高中物理竞赛辅导讲义-第12篇-光学

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1、高中物理竞赛辅导讲义第12篇光学【知识梳理】一、光的直线传播81.光在均匀媒质中是直线传播的，光在真空中的传播速度为c=3.00×10m/s，在其他媒质中的传播速度都小于c。2.影光射到不透明物体上，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域，就是物体的影。在这黑暗区域中完全照不到的区域叫做本影，只有一部分光照不到的区域叫做半影。二、光的反射1.光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居在法线的两侧，反射角等于入射角。2、光路可逆性：当光线逆着原来的反射光线（或折射光线）的方向射到媒质

2、界面时，必会逆着原来的入射方向反射（或折射）出去，这种性质叫光路可逆性或光路可逆原理。三、平面镜1.平面镜只改变光的传播方向，不改变光的会聚或发散程度。2.平面镜成像特点：平面镜成像时，像和物关于镜面对称。对于实物，平面镜使之成一个等大小的正立虚像；对于虚物，平面镜使之成一个等大小的正立实像。四、球面镜1.反射面是球面的一部分，这种镜叫球面镜。反射面如果是凹面的，叫做凹面镜，简称凹镜；反射面是凸面的，叫做凸面镜，简称凸镜。2.球面的球心叫曲率中心，镜面的中心叫镜的顶点，顶点与曲率中心的连线称为主光轴，简称主轴。3.球

3、面镜的反射仍遵从反射定律。凹镜对光线有会聚作用，凸镜对光线有发散作用。4.一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F，这F点称为凹面镜的焦点。一束近主轴的平行光线经凸镜反射后将发散，反向延长线可会聚于主轴上一点F，这F点称为凸镜的虚焦点。焦点F到镜面顶点O之间的距离叫做球面镜的焦距f。可以证明，对近轴光线，球面镜焦距等于球面半径的一半，即f=R/2。5.球面镜成像作图中，常用的三条特殊光线为：（1）跟主轴平行的入射光线，其反射光线通过焦点。（2）通过焦点的入射光线，其反射光线与主轴平行。（3）通过曲率中心

4、的入射光线，其反射光线和入射光线重合，但方向相反。1116.球面镜成像公式为：。符号法则为：实为正值，虚为负值。uvf7.球面镜成像规律。8.成像放大率。1五、光的折射1.折射定律：折射光线在入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，入射角和折射角的正弦之比对所给定的两种介质来说是一常量。即sinin2n21或n1sinin2sinrsinrn12.折射率：上式中的常数n21称为介质2和介质1的相对折射率，n1和n2分别为介质1和介质2的绝对折射率，简称折射率。绝对折射率是指介质对真空的

5、折射率，它反映了c介质的传光特性，用公式表示为：n。其中c为光在真空中的速度，v为光在介质中的v传播速度。不同频率的光在同一种介质中的折射率也略有不同，按从红光到紫光的顺序，折射率逐渐增大。几种介质的折射率金刚石二硫化碳玻璃水晶岩盐酒精水空气2.421.631.5~1.91.551.551.361.331.000283.全反射两种介质相比较，光速小、绝对折射率大的叫做光密介质；光速大、绝对折射率小的叫做光疏介质。当光由光密介质射入光疏介质时，由折射定律可知，光折射角总大于入射角。折射角等于90°时的入射角，称为临界

6、角，n疏用C表示，则sinC。n密出现全反射的条件是：光必须由光密介质射向光疏介质，入射角大于或等于临界角。六、薄透镜成像1.薄透镜（1）折射面是两个球面，或者一个是球面、另一个是平面的透明体，叫做透镜。通常把厚度比球面半径小得多的透镜，叫做薄透镜。（2）透镜的中心称为光心。过光心的直线称为光轴，其中与透镜垂直的光轴称为主光轴，其余的称为副光轴。（3）平行于主光轴（或副光轴）的近轴光线经透镜后将会聚（或反向延长后相交）于主光轴（或副光轴）上的一点，该点称为焦点（或副焦点）。由于只讨论近轴光线，所以所有副焦点都位于垂

7、直于主光轴的平面内，称为焦平面。1112.薄透镜成像公式：。应用时注意以下几点：uvf（1）透镜两侧的介质的折射率应相等。（2）成像光线是近轴光线。2（3）u、v、f均应按符号法则确定正、负符号代入进行代数运算。符号法则可以简单地概括为“实取正、虚取负。”v（4）像的放大率m。u3.透镜成像作图的三条特殊光线（1）通过光心的光线，不改变方向。（2）平行于主轴的光线，折射后通过焦点（或反向延长线过焦点）。（3）通过焦点（或对方焦点）的光线，折射后平行于主轴。4.透镜成像规律物距u像的大小像的正倒像的虚实像的位置像

8、距v应用实例u>2f缩小倒立实像与物异侧2f>v>f照相机u=2f等大倒立实像与物异侧v=2f——2f>u>f放大倒立实像与物异侧v>2f幻灯机u=f无不成像无无v=∞——u