高中物理光学知识点经典总结 高中物理光学知识点经典总结 光的反射 光的折射 几何光学 全反射 光的色散 入射角等于反射角 光路可逆 光的频率(颜色)由光源决定,与介质无关 空间nsinv介质sinC介质 光从一种介质进入另一种介质时 从水面看水下光源,视深度为dd/n介质,频率不变 从水面以下看水下物体,视高度为dnd 条件:1、光密到光稀; 2、入射角大于或等于临界角sinc=1(C为临界角)n①光的色散颜色n红紫小大②①光光纤②全反射棱镜λ光的干涉波动光学光的衍射光的偏振光的性质电磁波光的粒子性密棱镜:光向底部偏转稀棱镜:光向顶部偏转角亮条纹δ=kλlx暗条纹δ=双缝干涉(2n1)d2薄膜干涉单缝衍射针孔衍射小球衍射光是横波麦克斯韦提出光的本质是电磁波光电效应无线电波X射线f小大V大小C林E光子大小大小大皂膜、空气膜、油膜、牛顿环、光学装置增透膜、冷光灯结构图,E为灯丝电源。加万在K、A电极之间加500V直流高压,使射线管发射X射线、红外线、可见光、紫外线、X射线。原子核受激发产生振荡。电路中自由原子的外层电子受激发。原子的内层电子受激发。电子的周期运动产生赫兹。用实验证明了光的电磁理论的正确性。v=λf产生一切物体。高温物体的主要性质有热效应、化学效应、电子衍射现象。光波与物质波都是概率波。应用例子:遥感、遥控、加热、荧光、杀菌、透视、金属探伤。光的波粒二象性E=hv。波性质的种类:康普顿效应。石墨中电子对x射线的散射现象。红外线hv=Em-En。 紫外线 原子跃迁时辐射或吸收的光子的能量 干涉、衍射、多普勒效应、偏振等都是波特有的现象 X射线 EKhv-W 阴极射线射到固体表面时 强穿透力 物质波 几率波 光谱 德布罗意波 任何运动物体都有相应的波长λ 物质波:λ=h/p 光子出现在空间位置的几率和运动微观粒子出现在某点附近的几率由波的定律决定 连续光谱:热固体液体高压气体发光 发射光谱【亮线光谱】:稀薄气体或金属蒸气 吸收光谱:光穿过物质时被部分吸收 扩展阅读:高中物理光学知识点总结 光学知识点 光的直线传播。 光的反射 一、光源 1.定义:自身能发光的物体。 2.特性:光源具有能量,并能将其他形式的能量转化为光能。 光在介质中的传播是能量的传播。二、光的直线传播1.光在同一均匀透明介质中作直线传播。真空中各种频率的光的传播速度为:C=3108米/秒;介质中各种频率的光的传播速度均小于真空中的传播速度,即v3.临界角公式:光由某种介质射到真空(或空气)时的临界角为C,则sinC=1/n=v/c。四、棱镜与光的色散1.棱镜对光的偏转作用一般来说,棱镜都是用光密介质制成的。
入射光经过棱镜两次折射后,出射方向与入射方向相比,向下方偏转。(如果棱镜的折射率小于棱镜外介质的折射率,则结论相反。)画图时尽量利用对称性(将棱镜内的光线画得与下方平行)。由于各种颜色光线的折射率不同,一束白光经过棱镜折射后会发生色散,在光屏上形成七色光带(称为光谱)(红光偏转最少,紫色光偏转最多)。在同样的介质中,七种颜色光线与下列物理量的对应关系见表。 光学中的一个现象,一系列的结论,色散现象λ(波动性),衍射C,干涉间隔γ(粒子性),E,光子光电效应nv,距离红色小大大(明显),容易小大大(不明显),小难黄色紫色大小(不明显),难大大(明显),大容易结论:(1)折射率n,(2)全反射的临界角C,(3)在同一介质中的传播速度v,(4)平行玻璃块中的横向位移△x(5)光的频率γ,频率越大,粒子性越明显。(6)光子能量E=hγ,光子能量越大。越容易产生光电效应现象(7)光在真空中的波长λ,波长越大,波动性越明显; (8)同样条件下,双缝干涉条纹的间距x越来越窄 (9)同样条件下,衍射现象越来越不明显 2、全反射棱镜。截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜。选择合适的入射点,入射光经全反射棱镜出射后,可偏转90°(右侧图1)或180°(右侧图2)。
