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高三物理一轮全程复习第十三单元几何光学doc高中物理

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几何光学局部一、光的直线传播1.光在同一均匀介质中是沿直线传播的前提条件是在同一均匀介质。否那么,可能发生偏折。如光从空气斜射入水中(不是同一种介质);“海市蜃楼”现象(介质不均匀)。2.光线:沿着光的传播方向画出的几何线;它说明光能量的传播方向。(它与电力线、磁力线一样是人们为研究方便而假想出来的)3.光束:有一定关系的光线的集合叫光束。(有会聚、发散即平行光束)4.真空中的光速:;媒质中的光速5.表现:①小孔成像;②影(本影、半影、伪本影)的产生。本影:影区中完全不会受到光的照射;半影:本影的周围有一个能受到光源发出的一局部光照射的区域;本影区:日全食;半影区:日偏食;伪本影区:日环食光的直线传播规律是物体成像作图的根底,也使整个几何光学的理论根底。lSAhxvt例1.如以下图,在A点有一个小球,紧靠小球的左方有一个点光源S。现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去,打到竖直墙之前,小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是A.匀速直线运动B.自由落体运动C.变加速直线运动D.匀减速直线运动解:小球抛出后做平抛运动,时间t后水平位移是vt,竖直位移是,根据相似形知识可以由比例求得,因此影子在墙上的运动是匀速运动。二、反射平面镜成像1.反射定律:①射光线和入射光线和法线在同一平面上,7/7\n②反射光线和入射光线分居在法线的两侧;③反射角等于入射角。即注意:①法线垂直界面;②法线是入射光线、反射光线的角平分线;③光路的可逆性;④沿法线入射,光线原路返回。2.分类:镜面反射、漫反射镜面反射的特点:①镜面反射不改变光束性质;②入射光线不变,平面镜转过α角,反射光线转过2α角。3.平面镜成像的特点:对称、等大、正立、虚像。像与物关于镜面为对称。(1)光路图作法根据平面镜成像的特点,在作光路图时,可以先画像,后补光路图。(2)充分利用光路可逆在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。(眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源,该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。)(3)利用边缘光线作图确定观像范围:①找像;②找边界SS/MNPQ例2如以下图,画出人眼在S处通过平面镜可看到障碍物后地面的范围。解:先根据对称性作出人眼的像点S/,再根据光路可逆,设想S处有一个点光源,它能通过平面镜照亮的范围就是人眼能通过平面镜看到的范围。图中画出了两条边缘光线。AMNBA/B/看到AB完整像的范围例3.如以下图,用作图法确定人在镜前通过平面镜可看到AB完整像的范围。7/7\n解:先根据对称性作出AB的像A/B/,分别作出A点、B点发出的光经平面镜反射后能射到的范围,再找到它们的公共区域(交集)。就是能看到完整像的范围。三、折射与全反射1.折射定律:①射光线和入射光线和法线在同一平面上,②折射光线和入射光线分局在法线的两侧;③入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比。2.折射率:表示光从一种介质进入到另一种介质偏折性能的物理量。绝对折射率:(空气入射介质)(n>1)折射光路也是可逆的。3.各种色光性质比较(空气中)红橙黄绿蓝靛紫折射率:小大频率:低高波长:长短介质中的波速:大小以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要,一定要牢记。4.全反射:(1)条件:①光从光密媒质进入光疏媒质;②入射角大于临界角C;(2)发生全反射时,光线遵守反射定律。5.边作图边计算有关光的折射和全反射,在解题时要把计算和作图有机地结合起来,根据数据计算反射角、折射角,算一步画一步,画一步在根据需要算一步。作图要依据计算结果,力求准确。例:在厚度为d,折射率为n的大玻璃般的下外表,紧贴着一个半径为r7/7\n的圆形发光面。为了从玻璃板的上方看不见圆形发光面,可在玻璃板的上外表贴一块纸片,求所贴纸片的最小面积。αABCD例4.直角三棱镜的顶角α=15°,棱镜材料的折射率n=1.5,一细束单色光如以下图垂直于左侧面射入,试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。解:由n=1.5知临界角大于30°小于45°,边画边算可知该光线在射到A、B、C、D各点时的入射角依次是75°、60°、45°、30°,因此在A、B、C均发生全反射,到D点入射角才第一次小于临界角,所以才第一次有光线从棱镜射出。6.光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维(简称光纤)。光纤有内、外两层材料,其中内层是光密介质,外层是光疏介质。