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1、一、光的直进 1.1.光的直线传播光的直线传播 2.2.三种实例（小孔成像、影的形成、日食月食）三种实例（小孔成像、影的形成、日食月食） 3.3.光速光速 二、光的反射 1.1.光的反射现象光的反射现象 2.2.光的反射定律光的反射定律 三、平面镜 1.1.平面镜对光束的作用平面镜对光束的作用 2.2.平面镜成像特点平面镜成像特点 3.3.平面镜成像作图平面镜成像作图 （1 1）根据反射定律作图；（）根据反射定律作图；（2 2）根据成像特点作图。）根据成像特点作图。 四、光的折射 1.1.光的折射现象光的折射现象 2.2.光的折射定律光的折射定律 3.3.折射率折射率 4.4.折射率与光速的关
2、系折射率与光速的关系 5.5.光路可逆原理光路可逆原理 五、全反射 1.1.全反射现象全反射现象 2.2.临界角临界角 3.3.发生全反射的条件发生全反射的条件 （1 1）光从光密介质射到光疏介质；）光从光密介质射到光疏介质； （2 2）入射角）入射角i大于或等于临界角大于或等于临界角C。六、棱镜 光的色散 1.1.棱镜对光线的作用棱镜对光线的作用 2.2.光的色散光的色散 七、薄透镜成像 1.1.薄透镜成像规律薄透镜成像规律 透镜类型透镜类型 物的位置物的位置 像的特点像的特点 像的位置像的位置 凸透镜凸透镜u2f 倒立、缩小、实像倒立、缩小、实像 fv2f，物像在透，物像在透镜两侧镜两侧
3、u2f 倒立、等大、实像倒立、等大、实像 v2f，物像在透镜两，物像在透镜两侧侧 fu2f 倒立、放大、实像倒立、放大、实像 v2f，物像在透镜两，物像在透镜两侧侧 uf 正立、放大、虚像正立、放大、虚像 vu，物像在透，物像在透镜同侧镜同侧 凹凹 透透 镜镜 任意位置任意位置 正立、缩小、虚像正立、缩小、虚像 物像在透镜同侧物像在透镜同侧 2、薄透镜成像作图 （1 1）两个基本原则）两个基本原则 （2 2）三条特殊光线）三条特殊光线 3、薄透镜成像公式 （1 1）薄透镜成像公式）薄透镜成像公式 （2 2）薄透镜成像的放大率公式）薄透镜成像的放大率公式 八、球面镜成像 1.1.球面镜成像规律球
4、面镜成像规律 球面镜类型球面镜类型 物的位置物的位置 像的特点像的特点 像的位置像的位置 凹凹 镜镜 u2f 倒立、缩小、实像倒立、缩小、实像 fv2f，物像同，物像同侧侧 u2f 倒立、等大、实像倒立、等大、实像 v2f，物像同侧，物像同侧 fu2f 倒立、放大、实像倒立、放大、实像 v2f，物像同侧，物像同侧 uf 正立、放大、虚像正立、放大、虚像 vu，物像异，物像异侧侧 凸凸 镜镜 任意位置任意位置 正立、缩小、虚像正立、缩小、虚像 物像异侧物像异侧 2. 2.球面镜成像作图球面镜成像作图 3.3.球面镜成像公式球面镜成像公式九、简单的光学仪器 1.1.眼睛眼睛 2.2.显微镜显微镜
5、显微镜的视角放大倍数显微镜的视角放大倍数 3.3.望远镜望远镜 望远镜的放大倍数望远镜的放大倍数 【例1】厚厚度度不不计计的的平平面面镜镜MN放放在在水水平平地地面面上上，距距离离平平面面镜镜M端端 4cm 处处有有一一根根标标杆杆 , ,标标杆杆的的零零刻刻度度线线恰恰在在地地面面，距距平平面面镜镜N端端2m处处直直立立着着一一个个人人SD，人人眼眼离离地地面面的的高高度度为为SD1.8m，如如图图所所示示，平平面面镜镜的的长长度度MN1.0m，标杆足够长。，标杆足够长。 （1 1）人人看看平平面面镜镜中中的的标标杆杆，不不能能看看到到标标杆杆的的全全部部。画画出出能能被被人人看看到到的的像
