几何光学、光的本性
几何光学、光的本性
高考考点
73.光的折射定律、折射率
74.全反射、临界角
75.光导纤维
76.光的色散
77.电磁场、电磁波、电磁波的周期、频率、波长和波速
78.无线电波的发射和接收
79.光的干涉现象、双缝干涉、薄膜干涉
80.双缝干涉现象的条纹间距与波长的关系
81.光的衍射现象
82.光的偏振现象
83.光谱和光谱分析、红外线、紫外线、X射线、γ射线以及它们的应用、光的电磁本性、电磁波谱
84.能量量子化、光电效应、光子、爱因斯坦、光的电磁效应
85.光的波粒子二象性、光波的概率波
86.粒子的波粒二象性、物质波
87.不确定性关系
88激光的特性及应用
1.（13年西城一模）用某种频率的光照射锌板，使其发射出光电子。为了增大光电子的最大初动能，下列措施可行的是
A．增大入射光的强度B．增加入射光的照射时间
C．换用频率更高的入射光照射锌板D．换用波长更长的入射光照射锌板
3．（13年海淀一模）下面四种光现象，与光的干涉有关的是
A．用光导纤维传播电磁波信号
B．一束白光通过三棱镜形成彩色光带
C．用透明的标准样板和单色平行光检查平面的平整度
D．用平行光照射不透光的小圆盘，在圆盘的影的中心形成泊松亮斑
4.（13年东城一模）下列现象中由光的干涉产生的是
A.天空中出现的彩虹
B.阳光通过三棱镜形成彩色光带
C.肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹
D.阳光通过一条很窄的缝后在光屏上呈现彩色条纹
5．（13年朝阳一模）在水面下同一深处的两个点光源P、Q发出不同颜色的光，在水面上P光照亮的区域大于Q光照亮的区域，下列说法正确的是
A．P光的频率大于Q光B．P光在水中的传播速度小于Q光
C．若P光照射某金属能发生光电效应，则Q光照射该金属也一定能发生光电效应
D．让P光和Q光通过同一双缝干涉装置，P光的条纹间距小于Q光
a b 6．（13年石景山一模）对于同种金属，产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k ，下列说法正确的是
A ．E k 与照射光的强度成正比
B ．E k 与照射光的波长成正比
C ．E k 与照射光的频率成线性关系
D ．
E k 与光照射的时间成线性关系
7.（2013西城二模）关于红光和紫光，下列说法正确的是
A ．红光的频率大于紫光的频率
B ．在同一种玻璃中红光的速度小于紫光的速度
C ．用同一装置做双缝干涉实验，红光的干涉条纹间距大于紫光的干涉条纹间距
D ．当红光和紫光以相同入射角从玻璃射入空气时，若紫光刚好能发生全反射，则红光也一定能发生
8.（2013海淀二模）15.如图所示，用绿光照射一光电管，能产生光电效应。欲使光
电子 从阴极逸出时的初动能增大，应该
A. 改用红光照射
B. 改用紫光照射
C. 增大光电管上的加速电压
D.增大绿光的强度
9.（2013丰台二模）14．如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵
敏电流计中没有电流通过，某同学分析可能的原因有①入射光太弱；②入射光波长
太长③光照时间太短④电源正负极接反。下列选项中，均有可能的是( )
A ．①③
B ．②④
C ．①②
D ．③④
10.（2013东城二模）15．如图所示，平行厚玻璃板放在空气中，一束复色光斜射向玻璃板上表面，出射光分成a 、b 两束单色光。对于a 、b 两束光，下面说法正确的是
A ．玻璃对a 光的折射率较小
B ．a 光在玻璃中的传播速度较小
C ．若a 、b 光从同一介质斜射入真空时，a 光的全反射临界角较大
D ．若a 光照射某金属能发射出光电子，则b 光照射该金属也一定能发射出光电子 2014北京二模光学
1．下列说法中正确的是
A ．光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象
B ．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的偏振现象
C ．门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象
D ．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象
G
电源
2．对下列现象解释不正确．．．
的是
A ．图甲的原理和光导纤维传送光信号的原理一样
B ．图乙的原理和门镜的原理一样
C ．图丙的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样
D ．图丁的原理和用标准平面检查光学平面的平整程度的原理一样
3. 物理学是一门以实验为基础的科学，任何理论和学说的建立都离不开实验。下面有关物理实验与物理理论或学说关系的说法中正确的是
A ．双缝干涉现象的发现表明光是电磁波
B ．光电效应实验证实了光是横波
C ．α 粒子散射实验表明了原子具有核式结构
D ．天然放射现象的发现证实了玻尔原子理论 4．在实验条件完全相同的情况下，分别用红光和紫光做实验进行比较，得到四个实验结论，正确的是
A ．通过三棱镜后，红光偏折角较大
B ．在双缝干涉实验中，光屏上红光的干涉条纹间距较宽
C ．若紫光照射到某金属表面有光电子逸出，则红光照射也一定有光电子逸出
D ．以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射
5．水中某一深处有一点光源S ，可以发出a 、b 两种单色光，其由水中射出水面的光路如
图1所示。关于这两种单色光性质的比较，下列判断正确的是（ ）
A ．a 光的频率比b 光的小
B ．a 光的折射率比b 光的大
C ．a 光在水中的传播速度比b 光的小
D ．a 光在水中的波长比b 光的小 6．如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O 时，下列情况不可．．能．
发生的是
7．下列四种现象中与光的干涉有关的是 A ．雨后空中出现彩虹 B ．肥皂泡的表面呈现彩色
C ．一束白光通过三棱镜后形成彩色光带
D ．一束白光通过很窄的单缝后在光屏上形成彩色光带
甲．沙漠蜃景
乙．彩虹 丙．彩色的肥皂泡 丁．立体电影
O A O B O
D O C a b
图1 S
30° 介质
45° 真空 2014年北京一模光学
1．一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示。下列说法中正确的是
A ．此介质的折射率等于1.5
B ．此介质的折射率等于2
C ．入射角小于45°时可能发生全反射现象
D ．入射角小于30°时可能发生全反射现象
2．关于红光和绿光，下列说法正确的是
A ．红光的频率大于绿光的频率
B ．在同一玻璃中红光的速率小于绿光的速率
C ．用同一装置做双缝干涉实验，红光的干涉条纹间距大于绿光的干涉条纹间距
D ．当红光和绿光以相同入射角从玻璃射入空气时，若绿光刚好能发生全反射，则红光也一定能发生全 反射
3．两束不同频率的单色光 a 、b 以相同的入射角从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象（α>β）。下列说法中正确的是
A ．光束 b 的频率比光束a 的频率低
B ．相同条件下b 光的双缝干涉条纹间距比a 光的大
C ．光束b 在水中的传播速度比光束a 在水中的传播速度大
D ．若a 光照射某金属能发生光电效应，则b 光照射该金属也能 发生光电效应 4．如图所示的4种明暗相间的条纹，是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮纹）。则在下面的四个图中，哪个图是蓝
光形成的干涉图样
A B C D
5．一束单色光由玻璃斜射向空气，下列说法正确的是
A ．波长一定变长
B ．频率一定变小
C ．传播速度一定变小
D ．一定发生全反射现象 6．右图为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤光片成为单色光，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹。若要使干涉条纹的间距变大，在保证其他条件不变的情况下，可以
A ．将光屏移近双缝
B ．更换滤光片，改用波长更长的单色光
C ．增大双缝的间距
D ．将光源向双缝移动一小段距离
一、光的折射
1.光的折射：光由一种介质射入另一种介质时，在界面上将发生光路改变的现象叫光的折射．
2．光的折射定律：折射光线在入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居在法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数：n r
i =sin sin ．n 叫做这种介质的折射率. 折射率是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身决定，同时光的频率越高，折射率越大。而与入射角、折射角的大小无关．例如：n 红_______________
n 紫 3.折射率与光速的关系:介质的折射率等于光在真空中的速度与在该介质中的速度之比，即n=c/v 说明：⑴由n=c/v 可知，任何介质的折射率都_____1.（填“大于”、“小于”、“等于”） ⑵由r i n sin sin =和v
c n =，当光由真空(或空气)射入某种介质时，入射角_____折射角； 当光由介质射入真空(或空气)时，入射角_______折射角．（填“大于”、“小于”、“等于”）
⑶两种介质相比较，折射率较大的介质叫______介质，折射率较小的介质叫________介质．
二、全反射和临界角
1.全反射：当光线从_______介质射到________介质的界面上时，若入射角大于临界角，则折射光线消失，只产生反射的现象叫全反射．
2.临界角：折射角等于900时的入射角叫临界角．显然，临界角是一种特殊的入射角．当光线从某介质射入真空(或空气)时，其临界角的正弦值为c
v n C ==1sin ．
产生全反射的条件是： ⑴光从光密介质射向光疏介质； ⑵入射角大于或等于临界角． 注意：发生反射时，不一定发生折射，如：全反射时无折射；发生折射时，却一定存在反射。
