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当前位置:首页 > 建筑/环境 > 工程监理 > 高考第一轮复习之18几何光学
精品文档以上资料由网络上收集整理而来高考总复习之十八----几何光学复习要点1、掌握光的直线传播规律。了解各种频率的光在真空中传播速度均为C=3×108m/s;在介质中的传播速度vc,频率较低的光在介质中传播速度较大。2、了解光的反射现象,掌握光的反射定律,能够运用光的反射定律解决光的反射问题。3、了解光的折射现象,掌握光的折射定律,能够运用光的折射定律解决光的折射问题。了解折射率概念,掌握折射率与光速间的关系。4、了解光的全反射现象,掌握发生全反射现象的充要条件。5、熟悉平面镜、棱镜、平行玻璃砖等光学器件对光路的控制特征。了解光的色散现象。6、掌握画反射光路与折射光路的方法,能够运用画光路的方法解决有关成像的问题和确定观察范围的问题。二、难点剖析1、光的传播规律(1)光的直线传播规律、光速光在同种均匀介质中总是沿直线传播。各种频率的光在真空中传播速度均为C=3×108m/s各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度,即vC同一种频率的光在不同介质中传播速度一般不同;不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同。在同一种介质中,频率越低的光其传播速度越大。(2)光在射到两种介质的界面上后返回原介质时,其传播规律遵循所谓的反射定律。反射定律的基本内容包含如下三个要点:①反射光线、法线、入射光线共面;②反射光线与入射光线分居法线两侧;③反射角等于入射角,即i=i’(3)光在射到两种介质的界面上后从第一种介质进入第二种介质时,其传播规律遵循所谓的折射定律。折射定律的基本内容包含如下三个要点;①折射光线、法线、入射光线共面;②折射光线与入射光线分居法线两侧;③入射角与折射角的正弦值之比恰等于第二与第一两种介质的折射率之比,即12sinsinnnri。特别是当光从空气(折射率为1)射入折射率为n的介质中时,上式变为nrisinsin(4)折射率①折射率与光速间关系为vcn②由于不同频率的光在同一种介质中传播速度不同,所以,同一种介质对不同频率的光的折射率也不同。由此可知:折射率反映的不仅仅是介质的属性,而应该是反映了光与介质的光属性间的某种关系。2、光的全反射现象精品文档以上资料由网络上收集整理而来(1)光密介质与光疏介质如果有三种介质,其折射率的关系为n1n2n3那么第2种介质相对于第1种介质是光密介质,但相对于第3种介质则是光疏介质。(2)全反射现象光从光密介质射向光疏介质时,当入射角足够大而使折射光线消失的现象称为全反射现象。(3)全反射现象的充要条件必要条件:从光密介质射向光疏介质充分条件:入射角大于临界角(4)临界角使折射角等于90°时的入射角。当光从折射率为n的介质射向空气时,发生全反射现象的临界角C可由下式求得nC1arcsin3、各光学元件对光路的控制特征(1)光束经平面镜反射后,其会聚(或发散)的程度将不发生改变。这正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面镜的反射面是“平面”所共同决定的。(2)光束射向三棱镜,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特征是:向着底边偏折,若光束由复色光组成,由于不同色光偏折的程度不同,将发生所谓的色散现象。(3)光束射向前、后表面平行的透明玻璃砖,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特征是;传播方向不变,只产生一个侧移。(4)光束射向透镜,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特征是:凸透镜使光束会聚,凹透镜使光束发散。4、各光学镜的成像特征物点发出的发散光束照射到镜面上并经反射或折射后,如会聚于一点,则该点即为物点经镜面所成的实像点;如发散,则其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点。