6、像的的标标杆杆部部分分的的成成像像光光路路图图，写写出出作作图步骤。图步骤。 （2 2）人人看看到到平平面面镜镜标标杆杆的的最最小小刻刻度度和和最最大大刻刻度度是是多多少？少？光路如图（光路如图（a）或（）或（b）所示）所示 （2 2）由）由OMF和和SMD相似可得相似可得所以人看到的最小刻度所以人看到的最小刻度 由由ONE和和SND 相似可得相似可得 (m)(m)所以人看到的最大刻度所以人看到的最大刻度 【例2】用折射率为】用折射率为n的玻璃做成一个玻璃镜面，用手指可以的玻璃做成一个玻璃镜面，用手指可以估测它的厚度。请说明具体方法，并简述理由。估测它的厚度。请说明具体方法，并简述理由。 【析
7、与解】用手指跟镜面垂直接触，估计指尖与它的像间的】用手指跟镜面垂直接触，估计指尖与它的像间的距离，这个距离的一半与折射率距离，这个距离的一半与折射率n 的乘积等于玻璃厚度。的乘积等于玻璃厚度。 如如图图所所示示，设设指指尖尖位位置置在在S，玻玻璃璃厚厚度度为为d，由由指指尖尖发发出出两两条条光光线线，一一条条垂垂直直于于镜镜面面经经反反射射后后沿沿原原光光路路返返回回（光光线线1），一一条条在在镜镜中中与与镜镜面面垂垂直直方方向向成成 角角，镜镜反反射射后后射射出出镜镜面面时时折折射射角角为为 （光光线线2），光光线线1、2的的反反向向延延长长线线的的交交点点即即为为S S的的像。像。 所以所
8、以联立联立、式可得式可得由于观察时，由于观察时， 和和 均很小均很小 可得可得由折射定律由折射定律 【例3】如如图图所所示示，宽宽为为a的的平平行行光光束束从从空空气气斜斜向向入入射射到到两两面面平平行行的的玻玻璃璃板板上上表表面面，入入射射角角为为45。光光束束中中包包含含两两种种波波长的光，玻璃对这两种波长的光的折射率分别为长的光，玻璃对这两种波长的光的折射率分别为 , , 。 （1 1）求求每每种种波波长长的的光光射射入入玻玻璃璃板板上上表表面面后后的的折折射射角角r1，r2； （2 2）为为了了使使光光束束从从玻玻璃璃板板下下表表面面出出射射时时能能分分成成不不交交叠叠的的两束，玻璃板
9、的厚度两束，玻璃板的厚度d至少为多少？并画出光路示意图。至少为多少？并画出光路示意图。 【析与解】为为了了使使得得从从玻玻璃璃板板下下表表面面出出射射时时能能刚刚好好分分成成不不交交叠叠的的两两束束，就就应应该该使使得得原原光光束束左左边边缘缘光光中中折折射射角角大大的的这这条条光光恰恰能能与与右右边边缘缘中中折折射射角角小小的的这这条条光光在在下下表表面面 相交，如图所示，相交，如图所示，O点就是这两条光线的交点就是这两条光线的交点，此时所对应的玻璃板厚度点，此时所对应的玻璃板厚度d 就是所就是所 求的厚度。求的厚度。（1 1）根据折射定律）根据折射定律 ，对于两种波长的光，由，对于两种波长
10、的光，由 分别得进入上表面后的折射角为分别得进入上表面后的折射角为（2 2）由图示可知）由图示可知而而 即即得得代入（代入（1 1）中的结果）中的结果可得可得 【例4】光光导导纤纤维维是是利利用用全全反反射射传传导导光光信信号号的的装装置置。有有一一根根光光导导纤纤维维，内内芯芯材材料料的的折折射射率率为为n1，外外层层材材料料的的折折射射率率为为n2 。若若使使从从一一端端射射入入的的光光线线能能在在光光纤纤内内传传播播到到另另一一端端射射出出，而而不不会会从从光光纤纤中中漏漏出出，试说明对入射光线的入射角有什么限制。试说明对入射光线的入射角有什么限制。 【析与解】在这一问题中光线先后两次射
11、到介质表面。】在这一问题中光线先后两次射到介质表面。第一次在空气和折射率是第一次在空气和折射率是n1的内芯的界面；第二次在折的内芯的界面；第二次在折射率是射率是n1的内芯和折射率是的内芯和折射率是n2的外层的界面。现在要求的外层的界面。现在要求第二次能发生全反射，入射角第二次能发生全反射，入射角 必须大于临界角必须大于临界角C（如（如图所示）。图所示）。 而而第第一一次次的的折折射射角角r90，所所以以r必必须须小小于于90C；第一次的入射角；第一次的入射角i也必须小于与之对应的角度。也必须小于与之对应的角度。 在空气和内芯的界面上折射在空气和内芯的界面上折射在在内内芯芯和和外外层层的的界界面