三、棱镜、光的色散
1.棱镜的色散:如图5-1所示,一束白光,经棱镜色散后在屏上形成彩色光带,其中a 为____色光,b___色光.不同色光在同一介质中的折射率大小关系为n 红
______ n 紫 2.棱镜对光线的折射:总是向________(顶角,底边)偏转.
3.色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光的折射率不同．那么在同一介质中各色光的临界角C 也不一样．在同一介质中，频率越高的光，其传播速度越小，折射率越大．
4．用折射定律分析光的色散现象
(1)光的频率由光源决定，与介质无关；光的传播速度由介质决定。
(2)同一介质中，频率越大的光折射率越大．再应用v
c n =
等知识，就能准确而迅速判断有关色光在介质中的传播速度、入射光线与折射光线偏折程度等问题．
图 5-1
四、光的干涉
1.现象：符合一定条件的相干光在相遇时出现了稳定相间的加强区和减弱区域．
2.相干条件：两束光________相同，_______一致，_______恒定(步调差恒定).
3．双缝干涉：(杨氏双缝实验)
(1)光的干涉现象中,产生明条纹的条件_______________,产生暗条纹的条件_________________.
(2)图象特点：中央为_____条纹(明、暗),两边等间距的对称分布着明暗相间条纹.如果用白光做干涉实验,则产生_________________.光的干涉现象证明了_______________.
(3)双缝干涉现象的应用:求波长或频率. 根据公式λd
L x =?得波长λ=________,其中ΔX 是______; L 是_____;d________. 4.薄膜干涉(等厚干涉)
⑴相干光源的由来：利用薄膜(如肥皂泡液膜)前后两表面的____射光束相遇而形成干涉现象． ⑵图象特点：
①同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度____．(“相等”、“不相等”)
②单色光在肥皂膜上(上薄下厚)形成_____状明暗相间条纹。（“水平”、“竖直”）
③如果是白光, 则形成__________________________。
5.光的干涉的应用:
(1)检查平面光洁度:如图1-2所示，用____色光,入射光从_______层的上下两表面
反射 出两列光波,于是根据______射光的干涉条纹的弯曲形状可以判断被测表面
平整情况. (2)增透膜:当薄膜的厚度是入射光在_____中波长的______倍时,在薄膜的两个面上反射的光,路程差恰好等于半个波长的奇数倍,因而____________。
五、光 的 衍 射
1.现象：光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象．
2.产生条件：障碍物或孔的尺寸与波长可比(相差不多)．
由于可见光波波长较小，所以光的衍射需在特定的条件下才能被明显观察到．
3.单缝衍射：图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹(白光入射为彩色条纹)．
4.单孔衍射:对单色光,产生的是___________;对白光 ,产生的是__________.
5.障碍物衍射:光通过障碍物后,会使影的轮廓______,出现_________的条纹.
6.泊松亮斑:光的衍射现象的特殊表现.
现象:在不透明圆板的阴影____,有一个亮斑 .泊松亮斑的发现进一步证明了光的____理论的正确性
. 图1-2
六、光的偏振
1.光是横波：是电磁波，场强E和磁感强度B的振动方向均与波传播的方向垂直．所以光有偏振现象．
2.自然光：在光波传播方向垂直的平面内光振动(指E的振动)沿各个方向振动强度都相同的光．如由太阳、电灯等普通光源发出的光．
3.偏振光：在光波传播方向垂直的平面内，只有沿着某一个特定方向振动的光．如自然光经一偏振片作用后的光，再如自然光射到两介质分界面时同时发生反射和折射(反射角和折射角和为900时)，反射光线和折射光线是光振动方向互相垂直的偏振光．
七、光的电磁说电磁波谱
1.光的电磁说.以前光的波动理论是把光看成类似________波,19世纪60年代 ,英国的物理学家_________提出了光的电磁说,内容是________________.1888年,________用实验证实了其理论的正确性.
2.在电磁波谱中，各种电磁波按频率由小到大的顺序依次为
3.红外线的最显著的作用就是________.红外线遥感是指利用灵敏的红外线探测器接收物体发出的红外线，可以探知被探物体的特征。红外线还可以用于遥控，例如：遥控式电视机、录象机。紫外线的最显著的作用就是_________.此外还有_________和___________，目前主要用于__________。伦琴射线也叫__________，它的主要本领是__________，它可通过阴极射线射到__________上的方式产生，实质是原子____层电子受激发而产生的。目前医学上主要用于________________.
4.在各种电磁波中,最容易产生干涉和衍射现象的是________,穿透能力最强的是_____
5.电磁波谱
种类无线电波红外线可见光紫外线伦琴射线γ射线
频率低→高
产生机理振荡电路自
由电子的动
原子外层电子受到激发
原子内层电子
受到激发
原子核受到激发
特性波动性强热作用强
能使人类产
生视觉化学作用、荧光作
用、杀伤作用
穿透作用强穿透作用最强
用途
通讯、广播、
导航等加热、烘干、医
疗、遥测遥感
照明、照
相、加热等
感光技术、日光
灯、杀菌消毒等
工业探伤、医学
透视治疗等
工业探伤、
医用治疗等
八、光电效应
1.光电效应物体经光（包括____________）照射下物体发出________的现象。发射出的电子称为_______．
2.光子说德国物理学家___________提出,内容为: 光是一份一份传播的，每一份叫做一个_____，能量为E=_______,其中h叫_________,其值为_________.
