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1、学 海 无 涯,第十一单元 光的性质,二、学习要求 1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波 粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。 2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干 涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明 显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。 3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场 与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁
2、场即电磁场在空间的传播； 知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波 的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光 的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。 4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及 射线的特征及其主要应用。 5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量 与光学知识点其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用,6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容 易表现出粒子性
3、，而少量光子容易表现为粒子性。 光的直线传播光的反射 二、光的直线传播 1光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C 3108m/s； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 vC。 三、光的反射 反射现象：光从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象 反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，且反射光线和人射光线分居 法线两侧，反射角等于入射角 分类：光滑平面上的反射现象叫做镜面反射。发生在粗糙平面上的反射现象叫做漫 反射。镜面反射和漫反射都遵循反射定律 光路可逆原理：所有几何光学中的光现象，光路都是可逆的 四平面镜的作用和成像特
4、点 作用：只改变光束的传播方向，不改变光束的聚散性质 成像特点：等大正立的虚像，物和像关于镜面对称 像与物方位关系:上下不颠倒,左右要交换 光的折射、全反射 一、光的折射 折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质，传播方向发生改变的现象 折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居 法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比 在折射现象中光路是可逆的 二、折射率 定义：光从真空射入某种介质,入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介质的 折射率注意：指光从真空射入介质,c1,2公式：n=sini/sin ，折射率总大于 1即n1 vsin C,0 各种色光性质比较：红光的
5、n 最小，最小，在同种介质中（除真空外）v 最大，最大， 从同种介质射向真空时全反射的临界角 C 最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角 最小（注意区分偏折角和折射角）。 两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质 三、全反射 全反射现象：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 全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角 临界角公式：光线从某种介质射向真空（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.棱镜对光的偏折作用 一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入
6、射方向相 比，向底边偏折。(若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。)作图时尽量利用对称性(把棱镜 中的光线画成与底边平行)。 由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象，在光屏上形成七色光 带（称光谱）（红光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应 关系如表所示。,光 的 本 性,光子说 （爱因斯坦）,光的干涉,光的衍射,双缝干涉,薄膜干涉,光的电磁说,光在空间传播不是连续的，而是一份一份的，每 一份叫做一个光子。光子的能量 E=hv。h=6.63 焦秒，称普朗克常量。,电磁波谱 无线电波、红外线、可见 光、紫外线、伦琴射线、r 射线，由低
7、频到高频，构成了范围非常广阔的电 磁波谱。,光的电磁说 （麦克斯韦）,光的波动性 （惠更斯）,。,电磁场理论,光电效应 及其规律,光子说,认 识 深 化 过 程,目前的结论,：,1,：,学 海 无 涯,光学中的一个现象一串结论,结论：(1)折射率 n、； 全反射的临界角C； 同一介质中的传播速率v； 在平行玻璃块的侧移x 光的频率,频率大,粒子性明显.； 光子的能量 E=h则光子的能量越大。越容易产生光电效应现象 (7)在真空中光的波长,波长大波动性显著； 在相同的情况下，双缝干涉条纹间距 x 越来越窄 在相同的情况下，衍射现象越来越不明显,全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜
8、。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全 反射棱镜的作用在射出后偏转 90o（右图 1）或 180o（右图 2）。要特别注意两种用法 中光线在哪个表面发生全反射。 玻璃砖 所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：,射出光线和入射光线平行； 各种色光在第一次入射后就发生色散； 射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关； 可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。 4.光导纤维 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
