高三物理几何光学与物理光学通用版教材知识精讲.doc

高三物理几何光学与物理光学通用版

【本讲主要内容】
几何光学与物理光学
本讲核心是研究光的传播规律和光的本质，即几何光学和物理光学。

【知识掌握】
【知识点精析】
1.在同一种均匀介质中，光是沿直线传播的，光在真空中的速度。小孔成像、影的形成都是光的直线传播的例证。如果介质分布不均匀，光在传播过程中就会发生弯折，海市蜃楼现象就是例证。
2.光的反射定律。光传播到两种媒质的交界面上时，改变原来的传播方向又返回到原介质中传播，是反射现象。光的反射遵守光的反射定律。要正确熟练地掌握反射定律，能进行相关的计算，熟练地画出光路图。平面镜成像是光的反射定律应用的生动实例，漫反射现象也严格遵守光的反射定律。在反射现象中，光路是可逆的。在有些问题中利用光路可逆，巧妙地把物点看成像点，或者把像点看成物点，对这些问题的解决是很有帮助的。
3.平面镜成像。要熟练掌握平面镜成像的特点，正确熟练地作出光路图。能够确定成像的范围，并会应用平面镜来改变光束的传播方向。
4.光的折射。光传播到两种介质的界面上，有一部分光线改变原来的传播方向进入另一种介质中传播，这就是光的折射现象。光的折射遵守折射定律。入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个恒量，当光由真空射入介质中时，这个恒量就是介质的折射率，即。折射率n反映出介质的光学性质，利用折射定律进行相关计算是几何光学中考核的重要内容。在折射现象中光路也是可逆的，利用光路可逆的特性，可使一些问题的解决快捷、方便。
5.全反射。当光由光密介质射向光疏介质且入射角大于临界角时，就会发生全反射。当光由介质射向真空时，临界角的计算公式是，n是介质的折射率。自1999年开始，已经不要求利用这个公式进行有关临界角的计算，应着重于对全反射现象的认识和分析。
6.三棱镜。光线通过三棱镜后向底面偏折。由于介质对不同色光的折射率不同，因而发生色散。三棱镜是控制光路的光学器件，通过三棱镜看到的是物体的虚像。
7.光导纤维。利用全反射原理，传播光信号的媒介，了解一些简单应用，如通信、光缆、医学内窥镜等。
8.了解光本性学说的发展简史，对光的本性有一个历史的、完整的认识。关于光的本性，17世纪是牛顿支持的微粒说和惠更斯提出的波动说；光的干涉实验推动了光的波动说的发展；麦克斯韦的光的电磁说，把光的波动说发展到一个新的高峰；光电效应实验、爱因斯坦光量子假说又使人们在新的层次上认识到了光的粒子性，现在人们公认光具有波粒二象性。
9.光的波动性。光的干涉现象和衍射现象是光具有波动性的实验证明。要通过观察实验现象，掌握干涉、衍射现象的一些特点和发生干涉、衍射现象的条件，及干涉、衍射现象的一些应用。
（1）光的干涉。要掌握以下几个要点：
①产生光的干涉的条件：两束频率相同的光才可能是相干光。托马斯·杨巧妙地用双缝把一束光分解成两束相干光，成功地完成了光的干涉实验。
②光的干涉图样。用白光进行干涉实验，屏中央是白光亮纹，两侧是彩色干涉条纹；用单色光进行干涉实验，屏上是等间距、明暗相间的条纹；条纹间距与色光的波长有关，波长越长间距越大，条纹越宽。
③明纹暗纹的解释。双缝到屏上某点的距离之差是光的波长的整数倍时，则该点出现亮纹。若双缝到屏上某点距离之差是光的半波长的奇数倍时，则该点出现暗纹。
④薄膜干涉。一束光经薄膜的两个表面反射后形成两束反射光，这两束反射光形成干涉现象。会解释肥皂泡和水面上油膜出现彩色的现象，知道照相机镜头上应用增透膜的道理。
（2）光的衍射。光在传播过程中遇到障碍物时，偏离原来的直线传播路径，绕到障碍物后面继续传播的现象叫光的衍射。要掌握以下要点：
①发生明显衍射的条件：光遇到任何障碍物都要发生衍射，但要产生明显衍射，障碍物或小孔的尺寸应与光波波长差不多。
②单缝衍射的图样。白光单缝衍射形成的图样，屏中间是亮且宽的白色条纹，两侧是暗且窄的彩色条纹；单色光的单缝衍射图样，屏中间是亮且宽的条纹，两侧是明暗相间的条纹，且亮度与宽度逐渐衰减。
（3）光的偏振。光在某一方向上振动最强。光的偏振现象证明光具有横波特性。
10.光的电磁说。麦克斯韦提出了光的电磁说，赫兹用实验验证了电磁说的正确性。光的电磁说应主要掌握以下要点：
（1）频率由小到大排列的电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线。
（2）频率不同的电磁波有不同的作用效果，如红外线主要是热作用，射线穿透本领最强等。
（3）波长长的电磁波波动性显著，如无线电波易于发生干涉、衍射等现象；波长短的电磁波粒子性突出，如紫外线易于使金属发生光电效应。
（4）不同频率的电磁波产生的机理不同。
（5）光谱和光谱分析。光谱分发射光谱和吸收光谱两类。发射光谱又分连续光谱和明线光谱。要知道原子光谱、特征谱线的意义，以及利用特征谱线进行物质鉴定，即光谱分析。
11.光的粒子性。