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1、【学科资源网】中小学各类教学资源海量下载基地！第十六章：几何光学本章在高考中的地位几何光学部分，由于删去了“透镜成像”，因此整体要求有所降低，复习的重点是光的反射和折射、平面镜成像等知识。在复习中，注意以作图训练为主线，养成良好的作图习惯是学好本章的关键。作图的依据是光的直线传播、光的反射和光的折射三条基本定律。重点画好日食、月食、平面镜的反射和成像、棱镜对光线的作用，在成像问题中要注意目域和视场，即眼睛在哪个范围和眼睛所能看到的范围。注意数学中几何知识的应用，注意运用光路可逆原理分析有关光学问题。总之，要注意考试大纲中的考点要求，把握好复习的标度和范围。近年高考试题多是从分析、确定像的位置和
2、性质，光线的传播方向，观察像或物的范围等方面，通过作光路图、计算等方式来考查对基本规律的理解和运用。当然也可能有综合应用题出现。夯实基础知识一光的直线传播1、光源:能发光的物体叫做光源光源发光是将其它形式的能转化为光能2、光的直线传播(1)光线:表示光传播方向和路径的几何线叫做光线。在光线上标明箭头，表示光的传播方向。(2)媒质:光能够在其中传播的物质叫做媒质，也称介质。光的传播可以在真空中进行，依靠电磁场这种特殊物质来传播。(3)光的直线传播:光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。 前提条件是在同一种介质，而且是均匀介质。否则，可能发生偏折。如光从空气斜射入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”
3、现象（介质不均匀）。当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向。证据:影、日食和月食的形成，小孔成像。 解光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）关键是画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算。光的传播过程也是能量传递的过程。3、影的形成:(1)定义:点光源发出的光，照到不透明的物体上时，物体向光的表面被照亮，在背光面的后方形成一个光照不到的黑暗区域，这就是物体的影。影区是发自光源并与被照物体的表面相切的光线围成的。(2)分类:本影与半影。本影:光源上所有发光点都照不到的区域。对同一个物体，其本影区的大小，与光源发光
4、面的大小和光源到物体的距离有关:光源到物体的距离一定时，光源发光面越大，则物体的本影越小;光源发光面越小，则物体的本影越大。光源发光面一定时，光源到物体的距离越小，则物体的本影区越大;光源到物体的距离越大，则物体的本影区越小。半影:光源上一部分发光点能照到，而另一部分发光点照不到的区域成为半明半暗的半影。本影与半影都是光的直线传播的结果。(3)日食和月食的形成日食:如图所示。a。在月球的本影区里，可看到日全食(完全看不到太阳);b。在月球的半影区里，可看到日偏食(只能看到一部分太阳);c。在月球的半影区里，可看到日环食(只能看到太阳的边缘部分)。月食:A、当月球处于里时，看不月食；B、当月球一
5、部分处于里时，可看到月偏食(只能看到一部分月亮);C、当月球全部处于里时，可看到月全食(完全看不到月亮)。二光速1、光速:光的传播速度。(1)真空中的光速:各种不同频率的光在真空中的传播速度都相同，均为:C=3.0108m/s。(2)光在空气中的速度近似等于C=3.0108m/s。(3)光在其他媒质中的速度都小于C，其大小除了与媒质性质有关外，还与光的频率有关(这一点与机械波不同，机械波的波速仅由媒质的性质即密度、弹性和温度等决定) 近年来（1999-2001年）科学家们在极低的压强（10-9Pa）和极低的温度（10-9K）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止运动
6、。2、光年:(1)定义:光在真空中一年时间内传播的距离叫做光年。注意:光年不是时间单位，而是长度单位。(2)大小:1光年=Ct= 3.0108m/s365243600s=9.461015m三光的反射1、光的反射现象(1)光从一种介质射到它和另一个介质分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射。(2)光的反射定律反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧。反射角等于入射角反射现象中光路是可逆的。2、平面镜成像(1)平面镜的光学特点:只改变光束的传播方向，不改变光束的性质。入射光束是平行光束，反射光束仍然是平行光束;入射光束是会聚光束，反射光束仍然是
7、会聚光束;入射光束是发散光束，反射光束仍然是发散光束。(2)平面镜成像特点:像在平面镜的后面是正立等大的虚像，物像关于镜面对称。即:像与物方位关系:上下不颠倒，左右要交换。3光路图作法根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。4充分利用光路可逆在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。）5利用边缘光线作图确定范围四光的折射(1)光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象称为光的折射现象。(2)光的折射定律折射光线跟入射光线和法线在同一平面内折