两种用法要特别注意光在哪个表面发生全反射。 3.玻璃砖 玻璃砖一般指截面为矩形的棱镜。当光从上表面入射,从下表面出射时,它的特点是: (1)出射光与入射光平行; (2)各种颜色的光在第一次入射后发生色散; (3)出射光的横向位移与玻璃砖的折射率、入射角、厚度有关; (4)利用玻璃砖可以测量玻璃的折射率。 4.光纤 全反射的一个重要应用是在光纤(简称光导纤维)。光纤有两层材料,内层为光密介质,外层为光稀介质。光在光纤中传播时,每次射到内外层材料界面时,都要求入射角大于临界角,这样才能发生全反射。 这样,从一个端面入射的光经过多次全反射后,就可以无损失地从另一端面射出。五、各光学元件对光路的控制特点 (1)光束经平面镜反射后,其会聚(或发散)程度不会改变。这是由“反射角等于入射角”的反射定律和平面镜的反射面为“平面”所决定的。 (2)当一束光束射向棱镜时,经前后表面两次折射后,其传播路径改变的特点是向底边偏转。如果光束是由复杂光组成,由于不同色光偏转的程度不同,就会出现所谓的色散现象。 (3)当一束光线射到一块前后表面平行的透明玻璃砖上时,经过前后表面两次折射后,其传播路径改变的特点是传播方向不变,只发生横向偏移。
(4)当一束光线射到透镜上,经前后表面两次折射后,其传播路径改变的特点是:凸透镜使光束会聚,凹透镜使光束发散。六、各光学镜的成像特性当一束由物点发出的发散光束照射到镜面上,经反射或折射后,若聚于一点,则该点即为该物点在镜面形成的实像点;若发散,则其反向延伸后的聚光点即为该物点在镜面形成的虚像点。因此判断某一光学镜能否成实(虚)像的关键,就是看发散光束经光学镜反射或折射后,能否变成聚光光束(也可能仍是发散光束)。 (1)平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散度,所以只能在对侧形成大小相等的正立虚像。 (2)凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散度增大,所以只能在同一侧形成缩小的正立虚像。 (3)凸透镜的折射可以使物点发出的发散光束仍然发散,也可以使物点发出的发散光束变成会聚光束,所以既能形成虚像,又能形成实像。 七、几何光学中的光路问题 几何光学是利用“几何”知识来研究光的传播,而光的传播路径是由光的基本传播定律决定的。所以,对于几何光学问题,只要能画出光路图,剩下的就只是“几何问题”了。 几何光学中的光路通常分为以下两类: (1)“成像光路” 一般而言,光路要按照光的传播规律来画,但对于成像光路,特别是薄透镜的成像光路,则是基于三条特殊光线来完成的。
这三种特殊的光线通常是指:平行于主轴的光线经过透镜后,必须通过焦点;通过焦点的光线经过透镜后,必须与主轴平行;通过光心的光线经过透镜后,不改变其传播方向。 (2)“视场光路”就是用光路来确定观察范围。这种光路一般需要画出所谓的“边缘光线”,而一般的“边缘光线”往往需要借助物点与像点的一一对应关系来确定。 光的波动性质(光的性质) 1.光的干涉 1.光的干涉现象 在两波相遇的重叠区域,有的区域使“振动”加强,出现亮条纹;有的区域使振动减弱,出现暗条纹。振动加强和振动较弱的区域相互分离,出现明暗条纹交替出现的现象。这种现象叫做光的干涉现象。 2、稳定干涉的条件:两波频率相同,振动同阶(振动方向相同),相位差不变,两振动条件始终是同一波源,也就是相干波源 1、产生相干光源的方法(必须保证相同)。 (1)利用激光(因为激光发出的光极其单色性); (2)光谱法(一分为二):把一束光分成两束频率、振动完全相同的光。(这样两束光来自同一个光源,频率必须相等)。 . . . . . . . 下面四张图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气薄膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 点(或缝)光源分割法:杨氏双缝(双孔)干涉实验; 利用反射得到相干光源:薄膜干涉a 利用折射得到相干光源:/22.双缝干涉的定量分析如图所示,缝屏间距L远大于双缝间距d,点O到双缝S1、S2等距,当双缝出射的光同时到达点O附近的P点时,两光波的光程差b为δ=r2-r1; 由几何关系可得:r12=L2+(x-考虑L》d和L》x,可得δ=d2)2,r22=L2+(x+d2)2。dxL(1)亮条纹:当δ=±kλ(k=0,1,2)屏幕上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍时,两光束的叠加干涉增强;(2)暗条纹:当δ=±(2k-1),设光的波长为λ,2(k=0,1,2,)屏幕上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍时,两光束的叠加和干涉减弱。 据此,不难计算出: (1)亮条纹坐标x=±kLdλ(k=0,1,2,) (2)暗条纹坐标x=±(2k-1)Ld2(k=1,2,) 测量光波长的方法 (3)条纹间距[相邻亮条纹(暗条纹)之间的距离]△x=Ldλ。(狭缝屏间距L,双缝间距d)an1 利用此公式可确定单色光的波长。
则求出n条亮(暗)条纹的距离a,相邻两亮条纹的间距为dLxdL(an1)。用白光做双缝干涉实验时,由于白光中各类颜色的波长不同,造成干涉条纹的间距不一样,所以屏幕中央是白色的亮条纹,两边则出现彩色条纹。结论:同一光源发出的光经过两个狭缝后,形成两列光波。①当这两列光波到某点的距离差为波长的整数倍,即δ=kλ时,该点处的光互相加强,出现亮条纹;②当到某点的距离差为半波长的奇数倍,即δ=x2(2n1)时,该点处的光互相减弱,出现暗条纹; ld因此,用单色光做双缝干涉实验时,屏幕中央是亮条纹,两边对称排列着亮度相同、间距不等的条纹。用白光做双缝干涉实验时,屏幕中央是白色亮条纹,两边对称排列着彩色条纹,紫色亮条纹最靠近中央白色亮条纹。原因:不同颜色产生的条纹间距不同,不同颜色的条纹相互交错,因此出现彩色条纹。遮住其中一条缝:就会出现亮度不同、间距不等的衍射条纹。 3、薄膜干涉现象:当光照射到一片薄膜上时,从薄膜正反面反射的两列光波叠加在一起,形成叠合形薄膜干涉,可产生平行交替的条纹,两列反射波的光程差Δδ等于薄膜厚度d的两倍,即Δδ=2d。 由于薄膜各处厚度不同,导致各处两列反射波的光程差不相等,若:Δδ=2d=nλ(n=1,2…),则会出现明亮的条纹。
Δδ=2d=(2n-1)λ/2(n=1,2…)则出现暗条纹。需要注意的是,在受照面(即前表面)出现干涉条纹,后表面是由于光的折射引起的色散现象。单色光有明暗交替的条纹,彩色光有彩色条纹。薄膜干涉的应用:肥皂膜干涉、两片玻璃间的空气膜干涉、浮在水面的油膜干涉、牛顿环、蝴蝶翅膀的颜色等。当光线照射到薄膜上时,从薄膜前后表面反射的两列光叠加在一起,在薄膜上看到明暗条纹。 (1)减反射膜(氟化镁):镜片的减反射膜厚度应为膜中透射光波长的1/4倍。 使反射光在薄膜正反面的光程差为半个波长(ΔT=2d=λ,所以d=λ),因此反射光叠加后减弱。光的反射损失大大减少,透射光强度增强。这种膜称为减反射膜。光谱中心的绿光对人的视觉最敏感,穿过时完全被抵消,而边缘的红光和紫光则没有明显减弱。所有加有减反射膜的光学镜片均呈现淡紫色。从能量上看,Ein=++。在介质膜吸收不变能量的前提下,若=0,则最大。增强透射光强度。(2)“用干涉法检查平面”:如图所示,两板之间形成一层空气膜,单色光从上往下照射。 如果被测平面是光滑的,则所得到的干涉图样一定是等间距的。如果某处是凸的,则相应的亮条纹(或暗条纹)会提前出现,如图A所示;如果某处是凹的,则相应的条纹会稍后出现,如图B所示。