3.光电效应产生的条件：入射光的频率大于________________.入射光照射到金属上经__________的时间便能产生光电子，几乎是瞬时的。
4.逸出功：当入射光的频率足够_______.它的能量_______金属的逸出功时，就能产生光电效应。爱因斯坦光电效应方程__________________。光电子的最大初动能与入射光的________有关,与_______无关。
5.当能够发生光电效应时，光电流的强度与入射光的______成正比,此时,一个光子将产生_____个光电子.
6.光电效应与电磁波理论的矛盾：
(1)光的能量与频率有关，而不像波动理论中应由振幅决定．
(2)电子吸收光的能量是瞬时完成的，而不像波动理论所预计的那样可以逐渐积累．
九、光的波粒二象性
1.许多光学现象已不能单独用光的粒子性或波动性来解释,只能认为_______________.
2.实际上，个别光子的运动主要表现出____________性,大量光子的运动主要表现出________性。光子的频率越高________性越强,频率越低_______越强.
3.物质波：又叫_________波.大量微观粒子的运动也能表现出_____性，其实,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,其波长为λ=_____,其中P为______;h为___________;德布罗意波同样能得到干涉、衍射图样.
4.有关红光与紫光的性质比较:
(1)频率:γ红___________γ紫;
(2)折射率:n红______n紫;
(3)在同种介质中的波长:λ红______λ紫;
(4)在同种介质中的波速:V红_____________________V紫;
(5)全反射的临界角: C红________________C紫;
(6)同一装置中干涉或衍射条纹的宽度:d红______________d紫;
(7)光电效应能力大小:红_____紫.
光学设计理念
光学设计理念 传统光学的功与过 https://www.wendangku.net/doc/8914591152.html, 2012年10月25日11:44 光学设计理念 #该文章出自Toplite首席设计师，Daniel Yin。如需转载请注明出处https://www.wendangku.net/doc/8914591152.html,# 从700年前人类发明眼镜到今天，光学可谓是人类文明中最为古老的一门基础学科之一。 经过如此漫长的历史和无数科学先辈倾其一生的研究，这门古老的学科已经被无数纷杂的分支理论体系切割的支离破碎，最为典型的理论体系就是牛顿的粒子学（几何光学）和惠更斯的波动学（波动光学），将光学切割成了现今物理学无法完全统一的两大分支。同时人们为了科学研究的方便，设立了如激光光学、大气光学、海洋光学、量子光学、光谱学、生理光学、电子光学、集成光学、空间光学等等不同的理论分支。 几何光学： 也可以称之为微观光学或传统光学，这是一个将牛顿光学基本体系简化后形成的粒子光学体系；在几何光学体系中，光被定义为以基本的直线单元组成的几何体，同时几何光学不着重研究光的能量属性，并将所有介质都定义为完全弹性体。光线从一种介质进入另一种介质时所产生的变化被定义为反射和折射。 波动光学： 也可以称之为物理光学，这是一个将惠更斯的波动学基本体系简化后形成的波动光学体系；主要研究光在传播过程中与介质之间的相互作用及介质对光的传播产生的影响。在波动光学中光被定义为一种电磁波，当介质中的微小结构与光的波长在数量级上接近时，光波会绕过或部份绕过这种微小结构继续前行，这种光在介质中的变化被定义的干涉和衍射。 一般说来几何光学是一种比较直观通俗的光学理论，易于被我们常人所理解，同时几何光学也是我们目前做日常光学产品设计的最主要的理论基础。我们目前所使用的所有成像产品，如眼镜、照相机、投影机、手机、电视机等等，和各种灯具照明产品、测量仪器、医疗器械、打印机、复印机等等、等等、都是在几何光学的基础上设计出来的。 当今理论通常认为；"在解释光学成像和具体光学系统的过程中，就无需用光的波动理论和量子理论了，用几何光学就基本上可以满足要求了。"（引自胡家升的光学工程导论）这也是我们目前几乎所有光学设计软件的建构基础。
第48课时 光的本性 (A卷)
第48 课时光的波动性和粒子性（A卷） 考测点导航 一、光的波动性 1．光的干涉 (1)相干条件：两束光频率相同，振动方向一致，相差恒定(步调差恒定)。 (2)双缝干涉：(杨氏双缝实验) ①推导：若S1、S2光振动情况完全相同，则 δ=κλ明条纹，δ=（2κ+1）λ/2暗条纹（κ=0、 1、2、3……） 条纹宽度(相邻亮条纹或暗条纹中央间距)Δx=L/dλ②图象特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。2．光的衍射 (1)产生条件：障碍物或孔的尺寸与波长可比 (相差不多)。 (2)单缝衍射： 图象特点：中央最宽最亮，与两侧不等间隔的明暗相间的条纹(白光入射为彩色条纹)。 3．光的偏振:光是横波，是电磁波，场强E和磁感强度B均与波速V垂直。所以光有偏振现象。 4．光的电磁说：光是一种电磁波。（电磁波谱） 二、光的粒子性(光子说) 1．光子说：光子的能量为E=hυ 2．光电效应实验规律 3．爱因斯坦光电效应方程：E k=hυ-w 三、光的波粒二象性: 1.光是一种波，同时也是一种粒子。 2.物质波：实物粒子动量为p，则对应的物质波的波长为λ=h/p (德布罗意波)，是一种概率波 典型题点击 1.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差d=0.6μm；若分别用频f1=5.0x1014Hz和频率为f2= 7.5x1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现条纹的情况是以下哪种 ( ) A．用频率为f1的单色光照射时，P点出现明条纹 B．用频率为f2的单色光照射时，P点出现明条纹 C．用频率为f1的单色光照射时，P点出现暗条纹 D．用频率为f2的单色光照射时，P点出现暗条纹 （该题考查对双缝干涉规律的理解和应用） 2.下列关于光的现象的说法中正确的是 ( ) A.用白光做双缝干涉实验时，屏上从中央条纹向外，紫光的亮条纹偏离中央的距离最大 B.白光单缝衍射时，偏离中央亮条纹远的是红光 C.白光经三棱镜折射发生色散，红光偏向角最大 D.涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色，说明增透膜增强了对淡紫色光的透 （该题考查对不同色光因波长不同，在干涉衍射和色散现象中偏折程度不同的理解和应用。）3. 由两个不同光源所发出的两束白光，落在同一点上，不会产生干涉现象。这是因为 ( ) A．两个光源发出光的频率不同 B．两个光源发出光的强度不同 C．两个光源的光速不同 D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源 （该题考查对相干光源的条件的正确理解） 4. 入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么以下说法正确的是（） A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不再产生光电效应 （该题考查对光电效应规律的深入理解并利用规律判定有关现象） 5. 如图48-A-1所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为 4.5x1014Hz，则以下判断正确的是 ( ) A．