因此,判断某光学镜是否能成实(虚)像,关键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是否能变为会聚光束(可能仍为发散光束)。(1)平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散程度,所以只能在异侧成等等大的、正立的虚像。★(2)凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高,所以只能在同侧成缩小的、正立的虚像。★(3)凸透镜的折射既能使物点发出的发散光束仍然发散,又能使物点发出的发散光束变为聚光束,所以它既能成虚像,又能成实像。其具体的成像特征可如下表所示:u2f异侧倒立缩小实像u=2f异侧倒立等大实像2fuf异侧倒立放大实像u=2f不成像uf同侧正立放大虚像注:透镜成像特征初中已作介绍。5、几何光学中的光路问题几何光学是借用“几何”知识来研究光的传播问题的,而光的传播路线又是由光的基本传播规律来确定。所以,对于几何光学问题,只要能够画出光路图,剩下的就只是“几何问题”了。而几何光学中精品文档以上资料由网络上收集整理而来的光路通常有如下两类:(1)“成像光路”——一般来说画光路应依据光的传播规律,但对成像光路来说,特别是对薄透镜的成像光路来说,则是依据三条特殊光线来完成的。这三条特殊光线通常是指:平行于主轴的光线经透镜后必过焦点;过焦点的光线经透镜后必平行于主轴;过光心的光线经透镜后传播方向不变。(2)“视场光路”——即用光路来确定观察范围。这类光路一般要求画出所谓的“边缘光线”,而一般的“边缘光线”往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。三、典型例题例1:下列有关光的陈述中正确的是()A、人能使用双眼估测物体的位置利用的是光的直线传播规律B、大孔不成像,说明光通过大孔不是直线传播的C、位于月球本影区的人,能看到月全食D、光总是直线传播的,光在真空中传播的速度最大分析:此例所涉及到的光现象均与光的直线传播规律相关,分析时应注意到相应的条件。解答:从物体上发出的两条光线分别到达人的两眼,而根据两条光线的反向交点,就可确定物体的位置;大孔之所以不成像是因为大孔可看成由许多小孔组成,每一个小孔所成的像重叠在一起造成的;位于月球本影区的人看到的是日全食;当月球在地球的本影里才发生月全食;光只有在同种均匀介质中才是直线传播的,选项B、C、D都不正确,只选A。例2:如图23-1所示,在竖直平面xOy上,人眼位于x轴上+3坐标点H,一平面镜位于图示位置,平面镜两端坐标为N(-1,3)与M(0,3),那么当一发光点P从坐标原点沿x轴负方向运动过程中,当P点在以下哪个区域中运动时,人眼可以从平面镜中观察到P的像()A、0至-1区间B、-1至3区间C、0至-∞区间D、-3至-5区间分析:注意到反射光路是可逆的。解答:以人眼为光源找出镜中的像A,过A向镜边缘作直线交x轴于B、C点,补画出入射线HM、HN。根据光路可逆,则B、C范围即人眼可视P点像的范围。答案应是-3至-5区间,应选D。例3:假设地球表面不存在气层,那么人们观察到日出时刻与实际存在大气层的情况相比()A、将提前B、将延后C、在某些地区将提前,在另一些地区将延后D、不变分析:注意到大气层不均匀的特性解答:由几何光学知识可知,有大气层时,由于地表大气层不均匀,太阳光线经大气折射后向下弯曲,如图23-2所示,地球上观察者看到日出的太阳要比实际位置高,也就是当太阳还在地平线以下时就可以看到太阳的像;而没有大气层时,太阳光线沿直线传播,当太阳在地平线以下时是看不到太阳的。故有大气层时可提前看到日出。例4:abc为全反射棱镜,它的主截面是等腰直角三角形,如图23-3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的位置不变,改变光线的入射方向(不考虑bc面反射的光线)()图23-1图23-2图23-13精品文档以上资料由网络上收集整理而来A、使入射光线按图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面分析:注意到光的颜色,光的频率,光在介质中的速度,介质对光的折射率等因素间的关系,是分析此例的关键。