(注:“超前”与“延后”不是指时间,而是指从左到右的顺序。) 注:由于发光物质的特殊性,任何两束独立的光柱叠加都不会产生干涉,只有用特殊方法(∝λ)从同一光源分开的两束光柱叠加,才能产生干涉。 4、光的波长、波速与频率的关系v=λf。光在不同介质中传播时,其频率f不变,其波长λ与光在介质中的波速v成正比。色光的颜色由频率决定,频率不变,色光的颜色就不会改变。 2、光的衍射。 1、光的衍射现象是光离开直路,绕过障碍物阴影的现象。 单缝衍射:中心呈明亮明亮的条纹,两边对称排列,强度减弱,间距变窄。 圆孔衍射:不等间距的明暗环(不同于牛顿环) 2、泊松亮点:当光照射到不透明的微小圆盘上时,在圆盘阴影中央出现亮点,形成泊松亮点时,圆盘阴影边缘模糊高中物理光学知识点总结,阴影外侧有间距不等的明暗环。 3、各种形状的障碍物都会引起光的衍射,轮廓模糊。 4、明显衍射的条件: 障碍物(或孔洞)的尺寸可以和波长相比,甚至比波长还小。(当障碍物或孔洞尺寸小于0.5mm时,有明显的衍射现象)Δd≤300λ当Δd=0.1mm=1300λ时,衍射现象十分明显。 摘要:光的干涉条纹与衍射条纹都是光波叠加的结果,但又有明显的区别:单色光的衍射条纹与干涉条纹都有明暗之分,但衍射条纹中间的亮条纹最宽,两边条纹逐渐变窄、变暗,而干涉条纹间距相等,且明暗亮度相同。
白光的衍射条纹和干涉条纹都是彩色的。意义:①干涉和衍射现象是波的特性:证明光具有波动性,λ越大,干涉和衍射越明显,现象也越容易观察到。②衍射现象表明光沿直线传播只是近似规律,当光的波长远小于障碍物并在一定的条件(条件)下,光可看作沿直线传播。(反之)③在衍射明显的情况下,当窄缝变窄时,亮点的范围变大,条纹间距离变大,亮度变暗。光的直线传播是几何光学的基础,光的衍射现象并不是完全否定光的直线传播,而是指出光的传播规律是受一定条件限制的,任何物理规律都是受一定条件限制的。 (光学显微镜能放大201*倍,不能再放大了,如果再放大,衍射现象就明显了。) 光垂直于纸面振动。(以下新教材适用) 3、光的偏振 剪切波只向一定的方向振动,这种现象叫波的偏振。 只有剪切波才具有偏振。 根据波是否具有偏振,可以判断它是否是横波。 实验证明,光具有偏振,就是说光波是横波。 (1)自然光。 从太阳、电灯等普通光源直接发射出来的光,包括向垂直于传播方向的各个方向振动的光高中物理光学知识点总结,向各个方向振动的光波强度都是一样的,这种光叫做自然光。 自然光经过起偏镜之后,就发生了偏振。 在纸上 (2) 偏振光。 自然光经过偏光镜后,在垂直于传播方向的平面上,只向一个特定的方向振动,这种光称为偏振光。自然光照射到两种介质的界面时,如果光的入射方向合适,使反射光与折射光的夹角正好为90°,那么反射光和折射光都是偏振光,它们的偏振方向互相垂直。