发生光电效应时，电路中光电流 的饱和值取决于入射光的频率 B．发生光电效应时，电路中的光电 流的饱和值取决于入射光的强度 C．用λ=0.5μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生 D．光照射时间越长，电路中的光电流越大 （该题注意“光电流的强度”指的是光电流的最大值(亦称饱和值)） 新活题网站 一、选择题 1．用单色光作杨氏双缝干涉实验时，在屏上呈现清晰的明暗相间的条纹．若将光屏稍微前移或后移一点，则( ) A.光屏上都将出现模糊的条纹 B.前移时条纹模糊，后移时条纹清晰 C．前移时条纹清晰，后移时条纹模糊 D．前移、后移条纹仍然是清晰的 (该题考查双缝干涉) 2．(2001〃朝阳区)地球的大气层中，基本不变的成分为氧、氮、氢等，占大气总量的99．96％，可变气体成分主要有二氧化碳(C02)、水气和臭氧等，这些气体的含量很少，但对大气物理状况影响却很大，据研究：人类大量燃烧矿物燃料放出大量C02，使大气中的C02浓度不断增大，是导致“温室效应”的主要原因，即：使大气的平均温度上升，从而导致一系列生态环境问题，由此可判断：C02比大气中的氧、氮、氢等基本不变的气体成份( ) A．对可见光的吸收作用强B．对无线电波的吸收作用强 481 A -- 图
光的本性认识的发展
光的本性认识的发展 光的本住问题是贯穿在光学发展中的一个根本问题。正是这种对光的本性的探讨有力地推动了光学以及整个物理学的发展。人们对光的本性的认识，从光是“物质的微粒流”，经历了光是“以太的振动”，光是电磁波到光是波粒二象性的统一等各个认识阶一段。这一认识历程从牛顿和惠更斯之争算起到现在其间经历了三百多年。人们遵循实验——假设——理论——实验这条途径，逐步达到了对光的本性的认识，这一认识揭示了物质世界光和电磁的统一，光的波动性和微粒性的统一。德国物理学家劳厄在谈到这一认识的重大意义时指出：“在这以前还是完全互不相依的光的理论和电动力学理论的这种自然的结合发展是作为物理知识的真理一性证明的一个最伟大的事件”。他在《物理学史》的导言中着重指出了研究两类不同的物理思想“它们不期而遇并且自然地相结合”的意义。他说：“凡是经历了这种令人极为惊奇的事件的人，即使是在很远的距离经历的，或者至少能在事后加以回顾的，都不会怀疑：这些相互结合的理论，即使不包含完全的真理，终究也包含了与人类的附加因素无关的客观真理的一种重要的核。否则，它们的结合只能理解为奇迹。物理学史的理想必须是把这样的事件尽可能明晰地刻画出来”。下面我们就来叙述人类对光的本性认识的发展过程。 （一）微粒说与波动说的思想渊源 关于对光的本性这一古老之谜的认识要追索到古希腊时代。古希腊杰出的原子论者德漠克利特（Democritus，公元前460～前370）最早提出光是物质微粒的观点。他认为视觉是由物体射出的微粒进入眼睛而引起的。古希腊的男一个原子论者伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前341～前270）和古罗马的原子论者卢克来修（Lucretius，公元前99一前55）坚持这一学说。卢克来修说：“从任何我们看见的东西，必定永远有许多原初物体流出来，被发放出来；被散布到四周各处，这些物体撞击眼睛，引起了视觉。”量子论者的这一观点是后来把光看作某种物质实体的粒子说的萌芽。古希腊杰出的思想家亚里士多德（Aristotle，公元前384一前322）认为，视觉是在眼睛和可见物体之间的中间介质运动的结果。他认为这种中间介质有让光通过的可能性（潜在能力），即是透明的，光则把这种可能性变为现实。所以，没有中间介质就没有视觉。在这个理论中包含着后来的光的波动说的思想。 科学发展到了17世纪，法国哲学家、物理学家、数学家笛卡儿（Rene Descartes，1596～1650）提出了对光的本性的看法。英籍德国物理学家玻恩（Max Born，1882—1970）和美国物理学家沃耳夫（Emil．Wolf，1922一）在他们的《光学原理》的历史引言中说：“在新哲学的创立者当中，笛卡儿可以提出来说一说，因为他根据他的形而上学观念系统地述了关于光的本性的见解。笛卡儿认为，光在本质上是一种压力，在一种完全弹性的，充满一切空间的介质（以太）之中传递，他并且把颜色的差异归因于这个介质中粒子的不同速度的旋转运动。”笛卡儿对光的本性没有明确而统一的观点。他在他的著作《光的折射》中提出了一个比喻：光通过介质传入人眼，就象机械脉冲沿着手杖传入盲人的手和脑中一样，并没有某种物质性的东西传入眼睛使我们看到光和色。笛卡尔在这里强调了介质的影响和接触作用，认为光是以太介质中某种压力的传播过程，所以可以把他算作波动论者。 另一方面，笛卡儿又从光的微粒观念中推导出反射定律与折射定律。笛卡儿在《光的折射》中写道：“假设我们将球从A点击到B点，碰到地面CSE时，球因受阻而偏离原来的运动方向（图9－1）。它将往哪个方向偏？为了简化所研究的问题，我们假定：地面是平滑坚硬的，并且球在下落和弹跳时速度保持不变。我们不考虑球在离开球拍以后能够继续运动的原因，也不考虑球的重量、大小以及形状对运动方向会有什么影响。因为我们的目的并不是研究这些问题，而是研究光；并且上述因素对光都没有影响。” 接着笛卡儿开始了对平滑表面上光的反射的研究。他把球的速度分解为垂直分量及水平分量。当球碰到地面时，只是球速的垂直分量方向相反，大小不变。水平分量是不变的，由此很容易证明光的入射角等于它的反射角。 笛卡儿继续写道：“现在让我们来观察折射现象。首先假定球从A点被抛至B点，在B点碰到的不是地面，而是一块布CBE，它非常稀疏和不结实，将减慢球的速度。” 他仍然把速度分成垂直分盟及水平分量，垂直方向速度减小而水平分量不变图9－2。由此得
几何光学像差光学设计部分习题详解
1.人眼的角膜可认为是一曲率半径r=7.8mm的折射球面，其后是n=4/3的液体。 如果看起来瞳孔在角膜后3.6mm处，且直径为4mm，求瞳孔的实际位置和直径。 2.在夹锐角的双平面镜系统前，可看见自己的两个像。当增大夹角时，二像互相靠拢。设人站在二平面镜交线前2m处时，正好见到自己脸孔的两个像互相接触，设脸的宽度为156mm，求此时二平面镜的夹角为多少？ 3、夹角为35度的双平面镜系统，当光线以多大的入射角入射于一平面镜时，其反射光线再经另一平面镜反射后，将沿原光路反向射出？
4、有一双平面镜系统，光线以与其中的一个镜面平行入射，经两次反射后，出射光线与另一镜面平行，问二平面镜的夹角为多少？ 5、一平面朝前的平凸透镜对垂直入射的平行光束会聚于透镜后480mm处。如此透镜凸面为镀铝的反射面，则使平行光束会聚于透镜前80mm处。求透镜的折射率和凸面的曲率半径（计算时透镜的厚度忽略不计）。解题关键：反射后还要经过平面折射
6、人眼可简化成一曲率半径为5.6mm的单个折射球面，其像方折射率为4/3，求远处对眼睛张角为1度的物体在视网膜上所成像的大小。 7、一个折反射系统，以任何方向入射并充满透镜的平行光束，经系统后，其出射的光束仍为充满透镜的平行光束，并且当物面与透镜重合时，其像面也与之重合。试问此折反射系统最简单的结构是怎样的。。
8、一块厚度为15mm的平凸透镜放在报纸上，当平面朝上时，报纸上文字的虚像在平面下10mm处。当凸面朝上时，像的放大率为β＝3。求透镜的折射率和凸面的曲率半径。 9、有一望远镜，其物镜由正、负分离的二个薄透镜组成，已知f1’=500mm, f2’=－400mm, d=300mm，求其焦距。若用此望远镜观察前方200m处的物体时，仅用第二个负透镜来调焦以使像仍位于物镜的原始焦平面位置上，问该镜组应向什么方向移动多少距离，此时物镜的焦距为多少？
光本性的认识