12、面上上，考考虑虑发发生生全全反反射射的的临临界界情情况，有况，有 由图示看出由图示看出所以所以90因此因此将将式代入式代入式，有式，有而而再将再将式代入式代入式，得式，得 即即 ： 光光 线线 从从 另另 一一 端端 入入 射射 时时 ， 入入 射射 角角 必必 须须 不不 大大 于于 时时，从从一一端端射射出出的的光光线线能能在在光光纤纤内内传传播播到到另另一一端端射射出出，而不会从光线中漏出。而不会从光线中漏出。 【例5】如如图图所所示示，某某玻玻璃璃棱棱镜镜的的顶顶角角为为 ，恰恰为为黄黄光光的的临临界界角角，当当白白光光通通过过棱棱镜镜发发生生色色散散，在在光光屏屏A上上形形成成彩彩色
13、色光光带带后后，把把白白光的入射角光的入射角i逐渐减小到零的过程中，在光屏上会观察到逐渐减小到零的过程中，在光屏上会观察到A. .A屏上最先消失的是紫光屏上最先消失的是紫光 B. .最后在最后在B屏上左边是紫光，屏上左边是紫光， 但但A屏无黄光屏无黄光 C. .B屏上最后右边是紫光屏上最后右边是紫光 D. .B屏上最后左边是黄光屏上最后左边是黄光选项选项A、B正确。正确。 【例6】紫紫外外显显微微镜镜中中牛牛顿顿物物镜镜的的原原理理如如图图（a a）所所示示。在在一一个个凹凹面面反反射射镜镜的的中中心心开开一一个个小小孔孔，凹凹镜镜的的曲曲率率半半径径为为8cm，在在镜镜心心右右侧侧2cm处处
14、有有一一个个小小平平面面镜镜。如如果果在在凹凹镜镜左左方方距距小小孔孔1cm处处有有一一个个小小物物AB，长长0.1cm。试试求求AB通通过过这个系统所成像的位置和大小，并说明像的性质。这个系统所成像的位置和大小，并说明像的性质。 【析与解】如如图图（b）所所示示，物物AB通通过过小小孔孔能能在在平平面面镜镜后后形形成成虚虚像像 。由由于于平平面面镜镜反反射射到到达达凹凹镜镜的的光光束束可可以以看看作是由平面镜后的虚像作是由平面镜后的虚像 发出的一样。发出的一样。 物物AB对对平平面面镜镜所所成成的的虚虚像像 由由平平面面镜镜成成像像规规律律可可知知位位于于平平面面镜镜后后3cm处处，且且和和
15、物物等等大大、正正立立。 =AB=0.1cm。 对凹镜来说是实物，其物距是对凹镜来说是实物，其物距是5cm， 凹镜的焦距凹镜的焦距 （cm）由球面镜成像公式由球面镜成像公式得得（cm）像的放大率像的放大率所所以以成成的的像像为为一一个个放放大大倒倒立立的的实实像像，在在凹镜的右侧。凹镜的右侧。（cm） 【例7】焦焦距距为为40cm、直直径径为为10cm的的凸凸透透镜镜，放放在在x20cm处处，下下边边缘缘在在x轴轴上上，其其主主光光轴轴与与x轴轴平平行行，如如图图（a a）所所示示。在在y轴轴上上，从从y0开开始始向向上上每每隔隔1cm有有一一发发光光点点。眼眼睛睛在在图图中中E点点（x60，
16、y0）处处观观察察，通通过过凸透镜可以看到几个发光点凸透镜可以看到几个发光点? ? 【析与解】本本题题通通过过坐坐标标给给出出了了有有关关位位置置之之间间的的数数量量关关系系，但但却却构构成成了了对对解解题题习习惯惯的的干干扰扰，加加之之需需要要进进行行逆逆向向推推理理，看看似似难难度度很很大大。但但仔仔细细分分析析可可以以知知道道，在在E点点观观察察到到的的是是y轴轴的的虚虚像像，只只要要确确定定了了观观察察该该像像的的范范围，围，“还原还原”至至y轴上，即可解出。轴上，即可解出。 如如图图（b b）所所示示，通通过过计计算算或或作作图图，由由题题设设条条件件得得出出y轴轴的的虚虚像像（作作
