高中物理强基计划特训-第11部分-光学

高中物理强基计划-第11部分-光学 前面的课程中我们研究的主要是力学、电磁学现象。光学现象也是自然界中的常见现象。没有光， 人类无法观察世界，甚至无法生活。人们很早就对光学现象进行了研究，并会利用简单的光学原理。 例如：《墨经》中就记载了世界上第一个小孔成像实验，并认识到光是沿直线传播的；汉代初期，人们 就利用平面镜的反射原理制成了潜望镜；晋代的《博物志》中记载了利用冰透镜取火的方法。但是， 对光学原理和光的本质的系统研究还是近几百年的事情。在这个模块中，我们将对光学原理进行初步 的讨论。 1、光的反射、折射 阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到太阳的倒影，这 说明什么呢?光从空气射到水面时， 一部分进入水中，另一部分光返回空气中。 一般来说，光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时， 一部分光会返回到 第1种介质，这个现象叫做光的反射；另一部分会进入第2种介质，这个现象叫 做光的折射。我们在初中已经学习过光沿直线传播和反射定律，下面我们先进行 一下复习。 1. 光沿直线传播及光的反射定律 (1)光在同一种均匀介质中沿直线传播。光在真空中的传播速度最大，约为c=3×10'm/s。 (2)光从一种介质射到两种介质的分界面时会发生反射，反射光线与入射光线、法线处在同一平面 内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。这就是光的反射定律。 说明：如果介质分界面是曲面，则法线为过入射点的切面的垂线。对于球形(圆形)分界面 法线为过球心(圆心)与入射点的直线。 294 学科网（北京）股份有限公司 2. 折射率 荷兰数学家斯涅耳通过大量的实验数据分析发现，在光的折射现象中，入射角的正弦与折射角的正 弦之比是一个常数，这个常数仅由两种介质的性质决定。在实际应用中，我们遇到最多的情况是光 从空气射入某种介质，或从某种介质射入空气。而空气对光的传播影响很小，可以作为真空处理。 (1)折射率的定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角G 的正弦跟折射角θ的正弦之比，叫做这种介质的 绝对折射率，简称折射率，用符号n 表示。即 (2)折射率与光速的关系 研究表明，光在不同介质中的速度不同；某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c 与 光在这种介质中的传播速度v 之比，即0 几种介质的折射率 介质 金刚石 玻璃 酒精 水 空气 折射率 2.42 1.5-1.8 1.36 1.33 1.00028 3. 光的折射定律 (1)折射光线与入射光线、法线处在同一平面内 (2)折射光线与入射光线分别位于法线的两侧 (3)入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。光从折射率为n₁ 的介质射入到折射率为n₂ 的介质中，入 射角Q 与折射角8满足： , 即nsinθ= 常 数 。 ******************************************* ******************************************** 例题说明：下面的题目考察平面镜成像 *************************************************************************************** 【例1】 人在平面镜前看到站在自己身边的朋友在镜中的像时，虽然上下不颠倒，左右却互换了，今 将两块相互平行的平面反射镜如图放置，观察者A 在图示右侧位置可看到站在图示左侧位置 的朋友B, 则 A 看到的像必定是 A. 上下不颠倒，左右不互换 B. 上下不颠倒，左右互换 C. 上下颠倒，左右不互换 D. 上下颠倒，左右互换 【答案】 A 295 学科网（北京）股份有限公司 【例2】 如图所示，两平面镜间夹角α=15°, OA=10cm,A 点发出的垂直于L₂ 的光线射向L 后在两 镜间反复反射，直到光线平行于某一镜面射出，则从 A 点开始到最后一次反射点，光线所走 的路程是多少。 【解析】如图所示，设光线经L 第一次反射的反射光线为BC, 根据平面反射的对称性， BC'=BC, 且∠BOC'=α。同理，光线BC 经L₂ 第一次反射的反射光线为CD,CD=C'D', 且∠C'OD'=α。 上述A 、B 、C' 、D '均在同一直线上，因此光线在L 、L₂ 之间的反复反射就跟光线沿 ABC' 直线传播等效。 设N ′是光线第n次反射的入射点，且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： na<90°≤(n+1)a; 解得： n=5: 总路程AN′=OAtan5α≈10×3.73=37.3cm 【答案】37.3cm 【例3】 两块平面反射