9、，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。 五、各光学元件对光路的控制特征 光束经平面镜反射后，其会聚（或发散）的程度将不发生改变。这正是反射定律中“反射角等 于入射角”及平面镜的反射面是“平面”所共同决定的。 光束射向三棱镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：向着底边偏折，若光 束由复色光组成，由于不同色光偏折的程度不同，将发生所谓的色散现象。 光束射向前、后表面平行的透明玻璃砖，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是； 传播方向不变，只产生一个侧移。 光束射向透镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：凸
10、透镜使光束会聚，凹 透镜使光束发散。 六、各光学镜的成像特征 物点发出的发散光束照射到镜面上并经反射或折射后，如会聚于一点，则该点即为物点经镜 面所成的实像点；如发散，则其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点。因此，判断 某光学镜是否能成实（虚）像，关键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是否能变为会聚光束,（可能仍为发散光束）。 平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散程度，所以只能在异侧成等等大的、正 立的虚像。 凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高，所以只能在同侧成缩小的、正 立的虚像。 凸透镜折射既能使物点发出的发散光束仍然发散,又能使物点发出发散光束变为聚光束
11、,所以 它既能成虚像,又能成实像。 七、几何光学中的光路问题 几何光学是借用“几何”知识来研究光的传播问题的，而光的传播路线又是由光的基本传播,规律来确定。所以，对于几何光学问题，只要能够画出光路图，剩下的就只是“几何问题”了。 而几何光学中的光路通常有如下两类： “成像光路”一般来说画光路应依据光的传播规律，但对成像光路来说，特别是对薄 透镜的成像光路来说，则是依据三条特殊光线来完成的。这三条特殊光线通常是指：平行于 主轴的光线经透镜后必过焦点；过焦点的光线经透镜后必平行于主轴；过光心的光线经透镜 后传播方向不变。 “视场光路”即用光路来确定观察范围。这类光路一般要求画出所谓的“边缘光线”，
12、 而一般的“边缘光线”往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。,光的波动性(光的本性),一、光的干涉 一、光的干涉现象 两列波在相遇的叠加区域，某些区域使得“振动”加强，出现亮条纹；某些区域使得 振动减弱，出现暗条纹。振动加强和振动减弱的区域相互间隔，出现明暗相间条纹的现象。这种 现象叫光的干涉现象。 二、产生稳定干涉的条件： 两列波频率相同，振动步调一致(振动方向相同)，相差恒定。两个振动情况总是相同的波源， 即相干波源 1.产生相干光源的方法（必须保证 相同）。 利用激光 (因为激光发出的是单色性极好的光)； 分光法(一分为二)：将一束光分为两束频率和振动情况完全相同的光。(这样
13、两束光都来源于 同一个光源,频率必然相等) 下面 4 个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、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,利用折射得到相干光源：,，该处的光互相加强，出现亮条纹；,2, 当到达某点的路程差为半波长奇数倍时，既=(2n 1) ，该点光互相消弱，出现暗条,纹；,l,条纹间距与单色光波长成正比 x ()， d,S,S 1,结论：由同一光源发S出的光经两狭缝后形成两列光 当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数,S S波/ 叠加产生 倍时， 即 =k,a c,d b,2,学 海 无 涯,所以用单色
14、光作双缝干涉实验时，屏的中央是亮纹，两边对称地排列明暗相同且间距相等的条 纹 用白光作双缝干涉实验时，屏的中央是白色亮纹，两边对称地排列彩色条纹，离中央白色亮纹 最近的是紫色亮纹。 原因：不同色光产生的条纹间距不同，出现各色条纹交错现象。所以出现彩色条纹。 将其中一条缝遮住：将出现明暗相间的亮度不同且不等距的衍射条纹 3薄膜干涉现象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的两列光波叠加而成劈形薄膜干涉可 产生平行相间条纹， 两列反射波的路程差 ,等于薄膜厚度 d 的两倍，即 =2d。 由于膜上各处厚度不同，故各处 两列反射波的路程差不等。 若：=2d=n(n=1,2)则出现明纹。 =2d=(2n-
15、1)/2(n=1,2) 则出现暗纹。 应注意：干涉条纹出现在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散现象。单色光明暗 相间条纹，彩色光出现彩色条纹。 薄膜干涉应用：肥皂膜干涉、两片玻璃间的空气膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛顿环、蝴蝶 翅膀的颜色等。 光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的两列光叠加。看到膜上出现明暗相间的条纹。 透镜增透膜(氟化镁)：透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的 14 倍。使薄膜前后两面 的反射光的光程差为半个波长，(T=2d=，得 d=)，故反射光叠加后减弱。大大减少了光的反 射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。光谱中央部分的绿光对人的视觉最敏感
16、，通 过时完全抵消，边缘的红、紫光没有显著削弱。所有增透膜的光学镜头呈现淡紫色。 从能量的角度分析 E 入=E 反+E 透+E 吸。 在介质膜吸收能量不变的前提下，若 E 反=0，则 E 透最大。 增强透射光的强度。 “用干涉法检查平面”：如图所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果 被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。 如果某处凸起来，则对应明纹(或暗纹)提 前出现，如图甲所示；如果某处凹下，则对应条纹延后出现，如图乙所示。 (注：“提前”与“延后” 不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上。 ) 注意：由于发光物质的特殊性，任何独立的两列光叠加均不能产生干涉现象。只有采用特殊方法 从同一光源分离出的两列光叠加才能产生
