物理竞赛讲义14

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1、光学一、知识网络或概要1、几何光学光的直进、反射、折射。全反射。光的色散。折射率与光速的关系。平面镜成像。球面镜反射成像公式及作图法。薄透镜成像公式及作图法。眼睛。放大镜。显微镜。望远镜。2、波动光学光程。光的干涉和衍射。双缝干涉。单缝衍射光谱和光谱分析。电磁波谱。3、光的本性光电效应。爱因斯坦方程。波粒二象性。光子的能量与动量二、知识点剖析1.光的直线传播(1)、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=3.00×108m/s,在其他媒质中的传播速度都小于c.(2)、影:光射到不透明的物体上,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

2、的区域叫做本影,只有一部分光照射不到的区域叫做半影。B为本影区,ACD区为半影区。B区可看到日全食,A、D区可看到日偏食;C区可看到日环食。月食是月球位于地球阴影区而形成的,若将图中的月球换成地球,则月球位于什么位置时才能看到月食?2、光的反射(1)、光的反射定律:反射光线跟入射光线和法线在同一平面上,反射光线和入射光线分别位于法线的两侧,反射角等于入射角。(2)、在光的反射中,光路是可逆的。①.平面镜就是利用光的反射定律来控制光路和成像的光学器件。.物体在平面镜内可成与物等大的正立虚像,物、像关于镜面对称.在进行平面镜成像作图时,通常先根据物、像对称的特点确定像的位置,再补画必要的入射

3、光线和反射光线。②球面反射镜A.成像公式:B.符号法则:光从左到右入射时,球心C在顶点O之左,为凹面镜,则球面半径r<0;若C在O之右,为凸面镜,则r>0;物点Q在顶点O之左,为实物,则物距s>0;焦距f的符号规定与s相同;像点在顶点O之左,为实像,则>0,若在O之右,为虚像,则<0。求解时,提述的已知量,冠以符号法则中所规定的正负号,代入公式。所求的未知量,先不管它的正负号,求解结果必带有应该具有的符号。物点不在轴上时,设它与光轴的垂直距离为y,则Q在光轴之上y>0,在光轴之下y<0;其对应的像也相同,在光轴之上为>0,在光轴下为<0。横向放大率,v>0表示像为正立;v<0表示像为倒立

4、。3.光的折射(1)、光线从一种介质进入另一种介质,传播方向发生改变的现象,叫做光的折射现象。光的折射现象遵守折射定律:折射光线在入射光线和法线决定的平面内;折射光线、入射光线分居法线两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。在折射现象中,光路也是可逆的。(2)、折射率:光从真空射入某种介质,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做介质的折射率。表示为:n=sini/sinr.实验证明,介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比:n=c/v.两种介质相比较,折射率较大的介质叫做光密介质,折射率较小的介质叫做光疏介质.(3)薄透镜:透镜两球面在光轴上的间距(即厚度)和它的焦距相比可以忽

5、略不计的透镜。通常用符号和分别表示薄凸透镜和凹透镜。特点是光线的入射点和出射点相重合。(4)透镜成像A.薄透镜成像公式:式中f为薄透镜焦距,s和分别为物距和像距。此公式只有在空气中才适用。B.符号法则:①凸透镜的f为正,凹透镜的f为负。②对一般实际物体,物距s为正。③对凸透镜成像,像距可正可负。为正值时,为实像;为负值时,为虚像。④对凹透镜成像,像距恒为负,总成虚像⑤物(像)高y()在光轴之上,y()为正;在光轴之下,y()为负。横向放大率为正时,表示像是正立的,为负时表示像是倒立。v>1表示放大,v>1表示缩小。(5)成像作图法:主要依据三条特殊光线确定像的位置。①平行主轴的光

6、线,经凸透镜折射后通过焦点,若为凹透镜,折射光线的反向演唱像通过焦点;②通过焦点的光线,经凸透镜折射后与主轴平行,若为凹透镜,指向透镜另一侧焦点的光线经折射后与主轴平行;③通过光心的光线,经透镜后方向不变。以上三条特殊光线中的任何两条,可以确定像的位置。④实像和虚像:两条实际光线的交点为实像点;光线反向延长线的交点为虚像点。像点位置确定后,也同时确定了像的虚实、倒正和大小。实像用光屏接收,经光屏的反射用眼观察。虚像必须用眼直接观察。4.全反射光照射到两种介质界面上时,光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象。发生全反射的条件为:1.光线从光密介质射向光疏介质;2.入射角大于或等于临界角

7、.(光线从某种介质射向真空或空气时的临界角C为:sinC=)温馨提示:在运用光的折射定律作光路图和解决实际问题时,首先要判断是否会发生全反射.在确定未发生全反射的情况下,再根据折射定律确定入射角或折射角。不同频率的色光在同一介质中传播时,该介质对频率较高的色光的折射率大,对频率较低的色光的折射率小.同一频率的色光在不同介质中传播时,频率不变,光速(v=c/n)改变,波长亦随之改变(λ=λ0/n,λ0为色光在真空中的波长)5.光的色散

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