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《高中物理竞赛教程(超详细)第十讲几何光学.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第一讲几何光学§1.1几何光学基础1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各白的方向传播。3、光的反射定律：①反射光线在入射光线和法线所决定平面内；②反射光线和入射光线分居法线两侧；③反射角等于入射角。4、光的折射定律：①折射光线在入射光线和法线所决定平面内；②折射光线和入射光线分居法线两侧；③入射角A与折射角z，2满足叫sini{=n2sini2.④当光山光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C时，将发生全血反射现象（折射率为®的光密介质
2、sinC=—对折射率为©的光疏介质的临界角®）。§1.2光的反射1.2.1、组合平面镜成像：1.组合平面镜由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜Z间发生多次反射，因而会出现生成复像的现彖。先看一种较简单的现彖，两面互相垂直的平面镜（交于o点）镜间放一点光源S（图卜2-1）,5•发出的光线经过两个平面镜反射后形成了S、S?、S3三个虚像。用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以。为圆心、OS为半径的闘上，而且S和S】、S和S2、S］和S3、S?和S3之间都以平面
3、镜（或它们的延长线）保持着对称关系。川这个方法我们可以容易地确定较复杂的情况中复像的个数和位置。两面平面镜初和力成60。角放置（图1-2-2）,用上述规律，很容易确定像的位置:①以。为圆心、OS为半径作圆；②过S做肋和％的垂线与圆交于S］和③过S］和S2作脸和初的垂线与圆交于$3和*4；④过S3和二作肋和加的垂线与圆交于S5,S］〜S5便是$〃点发出的垂总于乙的光线射图1-2-390°rn<=6ao取Z""'辭曲号67.4O1C1图1-2-4图1-2-5在两平面镜中的5个像。双镜面反射。如图1-2-3,
4、两镜面间夹角—15°,04=10如向厶后在两镜间反复反射，直到光线平行于某一镜血射出，则从A点开始到最后一次反射点，光线所走的路程是多少？如图1-2-4所示，光线经厶第一次反射的反射线为饥；根据平面反射的对称性，BC=BC,且zBOC=a。上述A,B,C',D均在同一直线上，因此光线在厶、乙之间的反复反射就跟光线沿直线传播等效。设N'是光线第〃次反射的入射点，口该次反射线不再射到另一个镜面上，则n值应满足的关系是料Q<90°'（"+1加,MOA=75°,总路程AN，=OAtg5a=37.3cm。2、全反
5、射全反射光从密度媒质1射向光疏媒质2,当入射角大于临界角d=sin“"2i时，光线发生全反射。全反射现象有重要的实川意义，如现代通讯的重要纽成部分——光导纤维，就是利用光的全反射现象。图1-2-5是光导纤维的示意图。AB为具端面，纤维内芯材料的折射率弘=1・3,外层材料的折射率^=1-2，试问入射角在什么范围内才能确保光在光导纤维内传播？图1-2-5中的/表示光第一次折射的折射角，B表示光第二次的入射角，只要0人于临界角，光在内外两种材料的界面上发生全反射，光即可一直保持在纤维内芯里传播。/3=sin-
6、1n2]=空_0=90°-67.4"=22.6°sinz/sinr=1.3/111要sini<0.50,zv30"即可例1、如图1-2-6所示，力〃表示一平肓的平面镜，人匚是水平放置的米尺（有刻度的一面朝着平面镜）,MN是屏，三者PiQP2相互平行，屏沏V上的必表示一条竖宜的缝（即“之间是透MabNAL图1-2-6光的）。某人眼睛紧贴米尺上的小孔S（其位置如图所示），可通过平血镜看到米尺的一部分刻度。试在木题图上用三角板作图求出可看到的部位，并在P1鬥上把这部分涂以标志。分析:木题考杳平而镜成像规律及成
7、像作图O人眼通过小孔看见的是米尺刻度的像。山反射定律可知，米尺刻度必须经过平而镜反射后,反射光线进入人的眼晴，人才会看到米尺刻度的像。可以通过两种方法来解这个问题。解法一：相对于平而镜AB作出人眼S的像S'。连接Sa并延长交平面镜于点C,连接S'与点C并延氏交米尺P】笃于点E,点E就是人眼看到的米尺刻度的最左端；连接S%并延长交米尺A笃于点F,且S7?与平面镜交于D,连接S与点D,则点F就是人眼看到的米尺刻度的最右端。E与FZ间的米尺刻度就是人眼可看到部分，如图1-2-7所示。解法二：根据平面镜成像的对
8、称性,ff作米尺刖2及屏妙的像，分别是片P2及MN」、方的像分別为a'b,如图1-2-8所示。连接弘交肋于点C,延长ff并交片笃于点E',过点E，作的垂线，交于点耳此点就是人眼看到的米尺刻度的最左端；连接ffSb'交ab于点、D,延长并交弓笃于点F',过点F'作人笃（Aff）的垂线人卩2交于点F,点尸就是人眼看到的米尺刻度的最右端。矿部分就是人眼通过平而镜可看见的米尺部分。点评：平面镜成像的特点是物与像具有对称性。在涉及到平而镜的问题中，利
