qū)別的）2. 泊松亮斑：當(dāng)光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑。當(dāng) 形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓 環(huán)。3. 各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射 。至使輪廓模糊不清，4. 產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物（或孔）的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。（當(dāng)障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，有明顯衍射現(xiàn)象） d 300入 當(dāng)厶d=0.1mm=130d時看到的衍射現(xiàn)象就很明顯了小結(jié)：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，但存在明顯的

16、區(qū)別： 單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分布，但衍射條紋中間亮紋最寬，兩側(cè)條 紋逐漸變窄變暗，干涉條紋則是等間距，明暗亮度相同。白光的衍射條紋與干涉條紋都是彩色的。意義：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特征：證明光具有波動性。入大，干涉和衍射現(xiàn) 明顯，越容易觀察到現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象表明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當(dāng)光波長比障礙物小得多和情況下（條件）光才可以看作直線傳播。（反之）在發(fā)生明顯衍射的條件下,當(dāng)窄縫變窄時，亮斑的范圍變大,條紋間距離變大,而亮度變暗光的直進(jìn)是幾何光學(xué)的基礎(chǔ)，光的衍射現(xiàn)象并沒有完全否認(rèn)光 的直進(jìn)，而是指出光的傳播規(guī)律受一定條件制約的，-任何物理規(guī)律都受一定條件限制。（光學(xué)顯微鏡能放

17、大2000倍，無法再放 大，再放大衍射現(xiàn)象明顯了。）（以下新教材適用）三. 光的偏振橫波只沿某個特定方向振動，這種現(xiàn)象叫做 波的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象 根據(jù)波是否具有偏振現(xiàn)象來判斷波是否橫波，實驗表明，光具有偏振現(xiàn)象，說明 光波是橫波。（1）自然光。太陽、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切 方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光。自然光 通過偏振片后成形偏振光。（2） 偏振光。自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定的 方向振動，叫偏振光。自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好是90

18、,這時，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的 偏振方向互相垂直。我們通?？吹降慕^大多數(shù)光都是偏振光。除了直接從光源發(fā)出的 光外。偏振片（起偏器）由特定的材料制成，它上面有一個特殊方向（透振方向）只有振動方向 和透振方向平行的光波才能通過偏振片。（3）只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光的偏振也證明了光是一種波，而且是橫波。各種電 磁波中電場E的方向、磁場B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。（4） 光波的感光作用和生理作用主要是由電場強度E引起的，因此將E的振動稱為 光振動。（5）應(yīng)用：立體電影、照相機的鏡頭、消除車燈的眩光等。四、麥克斯韋光的電磁說.1、光的干涉與衍射充分地表明光是一種波，光的偏

19、振現(xiàn)象又進(jìn)一步表明光是橫波。 提出光電磁說的背景：麥克斯韋對電磁理論的研究預(yù)言了電磁波的存在，并得到電 磁波傳播速度的理論值3.11 x 108m/s，這和當(dāng)時測出的光速3.15 x 108m/s非常接近， 在此基礎(chǔ)上麥克斯韋提出了光在本質(zhì)上是一種電磁波這就是所謂的光的電磁說。光電磁說的依據(jù)：赫茲在電磁說提出20多年后，用實驗證實了電磁波的存在，測得 電磁波的傳播速度確實等于光速，并測出其波長與頻率，并且證明了電磁波也能產(chǎn)生 反射、折射、衍射、干涉、偏振等現(xiàn)象。用實驗證實了光的電磁說的正確性。光電磁說的意義：揭示了光的電磁本性，光是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波；把光現(xiàn)象 和電磁學(xué)統(tǒng)一起來，說明光與電

20、和磁存在聯(lián)系。說明了光能在真空中傳播的原因：電磁場本身就是物質(zhì)，不需 要別的介質(zhì)來傳遞。電磁波譜：按波長由大到小的順序排列為：無線電波、紅外線、可見光（七色）、紫外線、X射級、 丫射線，除可見光外，相鄰波段間都有重疊。各種電磁波產(chǎn)生的基理、性質(zhì)差別、用途。電磁波種無線電波紅外線可見光紫外線倫琴射線丫射線類頻率(Hz)104 3 X10121012 3.9X 10143.9X1014 7.5X 10147.5X1014 5 X10163 X 1016 3X 10203X 1019以上真空中波長(m)3 X 1014 10443 X 10 7.7 X 10 77.7 X 107 4X1074X 1

21、0 7 6X 109108 10121011以下組成頻率波波長：大小波動性：明顯不明顯頻率：小大 粒子性：不明顯明顯觀察方法無線電技術(shù)利用熱效應(yīng)激發(fā)熒光利用貫穿本領(lǐng)照相底片感光(化學(xué)效應(yīng))核技術(shù)各種電磁波的產(chǎn)生機理LC電路中 自由電子 的的振蕩原子的外層電子受到激發(fā)原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)原子核受到激發(fā)特性波動性強熱效應(yīng)引起視覺化學(xué)作用、熒光效應(yīng)、殺菌貫穿作用強貫穿本領(lǐng)最強用途通訊，廣播，導(dǎo)航加熱烘干、 遙測遙感， 醫(yī)療，導(dǎo)向 等照明，照相，加熱日光燈，黑 光燈手術(shù) 室殺菌消 毒，治療皮 膚病等檢查探測， 透視，治療 等探測，治療等 從無線電波到丫射線，都是本質(zhì)上相同的電磁波，它們的行服從同的波動規(guī)律。 由于頻率和波長不同，又表現(xiàn)出不同的特性：波長大 (頻率小)干涉、衍射明顯, 波動性強?，F(xiàn)在能在晶體上觀察到丫射線的衍射圖樣了。除了可同光外，上述相鄰的電磁波的頻率并不絕對分開，但頻率、波長的排列有 規(guī)律。（3）紅外線、紫外線、X射線的性質(zhì)及應(yīng)用種類產(chǎn)生主要性質(zhì)應(yīng)用舉例紅外線一切物體都能發(fā)出熱效應(yīng)遙感、遙控、加熱紫外線一切咼溫物體能發(fā)出化學(xué)效應(yīng)熒光、殺菌、合成VD2X射線陰極射線射到固體表面穿透能力強人體透視、金屬探傷實驗證明：物體輻射出的電磁波中輻射最強的波長 入m和物體溫度T之間滿足關(guān)系 入m T = b（ b為常數(shù)）?？?/p>