8、射光线和入射光线分别位于法线的两侧入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。(3)折射率(绝对折射率n)光从真空射入某种介质发生折射时，入射角1的正弦与折射角2的正弦之比，叫做这种介质的折射率，即。(4)折射率与光速、波长的关系，式中c、0是光在真空中的光速和波长，、是光在介质中的光速和波长。如图所示，介质和介质的折射率分别为n1、n2，光速分别为1、2，波长分别为1、2，入射角为1，折射角为2，这些物理量的关系为:，。(5) 各种色光性质比较可见光中，红光的折射率最小，频率最小，在同种介质中（除真空外）传播速度最大，波长最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射
9、时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要，一定要牢记。(6)在折射现象中光路也是可逆的(7)光密介质和光疏介质任何介质的折射率都大于1，折射率越大，光在其中传播的速度就越小，两种介质相比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质。光密介质和光疏介质是相对的，如酒精相对于水来说是光密介质，酒精相对于玻璃来说是光疏介质。光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角;光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。(8)平行玻璃砖的光控规律不改变入射光的性质和方向，只使光线向偏折方向平行侧移，且入射角(i)、玻璃砖厚度(d)和折射率(n)越大
10、，侧移(h)越大。平行光照射到平行玻璃砖上，入射光的宽度等于出射光的宽度，而玻璃砖中折射光的宽度随入射角增加而增大。(9)应用近似法求解视深这里近似视深度，指的是垂直介质观察时的视角深度。视深公式： 一般瞳孔的线度d=2-3毫米，因此i和r都非常小，则 视高公式如果从折射率为n的媒质中，观察正上方距液面高为h0的物点 五全反射、棱镜、光的色散1全反射(1)全反射现象光从光密介质射入光疏介质时，当入射角超过某一角度C (临界角)时，折射光消失，只剩下反射光的现象叫全反射。(2)临界角C折射角等900时的入射角叫做临界角。 当光从某种介质射向真空(或空气)时，临界角C满足: ；当光从一种介质n1射
11、向另一种介质n2时n1n2， (3)全反射的条件光从光密介质射入光疏介质;入射角大于临界角。(4)常见的全反射现象光纤通讯，光学纤维内窥镜;全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。题型解析类型题： 光学与运动相结合的问题 【例题】一路灯距地面的高度为h，身高为l的人以速度匀速行走，如图所示。 （1）试证明人的头顶的影子作匀速运动；（2）求人影的长度随时间的变化率。解
12、析：（1）设 t=0时刻，人位于路灯的正下方O处，在时刻t，人走到S处，根据题意有OS=vt 过路灯P和人头顶的直线与地面的交点为M，t时刻人头顶影子的位置，如图所示。OM 为人头顶影子到O点的距离。由几何关系，有 解式得 因OM与时间t成正比，故人头顶的影子做匀速运动。（2）由图可知，在时刻t，人影的长度为SM，由几何关系，有SM =OM -OS 由式得 可见影长SM与时间t成正比，所以影长随时间的变化率 易错点击：本题如果不正确画出光路图，而是根据想象来考虑，可能得出人头顶的影子做变速运动的错误结论，所以解析题目时，要先画出光路图，然后再结合几何知识解析问题【例题】 如图所示，在A点有一个
13、小球，紧靠小球的左方有一个点光源S。现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是 （ A ）lSAhxvtA匀速直线运动B自由落体运动C变加速直线运动D匀减速直线运动解析：小球抛出后做平抛运动，时间后水平位移是，竖直位移是，根据相似形知识可以由比例求得，因此影子在墙上的运动是匀速运动。类型题： 平面镜有关的问题 平面镜成像常见题型(1)物或平面镜移动问题的分析方法当物或平面镜平动时:若镜不动，物体速度为且垂直镜面移动，则像速为且垂直镜面与物运动方向相反。若镜动而物不动，当镜速为时，像对物速度为2，且方向与镜运动方向相同。当平面镜绕镜上某点转过一个微
14、小角度时，法线也随之转过角，反射光线则偏转2角。(2)平面镜成像作图法反射定律法:从物点作任意两条入射光线，根据反射定律作其反射光线，两反射光线的反向延长线的交点为虚像点。对称法:作物点到镜面的垂线，在此垂线上镜面的另一侧截取与物点到镜面距离相等的点为虚像点。注意:作图应规范，光线要画表示方向的箭头，实线虚线要分明;对称法只能用来确定像的位置，作光路时必须补画上光线。(3)平面镜的视场问题通过平面镜看虚像的情况就像通过与平面镜等大的“窗口”看窗外物体一样。具体观察范围为像点和平面镜的边缘连线所限定。【例题】如图所示，A为水平天花板上的小孔，小孔内光源竖直向下射出一束细光，光束照到平面镜的O点处
15、，平面镜距天花板距离为d，平面镜绕过O点的水平轴以角速度匀速运动，当镜面与水平方向夹角为时，天花板上光斑P的运动速度是多大?解析：光斑P沿天花板运动，在光斑运动过程中，OP不断增大，所以P点的速度有沿OP方向的分量;由于OP转动，所以P点速度有垂直于OP方向的分量，P点的速度是与的矢量和，求出的大小，再由速度三角形的关系，可得P点速度的大小，其方向水平向右。解:根据平面镜转过角，它的反射光转过2角的关系，可由平面镜转动角速度得知反射光OP转动的角速度为2。如图所示，图中AOP=2。由几何关系得P点的切向速度由速度三角形得出P点速度为点评:由本题可见对光斑的运动分析要应用运动学、圆周运动和光学知识。对所学知识要真正理