我们通常所见的光,大部分是偏振光。除了从光源直接射出的光以外。起偏镜(偏振片)是用特定的材料制成的,上面有一个特殊的方向(传输方向),只有振动方向与传输方向平行的光波才能通过起偏镜。 (3)只有横波才有偏振。光的偏振也证明了光是波,而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向、电磁波的传播方向都是互相垂直的。 (4)光波的感光性和生理效应主要是由电场强度E引起的,所以把E的振动叫光振动。 (5)应用:3D电影、照相机镜头、消除车灯眩光等。 四、麦克斯韦的光的电磁理论。 1、光的干涉和衍射充分表明光是波,光的偏振现象进一步表明光是横波。 光电磁理论背景:麦克斯韦在电磁理论研究中预言了电磁波的存在,并得到了电磁波传播速度的理论值3./s,这个值与当时测量到的光速3./s十分接近。在此基础上,(1)麦克斯韦提出光的本质就是电磁波,这就是所谓光的电磁理论。光电磁理论的基础:赫兹在提出电磁理论20多年后,通过实验证实了电磁波的存在,并测得电磁波的传播速度确实等于光速,并测量了它的波长和频率,证明了电磁波也能产生反射、折射、衍射、干涉、偏振等现象。光的电磁理论的正确性被实验证实了。
光电磁理论的意义:揭示了光的电磁本质,即光是一定频率范围内的电磁波;把光学现象与电磁现象统一起来,解释了光、电、磁之间的联系。解释了光为什么能在真空中传播:电磁场本身就是物质,传播不需要其他介质。 (2)电磁波谱:按波长由大到小排列为:无线电波、红外线、可见光(七种颜色)、紫外线、X射线、伽马射线。除可见光外,相邻波段有重叠。 各种电磁波的基本原理、性质区别和用途。电磁波的种类无线电波红外线可见光紫外线X射线伽马射线频率(Hz)104~~3..91014~7..51014~~以上真空中的波长(m)组成频率波观察方法各种电磁波的产生机理31014~~7.7107.7107~44107长度:有大有小波动:明显不明显频率:有小有大粒子性质:不明显明显无线电技术利用热效应激发荧光利用穿透能力照相胶片感光度(化学效应)LC电路中自由原子的外层电场激发电子的振荡108核技术原子内层电子受激发而原子核受激发特性与用途强波动性通信、广播、导航热效应加热干燥、遥测遥感、医疗、制导等视觉照明、照相、加热化学反应、荧光效应、杀菌 荧光灯、黑光灯 手术室杀菌消毒,治疗皮肤病等 强穿透作用 最强穿透能力 检查、探测、透视、检测、治疗等 治疗等 ①从无线电波到伽马射线,本质上都是相同的电磁波,它们的行为遵循相同的波动定律。
②由于频率和波长不同,表现出不同的特性:大波长(小频率)干涉,衍射明显,波动性强。现在在晶体上可以观察到γ射线的衍射图。 ③除同一种光外,上述相邻电磁波的频率并不是绝对分开的,但频率和波长的排列是有规律的。 (3)红外线、紫外线、X射线的性质和应用。 种类 生产 主要性质 应用举例 红外线 一切物体都能发出热效应 遥感、遥控、加热 紫外线 一切高温物体都能发出化学效应 荧光、杀菌、合成 VD2 X射线 阴极射线打到固体表面时,具有很强的穿透能力 人体透视、金属探伤 ⑷实验证明,物体辐射的电磁波最强波长λm与物体温度T满足关系λmT=b(b为常数)。可见,高温物体辐射的电磁波频率较高。 在宇宙学中,可以根据从中收到的光的频率分析恒星的表面温度:频率范围为3.9-7。频谱:由热固体,液体和高压气体的发射产生的所有波长。可以反映每个元素的特征光谱线。 光谱分析可以使用明亮的线光谱和吸收光谱。
(普通光源发射的光是混合光,激光频率是单一的,相干性能非常好,颜色特别纯净。为了切割各种材料,在药物中,激光用作“轻刀”来进行手术,请注意以下问题。并且多个缝隙是衍射现象,只有通过双孔,双裂和双面的光而产生的现象才是干扰现象。 尽管干扰和衍射条纹都是根据波浪叠加的原理生成的,但两个边缘具有以下差异(以相同的亮度为例):干扰条件之间的间距相等,而亮点则是相同的亮点,并且在亮点上均匀地散布了亮点。本文中给出的有关“高中物理学知识点的经典摘要”的示例仅是您的参考来扩展您的思维方式。