17、图图过过程程略略），它它是是过过 （20，0）点点与与y轴平行的直线。轴平行的直线。 连连EPEP并并延延长长于于y轴轴虚虚像像交交于于A，PE、QE为为E E点点观观察察y轴轴虚像的镜面边界折射光线，虚像的镜面边界折射光线， 为从为从E E点观察到虚像的范围。点观察到虚像的范围。 在在 中中，PQ为为中中位位线线，且且PQ10cm，可可知知 20cm。 作作出出凸凸透透镜镜的的主主光光轴轴，光光心心为为 。连连 、 与与y轴轴交交于于A、B两两点点（AB为为轴轴上上与与虚虚像像 对对应应的的物物点点）。在在 中，中， 10cm。在。在 中，中， cm 因此，因此，A（0，12.5）和）和B（
18、0，2.5）之间有）之间有10个发光点。个发光点。 【例8】在在门门上上安安装装一一个个门门镜镜（俗俗称称“猫猫眼眼”），就就可可以以通通过过它它观观察察门门外外的的来来客客和和景景物物，而而室室外外的的人人却却不不能能通过门镜看清楚室内的景物。通过门镜看清楚室内的景物。 某某种种型型号号的的门门镜镜可可以以等等效效为为一一个个焦焦距距为为f13.50mm的的凹凹透透镜镜L1（作作为为物物镜镜安安装装在在门门的的靠靠室室外外一一侧侧）和和以以一一个个焦焦距距为为f230.6mm的的凸凸透透镜镜L2（作作为为目目镜镜安安装装在在门门的的靠靠室室内内一一侧侧）组组成成，两两者者共共轴轴，相相距距为
19、为24.40mm。试试以以此此型型号号的的门门镜镜为为例例，说说明明其其“内内可可见见外，外不见内外，外不见内”的光学道理。的光学道理。 【析与解】（1 1）在在室室内内通通过过门门镜镜看看室室外外景景物物时时，室室外外景景物物的的成成像像情情况况如如图图（a a）所所示示。设设室室外外有有一一物物体体AB与与L1相相距距u1=1m，则则由由薄薄透透镜镜成成像像公公式式可可解解得得通通过过L1成成缩缩小小正正立立的的虚像虚像A1B1，对应的像距为，对应的像距为v1=3.49mm。 而而 A1B1又又 作作 为为 透透 镜镜 L2的的 物物 ， 它它 与与 L2相相 距距 为为u2=3.49mm
20、 24.40mm=27.89mm。 由由 于于 u2 f2， 故故A1B1通通过过透透镜镜L2将将生生成成正正立立的的虚虚像像A2B2，同同样样通通过过薄薄透透镜成像公式可以算出此时的像距为镜成像公式可以算出此时的像距为v2=31.49cm。 可见可见A2B2到到L2的距离大于人眼的明视距离（一般为的距离大于人眼的明视距离（一般为25cm），故人眼完全可以贴近），故人眼完全可以贴近L2而看清楚室外的景物。而看清楚室外的景物。 （2 2）在室外通过门镜看室内景物时，室内景物的成）在室外通过门镜看室内景物时，室内景物的成像情况如图（像情况如图（b b）所示。设室内一物体）所示。设室内一物体CD与与
21、L L2 2相距相距u3=1m，则由薄透镜成像公式可解得，则由薄透镜成像公式可解得CD通过通过L2成缩小成缩小倒立的实像倒立的实像C1D1，由薄透镜成像公式可解得此时的像，由薄透镜成像公式可解得此时的像距距v3=31.57mm。 而而C1D1作作为为透透镜镜L1的的物物（虚虚物物），此此时时对对应应的的物物距距为为u4=（31.57mm24.40mm）=7.17mm。由薄透镜成像公式可求得此次成像的像距为由薄透镜成像公式可求得此次成像的像距为(mm) 说说明明此此次次生生成成一一虚虚像像C2D2，它它与与L1相相距距为为6.84mm，这这一一距距离离比比正正常常人人眼眼睛睛的的近近点点（10cm）小小得得多多，所所以以人人眼眼若若贴贴近近L1向向室室内内观观察察，将将无无法法看看清清楚楚C2D2，即即无无法法看看清清楚楚室室内内的的景景物物。若若人人眼眼退退离离L1而而观观察察，则则由由于于门门镜镜的的通通光光直直径径很很小小（一一般般都都不不足足8mm），当当人人眼眼退退离离到到距距L1数数厘厘米米以以上上时时，室室内内物物体体通通过过门门镜镜的的成成像像光光线线进进入入人人眼眼的的又又太太少少，且且视视角角也也很很小小，同同样样将将无无法法看清楚室内的景物。看清楚室内的景物。