人类对光本性的认识 刘凡 班级：10310901 学号:20092263 摘要：浅显地讨论和分析光的本质 关键词：波动性，粒子性，波粒二象性，量子论 在《大学物理》波动光学的引言中，对光是这样描述的：“人类对光的认识始终贯穿着“光的本性是什么？”这一根本性的问题。17世纪，牛顿(Newton)认为光是一股微粒流，沿直线传播，它可以说明光的反射和折射。与此同时，惠更斯(Ch. Huygens)提出了光是一种波动。他认为，光是机械振动在“以太（ether）”这种特殊介质中传播。直到19世纪初，人们观察到了许多光的干涉、衍射和偏振现象，这些事实为“光是一种电磁波”提供有力的依据。然而在19世纪末到二十世纪初。人们对黑体辐射和光电效应等实验规律的研究，又证明了光的量子性，既具有波粒二象性。 首先，先谈一谈对光本性认识的意义：光学是人类较早用来认识和改造自然界的科学之一，在激光问世之后，光学这门古老的学科有了迅速的发展。不仅丰富了原有传统学科分支=技术光学、薄膜光学的内容外，还形成了许多新的学科分支，如非线性光学，导波光学、强光光学、全息光学，激光光谱学等。使得对波动现象的研究范畴由不相干到相干, 从线性到非线性, 从稳态到非稳态，从有序到混沌、从纯态到压缩态, 学科知识更加丰富及深化。而上世纪初诞生的量子论和相对论是对光本性讨论的直接结果。继续讨论已经而且必将加深对这两个伟大理论的理解和导致新的发展。我们期望两个理论带来的困惑包括光本性在内的光与物质统一性研究能够带来物理学基础的改革。 其次，先总结一下历史上关于“光的波动说”和“微粒说”对应的著名实验。关于波动说，荷兰物理学家惠更斯（Christian Huygens）于1690年提出了一条描述波传播特性的重要原理：在波的传播过程中，波前上的每一点都可以看作是发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波的包迹就是新的波面，也就是惠更斯原理。它成功解释了当时已知的大多数光学现象，建立了惠更斯原理。他在此基础上推导出光的反射和折射定律，圆满地解释了光速在光密介质中减小的原因。惠更斯用光波既通过以太微粒、又通过晶体物质微粒传播的假设,非常圆满地解释了光穿过冰洲石所产生的双折射现象。但是惠更斯虽然巧妙地用声波来类比,但是他错误地认为光波是纵波,这被微粒说的支持者用光的偏振现象予以驳斥。其后，同处一个时代牛顿却利用“太阳光在三棱镜下的散射成各种颜色的光”的实
对光本性的认识
对光本性的认识 摘要本文从人们对光的本性的认识为核心进行展开的，首先对历史上争辩已久的光的关于光的本性的两种学说—波动说和微粒说进行了研究和探讨，在此基础上，重点介绍了光的波粒二象性。 关键词本性；学说；波动性；粒子性 0 引言 光学是物理学中较古老的一门基础学科，又是当前物理学领域最活跃的前沿之一然而光学也是经过一场场磨难和斗争才发展起来的，其历史被当作自然科学发展史的典范，对光本性认识的争论是光学发展主要动力之一光的本性是什么对这个问题人们自古就有不同的认识，形成了一场关于光的本性的激烈的争论，即微粒说和波动说之争。 1 光本性的两种学说之争 关于光本性的两种学说—微粒说合波动说。其中微粒说的代表人物是牛顿，而波动说则以胡克和惠更斯为代表，牛顿在向皇家学会提交的一封信中，首次提出了自己对光的物质见解，指出“光线可能是球形的物体” 即光的微粒说，牛顿认为：光是发光体所射出的一群微小粒子，它们一个接着一个地迅速发射出来，以直线进行，人们感觉不到相继两个之间的时间间隔。并用这种观点解释了光的直线传播，光的反射和折射。 牛顿的论点遭到胡克等人反对并引起争论。胡克主张光是一种振动，而且是短促的。他举出金刚石受摩擦或打击时在暗中会发光来说明他的论点，同时认为在均匀媒质中，振动在各个方向以相等的速度因此发光体的每次振动都将形成一个球面，球面在不断扩大，就像石块落水激起的环波越来越大一样。这就是较早提出的光的波动性的概念。 惠更斯则在其基础上没有能继续研究下去，即没有从理论上弄清楚振荡电流作为振源，是怎样把电磁振荡传播出去的这样。惠更斯提出类似于空气中的声波，以太波也是纵波。注意：这里惠更斯作了错误的类比，实际上光波是横波。正由于被认为是纵波，所以对“偏振”现象就无法解释了，加上“以太”是否存在还是一个疑问，而且初期的波动说还缺乏数学基础，所以难以与微粒所抗衡。 开尔文又错过了发现电磁波的契机开尔文曾两次走到电磁理论的大门，但都因其少年早慧带来的弱点徘徊而去，错失发现电磁理论的良机，使其与电磁理论的发现者这一称号无缘。不过，这并不影响开尔文在电磁理论发展中起的作用。这种作用就是，开尔文在这一领域作了开拓性的研究，为后来麦克斯韦、赫兹在这方面的工作奠定了基础。
第一章 几何光学基本定律与成像概念习题
一：选择题（可以有多选） 1、下面关于几何光学的几本定律陈述正确的是（BCD ） A、光是沿直线传播方向传播的，“小孔成像”即是运用这一定律的很好例子。 B、不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此不影响各光束独立传播。 C、在反射定律中，反射光线和入射光线位于法线两侧，且反射角与入射角绝对值相等。D：光的全反射中，光线是从光密介质向光疏介质入射。 2、下列关于单个折射面成像，说法错误的是（D ） A、垂轴放大率仅取决于共轴面的位置。 B、折射球面的轴向放大率恒为正。 C、角放大率表示折射球面将光束变宽或是变细的能力。 D、α、γ、β三者之间的关系为γβ=α。 3、一个物体经单个折射球面成像时，其垂轴放大率β>1，且已知n
对于光本质的认识的争论
对于光本质的认识的争论 人们对于光本质的认识，源于一个古老的问题“光究竟是什么？”。历史上很多学者对这一问题进行过探索，十七世纪以来，随着伽利略近代物理学研究方法的确立，有关光学研究的各种实验开始涌现，过去零零散散的光学理论得以相互整合，于是对于光本质的认识成为光学理论发展过程中需要首先解决的问题。 17世纪以来关于光的本质的认识的大争论，总共包括了四次波动学说与微粒学说的交锋，其中包括以牛顿为代表的微粒说与以惠更斯为代表的波动说的交锋。牛顿不仅擅长数学计算，而且能够动手制造各种设备和从事精细实验-色散实验，1672年，牛顿发表了《关于光和颜色的理论》提出了光的微粒说，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径，认为光的复合和分解是不同颜色微粒混合在一起有被分开一样。而惠更斯是著名的天文学家，物理学家和数学家，继承并完善了胡克的观点，对光的本性问题与牛顿的分歧激发了他对物理光学的热情，重复牛顿的光学实验，仔细研究了牛顿的实验和格里马第的实验，认为其中有很多现象都是微粒说所无法解释的，并认为：光是一种机械波；光是靠一种物质载体来传播的纵波，传播它的物质的载体是“以太”；波面上的各点本身就是引起媒质振动的波源。1678年，惠更斯在法国科学院的一次演讲中，公开反对了牛顿的光的微粒说，他指出，如果光是微粒性的，那么光在交叉时就会因发生碰撞而改变方向，但当时并没有发生这种现象；而且用微粒说解释折射现象，得到的结果与实验相矛盾。此后于1690年出版《光论》，正式提出了波动说，建立了惠更斯原理。而牛顿反对惠更斯的理由是：如果光是一种波，它应该同声波一样可以绕过障碍物，不会产生影子；冰洲石的双折射现象说明光在不同的边上有不同的性质，而波动说无法解释其原因。 牛顿和惠更斯关于光的本质的认识之所以会各持己见，从自然辩证法的角度出发，主要表现在以下几个方面： 首先，科学知识的构成不同。科学认识过程的成果是科学事实，科学定律，科学假说以及由逻辑推理和实验检验而建立起来的科学理论。