解答:白光是由红到紫七种色光组成,同一种介质对它们的折射率,从红光到紫光逐渐增大。从同一介质射向空气发生全反射的临界角不同。由公式nC1sin,n越小,C越大。红光折射率最小,则临界角最大。光垂直入射ac面,在ab面发生全反射,则临界角c≤45°,紫光折射率最大,则临界角最小。当入射光沿顺时针方向偏转时,通过ac面折射后,射到ab面的入射角减小,首先小到红光临界角以下,红光先射出ab面。当入射光沿逆时针方向偏转时,通过ac面折射后,射到ab面的入射角增大,不可能有光从ab面射出。单元检测一、选择题1、在我国古代学者沈括的著作《梦溪笔谈》中有如下记载:“若鸢飞空中,其影随鸢而移;或中间为空隙所束,则影与鸢遂相违,鸢东则影西,鸢西则影东。”意思是说,若鹞鹰在空中飞翔,它的影子随鹞鹰而移动;如鹞鹰和影子中间被窗户孔隙所约束,影子与鹞鹰作相反方向移动,鹞鹰向东则影子向西移,鹞鹰向西则影子向东移。这描述的是光的()A、直线传播现象B、折射现象C、干涉现象D、衍射现象2、太阳光线与水平面成45°角,入射到平面镜上的反射光线正好沿水平方向射出,那么平面镜应放在与水平面成()A、只有20°角的位置B、20°角和70°角的位置上均可以C、只有70°角的位置上D、应放在40°角的位置上3、一人自街上路灯的正下方经过,看到自己头部的影子正好在自己脚下,如果人以不变速度朝前走,则他头部的影子相对于地的运动情况是()A、匀速直线运动B、匀加速直线运动C、变加速直线运动D、无法确定4、某人看见镜中的钟,没有感觉到像的存在就按正常的钟读数是1点20分,由于钟上没有阿拉伯数字,按他的读数你认为这时成像的科目指示的时刻是()A、1点20分B、11点20分C、10点40分D、10点20分5、平静水面下的潜水员斜向上看岸边的物体时,看到的物体将()A、比物体所处的实际位置高B、比物体所处的实际位置低C、跟物体所处的实际位置一样D、以上三种情况都有可能6、图23-4是光线以相同的入射角从空气射入三种不同媒质时的折射情况,问在哪一种媒质中光的速度最小()图23-4精品文档以上资料由网络上收集整理而来A、媒质甲B、媒质乙C、媒质丙D、三种均一样7、如图23-5所示,小光点S发出白光,经三棱镜分光,有人沿折射后光线的反方向观察,透过棱镜可看到()A、白光点B、光点上部红色,下部紫色C、光点上部紫色,下部红色D、未见光源的像8、光穿过空气与玻璃的界面时,入射角i与折射角r的正弦值关系如图23-6所示,则()A、光是从空气射向玻璃的B、玻璃折射率为0.67C、玻璃折射率为1.5D、光从玻璃射向空气时发生全反射现象的临界角的正弦值为0.679、天黑4小时在赤道上的某人,在头顶上仍然可观察到一颗人造地球卫星飞行,是这颗卫星高度一定()A、等于地球半径B、大于地球半径C、小于地球半径D、不小于地球半径10、正对一竖直的平面镜站立,人身体宽为a,两眼相距为b,欲使自己无论闭上左眼或右眼,都能用另一只眼从镜中看到自己的整个身体,镜子的宽度至少应为()A、2aB、2bC、2baD、2ba11、如图23-6所示的三棱镜中,BC中镀有反射膜,一束折光斜射入AB面,经棱镜后,在屏幕的bc段形成彩色光带,则()A、b点的颜色是黄色B、b点的颜色是红色C、c点的颜色是紫色D、c点的颜色是蓝色12、如图23-7所示,两束平行的红光和紫光,相距为d斜射到玻璃砖上,当它们从玻璃砖的下面射出时()A、两条出射光线仍平行,但距离大于dB、两条出射光线仍平行,但距离小于dC、两条出射光线仍平行,距离仍为dD、两条出射光线将不再平行13、A与B是两束平行的单色光,它们从空气射入水中的折射角为rA、rB,若rArB,则()A、在空气中A的波长大于B的波长B、在水中A的传播速度大于B的传播速度C、A的频率大于B的频率D、在水中A的波长小于B的波长14、如图23-8所示,两块同样的玻璃直角三棱镜ABC,两者的AC面是平行放置的,在它们之间是均匀图23-500.67sinrsini1图23-5精品文档以上资料由网络上收集整理而来的未知透明介质。一
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