光在光纤中传播时,每次射到内、外两层材料的界面,都要求入射角大于临界角,从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光,经过屡次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。α例5.如以下图,一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以α=45°的入射角射入光导纤维内,经过一系列全反射后从右端射出。求:⑴该激光在光导纤维中的速度v是多大?⑵该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少?解:⑴由n=c/v可得v=2.1×108m/s⑵由n=sinα/sinr可得光线从左端面射入后的折射角为30°,射到侧面时的入射角为60°,大于临界角45°,因此发生全反射,同理光线每次在侧面都将发生全反射,直到光线到达右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s=2L/,因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是t=s/v=2.7×10-8s。7/7\n四、棱镜1.棱镜对光的偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后,射出方向与入射方向相比,向底边偏折。(假设棱镜的折射率比棱镜外介质小那么结论相反。)作图时尽量利用对称性(把棱镜中的光线画成与底边平行)。由于各种色光的折射率不同,因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象(红光偏折最小,紫光偏折最大。)abM例6.如以下图,一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上,经折射后交于光屏上的同一个点M,假设用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率,以下说法中正确的选项是A.n1<n2,a为红光,b为蓝光B.n1<n2,a为蓝光,b为红光C.n1>n2,a为红光,b为蓝光D.n1>n2,a为蓝光,b为红光解:由图可知,b光线经过三棱镜后的偏折角较小,因此折射率较小,是红光。2.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点,可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o(右图1)或180o(右图2)。要特别注意两种用法中光线在哪个外表发生全反射。3.玻璃砖所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上外表入射,从下外表射出时,其特点是:⑴射出光线和入射光线平行;⑵各种色光在第一次入射后就发生色散;⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关;⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。7/7\nab例8.如以下图,两细束平行的单色光a、b射向同一块玻璃砖的上外表,最终都从玻璃砖的下外表射出。已知玻璃对单色光a的折射率较小,那么以下说法中正确的有A.进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B.从玻璃砖下外表射出后,两束光不再平行C.从玻璃砖下外表射出后,两束光之间的距离一定减小了D.从玻璃砖下外表射出后,两束光之间的距离可能和射入前相同例9.如以下图,AB为一块透明的光学材料左侧的端面。建立直角坐标系如图,设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点O以某一入射角θ由空气射入该材料内部,那么该光线在该材料内部可能的光路是以以下图中的哪一个yaθxoAByxoyxoyxoyxoA.B.C.D.θ1θ2θi1i2解:如以下图,由于该材料折射率由下向上均匀减小,可以设想将它分割成折射率不同的薄层。光线射到相邻两层的界面时,如果入射角小于临界角,那么射入上一层后折射角大于入射角,光线偏离法线。到达更上层的界面时入射角逐渐增大,当入射角到达临界角时发生全反射,光线开场向下射去直到从该材料中射出。例10.如以下图,用透明材料做成一长方体形的光学器材,要求从上外表射入的光线可能从右侧面射出,那么所选的材料的折射率应满足    A.折射率必须大于B.折射率必须小于C.折射率可取大于1的任意值D.无论折射率是多大都不可能7/7\n解:从图中可以看出,为使上外表射入的光线经两次折射后从右侧面射出,θ1和θ2都必须小于临界角C,即θ1<C,θ2<C,而θ1+θ2=90°,故C>45°,n=1/sinC<,选B答案。7/7

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发布时间:2022-08-25 11:43:16 页数:7
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文章作者:U-336598

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