科学事实是科学认识的主体关于客观存在的，个别的事物（事件、现象、过程、关系等）的真实描述或判断，科学事实是科学认识的最初成果，属于认识论的范畴，其内容是客观的，形式是主观的，是主观和客观的统一。科学定律是反映自然界事物，现象之间的必然关系的科学命题。科学假说是根据已有的科学知识和新的科学事实，对所研究的问题作出的猜测性说明和尝试性的解答，科学假说是科学思维走到一定程度的一种形式，基本要素包括：事实基础，背景理论，对现象规律的猜测，推导出的预言和预见。牛顿从光的色散实验出发，认为光是不同颜色微粒的混合与分开，而惠更斯从光的折射现象出发，认为光具有波动性，二人看待问题的角度不同，分析问题的起点也不同，牛顿和惠更斯提出的科学事实具有客观性，是无法否认的，根据科学事实提出的科学假说经受了许多实验的检验，二者各有其理论成立的缘由，因此在一定程度，在不同时期内均可以得到同行不同程度的认可，于是导致牛顿和惠更斯对各自的理论各持一端。 其次，从辩证法的对立统一观点来看，牛顿和惠更斯都没有看到微粒说与波动说的统一性，没有利用辩证法的方法论研究光的本质问题。任何事物都是对立和统一的结合体，对立和统一是矛盾双方所固有的两种属性，对立性表现为对立面之间具有相互排斥，相互否定的性质，统一性表现为对立面之间具有相互依存、相互渗透、相互贯通的性质。矛盾的统一性和对立性是相互联结的。统一是对立
光的本性浅析
学号：2009****** 本科学年论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级2009级 姓名*** 论文题目光的本性浅析 指导教师张东玲职称讲师 成绩 2011 年 06 月02日
目录 摘要 (1) 关键字 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1 光的波动说和微粒说 (1) 1.1微粒说 (2) 1.2波动说 (2) 1.3波动说的复兴 (3) 1.4微粒说与波动说的争论 (4) 2 光的电磁波理论 (4) 3 光子理论 (5) 4 光的波粒二象性的确立 (6) 5量子光学现代光本观 (6) 6对光本性的新讨论 (6) 6. 1光的粒群波的波粒性统一及其物理现象的解释 (6) 6. 2对光的本性的阐述 (7) 7结束语 (7) 参考文献 (8)
光的本性浅析 学生姓名：张新理学号：20095040118 单位：物理电子工程院专业：物理学 指导教师：张东玲职称：讲师 摘要：本文简单介绍了对光本性的探索历程，从牛顿的微粒说到光的波粒二象性，经历了艰难的研究过程，我们对光的认识和探索源于历史的积累，通过不断的探索，对光本性有了更深入和明白的了解，解决了人们的很多疑问，也使光更好的为我们所利用，微观世界的发展注定人们对光的研究也会越来越深入。 关键字：光的本性；波动说；粒子说；波粒二象性；量子力学；粒群波 Briefly talk about the nature of light Abstract:This article simply introduces the exploration of optical nature process .People have gone through difficult research process from the Newton particles said to light wave-particle duality .Our visual recognition and explore come from historical accumulation .Through continuous exploration, we know optical nature better, and we solve many problems about it, also we make full use of light .With the development of the micro world, our study about light will also become more and more widely. Key words:light nature; fluctuation said; particle said; wave-particle duality; quantum optics; particle swarm wave 引言 光学既是物理学中最古老的一门学科，又是当前科学领域中的最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力，很久以来，人们对光就进行了各种各样的研究。光到底是什么东西呢？这个问题困扰了许多有智之士。对光本性的研究在历史上经历了一个漫长而曲折的过程。 1 光的波动说和微粒说 1.1微粒说 17世纪英国著名的科学家牛顿，关于光的本性，他是这样认为的：光是发
第十八章--光的本性
十八、光的本性 双基训练 ★1.关于对光的本性的认识,下列说法中正确的是( ). (A)牛顿的微粒说与惠更斯的波动说第一次揭示了光具有波粒二象性 (B)牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说没有本质的区别 (C)麦克斯韦从理论上指出电磁波传播速度跟光速相同,他提出光是一种电磁波 (D)麦克斯韦的电磁说与爱因斯坦的光子说说明光具有波粒二象性 答案:CD ★★2.如图所示是一舣缝干涉实验装置的示意图,其中S为单 缝,S1、S2为双缝,P为光屏.实验时用白光从左边照射单缝S, 可在光屏P上观察到彩色的下涉条纹.现在S1、S2的左边分别 加上红色和蓝色滤光片,则在光屏P上可观察到( ). (A)红光和蓝光两套干涉条纹 (B)红、蓝相间的条纹 (C)两种色光相叠加,但不出现干涉条纹 (D)屏的上部为红光,下部为蓝光,不发生叠加 答案:C ★★★3.下列现象与产生原因分两列排列,请你用铅笔连线把它们对应起来【4】 太阳光通过茂密大树的树叶间隙射到地上,形成明亮的光斑光的直线传播 通过尼龙伞看太阳,观察到彩色的花边 雨后形成的彩虹光的折射 晴天汽车开过积水的地面后,留下一些油使水面出现彩色薄膜 细铁丝圈中的肥皂膜在太阳光照射下形成彩色水平条纹光的干涉 凸透镜把太阳光会聚成边缘带彩色的光斑 照相机镜头在太阳光下看上去呈淡紫色光的衍射 著名的泊松亮斑 通过分光镜内的三棱镜观察光源的光谱光的全反射 “光导纤维”使光沿纤维内传播 医院手术室使用无影灯的原理 答案: 太阳光通过茂密大树的树叶间隙射到地上,形成明亮的光斑光的直线传播通过尼龙伞看太阳,观察到彩色的花边 雨后形成的彩虹光的折射 晴天汽车开过积水的地面后,留下一些油使水面出现彩色薄膜 细铁丝圈中的肥皂膜在太阳光照射下形成彩色水平条纹光的干涉 凸透镜把太阳光会聚成边缘带彩色的光斑 照相机镜头在太阳光下看上去呈淡紫色光的衍射 著名的泊松亮斑 通过分光镜内的三棱镜观察光源的光谱光的全反射 “光导纤维”使光沿纤维内传播 医院手术室使用无影灯的原理
对光本质认识不断深入的启示
第21卷 第5期 运城学院学报V ol.21 No.5 2003年10月 Journal of Yuncheng University Oct.2003 对光本质认识不断深入的启示 高润梅① (太原市教育学院物理系,山西太原030001) 摘 要:回顾光学发展的历程,不同时代对光本质的认识都有它的时代局限性。从几何光学时代、波动展示光本质的不断深入的认识过程,从中获得有益的启示:敢于争论、善于挑战、勇于创新。 关键词:光本质;挑战;创新 中图分类号:O431 文献标识码:A 文章编号:1008-8008(2003)05-0021-02 人类认识自然的历史经历了由简单到复杂,由低级到高级,由部分到全面的过程。人们对光的认识过程同样如此。从有人类文明到今天,人们对光不断观察、研究,由现象到本质。光的本质越来越清楚。其认识过程经历了以下几个时代。而今,光学作为一门既古老又现代的学科,已经渗透到科学技术的方方面面。回顾光学的发展史、对光本质的不断再认识,对今天的科学发展和科学教育会产生一些有益的启示。 1. 不同时代对光本质的认识 1.1 前几何光学时代 光学是一门古老的学科,早在我国春秋战国时期,《墨经》就记载了光影的形成和针孔成象、光的镜面反射等现象。在希腊欧几里德所著的《光学》中,提出了光的反射定律。从此开始了漫长的两千多年的光学萌芽时期,在这个阶段,人们逐渐认识到光的直线传播、反射和折射等现象,了解到光线来自于物体,光以球面形式从光源发出,发明了凸透镜,了解了凹面镜、凸面镜、凸透镜的成像规律,并发明了眼镜、幻灯、透镜和暗箱等光学元件。这个阶段人们主要是通过直接观察和生活经验对光现象进行记录和应用。 1.2 几何光学时代 这个时期大约是从16世纪到18世纪近300年,在这个时期人们建立了光的反射定律和折射定律发明了光学仪器,如望远镜、显微镜,费马在1657年发现了费马原理,即光在介质中传播时所走的光程取极值的原理。笛卡儿在1630年给出了折射定律的正弦定律,这一时期关于光的本性的认识是以光的直线传播为基础的,但从17世纪开始,发现了与光的直线传播不符合的事实,如点光源下,直杆的影子要比假设光沿直线传播所应具有的宽度稍大一点,这就是后来认识到的衍射问题。17世纪下半叶,牛顿和惠更斯分别对光的本质做了进一步的研究,牛顿对白光做了色散实验,认识到白光是由各色光复合而成的并发现了牛顿环,由此牛顿根据光的直线传播性质,提出了光的微粒说的理论,他认为光是由微粒说组成,从光源飞出,在均匀介质中做匀速直线运动,此观点成功地解释了光的反射和折射现象,但在解释牛顿环时,却遇到了困难。同时在解释衍射问题时,也遇到了不可克服的困难。 惠更斯反对这种理论,他认为光的传播与声的传播有某种相似性,光是在“以太”中传播的波,“以太”是一种想象的弹性介质,充满整个宇宙空间。光在“以太”中以次波原理进行传播,惠更斯原理不仅成功解释了反射和折射现象,还解释了双折射现象。但惠更斯没有对波动过程的特性给以足够的说明,他没有给出光波传播的波长和周期的概念,没有考虑次波的相位叠加,因此他没有摆脱几何光学的观念,不能由此说明光的波动本性。 这一时期,由于历史的原因,以牛动为代表的微粒说占统治地位,但由于相继发现了干涉、衍射和偏振等光的波动现象,以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了,因而这个时期是从几何光学向波动光学过渡的时期,是人们对光的认识逐步深入的时期。 1.3 波动光学时代 ? 1 2 ? ①收稿日期:2003-08-25 作者简介:高润梅(1966-),女,山西繁峙人,太原市教育学院物理系教师。
第01章 几何光学的基本概念和基本定律
2.解：由v c n =得： 光在水中的传播速度:)/(25.2333 .1)/(1038s m s m n c v =?==水水 光在玻璃中的传播速度:)/(818.165 .1)/(1038s m s m n c v =?==玻璃玻璃 3.一高度为1.7米的人立于离高度为5米的路灯(设为点光源)1.5米处，求其影子长度。 解：根据光的直线传播。设其影子长度为x ,则有 x x +=5.157.1可得x =0.773米 4.一针孔照相机对一物体于屏上形成一60毫米高的像。若将屏拉远50毫米，则像的高度为70毫米。试求针孔到屏间的原始距离。 解：根据光的直线传播,设针孔到屏间的原始距离为x ，则有 x x 605070=+可得x =300（毫米） 5. 有一光线以60°的入射角入射于的磨光玻璃球的任一点上， 其折射光线继续传播到球表面的另一点上，试求在该点反射和折射的光线间的夹角。 解：根据光的反射定律得反射角''I =60°，而有折射定律I n I n sin sin ' '=可得到折射角'I =30°，有几何关系可得该店反射和折射的光线间的夹角为90°。 6、若水面下200mm 处有一发光点，我们在水面上能看到被该发光点照亮的范围(圆直径)有多大？ 解：已知水的折射率为 1.333,。由全反射的知识知光从水中到空气中传播时临界角为： n n m I 'sin ==333 .11=0.75，可得m I =48.59°，m I tan =1.13389，由几何关系可得被该发光点照亮的范围(圆直径)是2*200*1.13389=453.6(mm)
7、入射到折射率为 的等直角棱镜的一束会聚光束(见图1-3)， 若要求在斜面上 发生全反射，试求光束的最大孔径角 解：当会聚光入射到直角棱镜上时，对孔径角有一定的限制，超过这个限制，就不会 发生全反射了。 由n I m 1sin =，得临界角 26.41=m I 得从直角边出射时，入射角 74.34590180=---=m I i 由折射定律 n U i 1sin sin =，得 5.68U =即 11.362U =
光的本性
一、光的波动性 1.光的干涉：两列光波在空中相遇时发生叠加,在某些区域总加强,某些区域减弱,相 间的条纹或者彩色条纹的现象. (1) 光的干涉的条件：是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。 (2) 形成相干波源的方法有两种： ①利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。 ②设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。 (3) 杨氏双缝实验： 亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……） 暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=)12(2 -n λ（n=0，1，2，……） 相邻亮纹（暗纹）间的距离λλ∝=?d l x 。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 (4) 薄膜干涉： 应用： ① 使被检测平面和标准样板间形成空气薄层,用单色光照射,入射光在空气薄层上下表面反射出两列光波,在空间叠加。干涉条纹均匀：表面光滑；不均 匀：被检测平面不光滑。
② 增透膜：镜片表面涂上的透明薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 4 1，在薄膜的两个表面上反射的光，其光程差恰好等于半个波长，相互抵消，达 到减少反射光增大透射光强度的作用。 ③ 其他现象：阳光下肥皂泡所呈现的颜色。 例1. 用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx 。下列说法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大 B.如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大 C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx 将增大 D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx 将增大 解：公式λd l x =?中l 表示双缝到屏的距离，d 表示双缝之间的距离。因此Δx 与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C 。 例2. 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n =1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz ，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？ 解：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是λ=c/ν=3.7×10-7m ，在膜中的波长是λ/=λ/n =2.47×10-7m ，因此膜的厚度至少是1.2×10-7m 。 2.光的衍射： 注意关于衍射的表述一定要准确。（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射） ⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 ⑵发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。 (3)衍射现象：明暗相间的条纹或彩色条纹。 （与干涉条纹相比，中央亮条纹宽两边窄，是不均匀的。若为白光，存在一条白色中央亮条纹） 例3. 平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有 A.在衍射图样的中心都是亮斑 B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽
第十二单元电磁波光的本性-物理批注版
第十二单元电磁波光的本性 一、概述 本单元基础型课程的内容由电磁场、电磁波及其应用等组成；拓展型课程的内容由光的干涉衍射现象、光的电磁说、光电效应、光子说等组成。电磁场、电磁波的提出都是建立在电场、磁场、电磁感应理论发展的基础上；电磁场的提出、光的本性的研究都是现代物理发展的重要内容，并对现代生活影响巨大，本单元是从宏观世界走入微观领域的重要基础。 在本单元学习中，要了解电磁波在生活、技术中的广泛应用，感受科学、技术与社会的相互关系。要了解电磁波在现代科技中的实际应用，激发学习兴趣；了解技术更新和电磁污染所引起的负面影响，增强节约意识和环保意识。要经历光本性的认识过程，感受科学家的提出理论、实验探究、提出新的理论、实验进一步探究等研究方式，认识到物理学是建立在实验基础上的一门科学，同时也可以感悟到人类对事物的认识是不断深入、循序渐进的。 本单元基础型课程需4课时，拓展型课程需8课时。 二、学习内容与要求 （一）内容与水平
（二）导图 （三）要求 12.1.1 知道电磁场。①知道电磁场的概念；②知道麦克斯韦电磁场理论的基本思想。 12.1.2 知道电磁波及其应用。①知道电磁波的概念；②知道电磁波谱；③知道电磁波的特点；④通过阅读、收集资料，知道电磁波在生活中的应用。 12.1.3 知道法拉第和麦克斯韦的科学贡献。①通过搜集、整理资料，知道法拉第和麦克斯韦等科学家的生平事迹以及对电磁学的贡献；②知道法拉第发现电磁感应现象和麦克斯韦建立电磁场理论在物理学发展史上的意义；③知道电磁场理论的建立对社会发展产生的巨大影响。 12.2.1 理解光的干涉和衍射。①知道光的干涉现象；②知道干涉条纹的特点；③知道产生干涉现象的条件；④知道杨氏双缝干涉实验的实验装置、实验现象及实验结论；⑤会用波的叠加原理简单解释光的干涉现象。⑥知道薄膜干涉现象；⑦理解薄膜干涉现象产生的原因。⑧知道光的衍射现象；⑨知道衍射条纹的特点；⑩知道产生衍射现象的条件；?知道光的衍射现象的实验装置、实验现象及实验结论；?理解光的干涉与衍射现象证明了光是一种波；?理解光的波长、频率和波速之间的关系。 12.2.2 学会“观察光的干涉现象和衍射现象”的实验。①知道实验器材和步骤；②会自制双缝屏和狭缝屏；③能参照实验步骤独立完成相关操作；④会描述观察到的实验现象并记录观察结果；⑤通过比较归纳得出实验结论。 12.2.3 知道光的电磁波说。①知道光的电磁波说的基本观点；②知道从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波；③知道电磁波的共同特点；④知道麦克斯韦及其他科学家推动光的电磁波理论发展的相关历史史实。 12.2.4 知道光电效应，知道光子说。①知道光电效应现象；②知道光电子、极限频率、极限波长的概念；③知道发生光电效应的条件；④知道光电效应现象与光的波动理论相矛盾之处。⑤知道光子说的内容；⑥知道光子说对光电效应现象的解释；⑦知道光电效应在技术上的应用。 12.2.5 知道对光本性的认识过程。①知道光的波动说和微粒说的历史发展过程；②知道不同理论对光的各种现象的解释与不足之处。 12.2.6 知道光的波粒二象性。①知道光的本性；②知道粒子性和波动性既是光的性质的两个不同方面，却又有统一的微观原理。 电磁场 光 电磁波 电磁波的特性 电磁波的 应用 法拉第和麦 克斯韦的科 学贡献 光的波粒二象 性 波动性 麦克 斯韦 提出光是 一种 电磁光的干涉 光的衍射 杨氏双 缝 薄膜干 涉 泊松亮斑 爱因斯坦 提 光电效应 粒子 性说
第一章几何光学的基本原理试题库
一、 选择题 思考题作业3：选择：光由光疏介质进 ）波长变长 （D ）频率变大 思考题作业4：选择：光学系统的虚物定入光密介质时，有 （A ）光速变大 （B ）波长变短 （C 义为 （A ）发散的入射同心光束的顶点 （B ）会聚的入射同心光束的顶点 （C ）发散的出射同心光束的顶点 （D ）会聚的出射同心光束的顶点。 二、 作图题： 1．MN 为薄透镜的主轴, AB 和BC 是一对共扼光线.用作图的方法找出透镜的两个主焦点F 、F '的 位置，图示出透镜的性质。 三、 计算题： 1、某玻璃棱镜的折射棱角A 为45o，对某一波长的光，其折射率n=1.6，请计算：（1）此时的最小偏向角；（2）此时的入射角；（3）使光线从A 角两侧透过棱镜的最小入射角。 解：（1）∵2 sin 2 sin α δαm n += , ∴m δ=2arcsin αα-)2sin (n =2arcsin 45)2 45sin 6.1(-?= 4576.372-?=30.5o （2）)(21min 1αδ+=i =)455.30(2 1 +=37.75o (3) 1 1sin sin i i n '==22 sin sin i i ' ∴2sin i =n i 2sin '=6 .190sin =6.11,6.11 arcsin 2=i =38.68o=38o41′ 而21 i i -='α=45o-38o41′=6o19′ )sin arcsin(11i n i '==)916sin 6.1arcsin('? ≈10.3o 2、光从水中射入到不与空气的界面，取水的折射率1n =4/3，空气的折射率2n =1，求此时的临界角。 解：c i =arcsin 1 2n n =arcsin 3/41=arcsin 43 ≈49o （光从玻璃棱镜与空气的界面上，玻璃棱镜的折射率为 1n =1.5，空气的折射率2 n =1，则 c i =arcsin 1 2n n =arcsin 13/2=arcsin 2 3≈42o） 3、水面下20cm 处有一点光源，试求出能折射出水面的光束的最大圆半径。 解：由题意可知，当水面下点光源S 射向水面的光线入射角i ≥c i 时，光线不能折射出水面，否则就可以折射出水面。 则折射出水面的光束最大圆半径为AB=AS ×tg c i n 空
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