第二章 光现象
一、光的直线传播
l.光源的特点
光源指自身能发光的物体，太阳、发光的电灯、点燃的蜡烛都是光源，有些物体本身不发光,但由于它们能反射太阳光或其它光源射出的光，好像它们也在发光一样，不要被误认为是光源，如月亮和所有行星，它们并不是物理学所指的光源。
2.光的传播规律：光在同一均匀透明介质中沿直线传播。
例子：种树、排队、挖掘隧道、打枪、影子、手影、日食、月食 、小孔成像
3.光的传播速度
光速与介质有关，光在不同介质中的传播速度不同，光在真空中的传播速度最 大,真空或空 气中的光速取为c=3×10 m/s。光在水中的速度约为真空中的3/4；光在玻璃中的速度约为真空 中的2/3。
4．光年（距离单位）： 光在1年内传播的距离。
5.光线：用一条带有箭头的直线表示光的传播径迹和方向，这样的直线叫光线。光线并不是真实存在的，而是为了研究方便，假想的理想模型。
二、光的反射
1.光的反射及反射定律
反射：是指光从一种介质射到另一种介质表面时，有部分光返回原介质中传播的现象。光的反射所遵循的规律称为光的反射定律。
反射定律：①反射光线和入射光线、法线在同一平面上；
②反射光线和入射光线分居法线两侧；
③反射角等于入射角。
入射点：入射光线与镜面的交点。
法线：从光的入射点O所作的垂直于镜面的线ON叫做法线。
入射角：入射光线与法线的夹角叫做入射角，用符号i表示。
反射角：反射光线与法线的夹角叫做反射角，用符号r表示。
注意：①对应于一条入射光线，只有一条反射光线；
②反射光线的位置是随入射光线的改变而改变的，即入射光线是“因”，反射光线是“果”，所以叙述反射定律时不能说成“入射角等于反射角”。
2.反射现象中光路是可逆的
光线沿原来的反射光线的方向射到界面上，这时的反射光线定会沿原来的入射 光线的方向射出去。
3.反射类型：①漫反射：反射面凸凹不平，使得平行光线入射后反射光线不再平行
而是射向各个方向。
②镜面反射：反射面很光滑，使得入射的平行光线反射后光线仍然平行镜面反射和漫反射的相同点与不同点：
镜面反射和漫反射都是反射现象，每一条光线反射时，都遵守光的反射定律。
③它们的不同点:是镜面反射的反射面是表面光滑的平面，平行光束反射后仍为平行光束；而漫反射的反射面是粗糙不平的，平行光束反射后射向各个方向，利用镜面反射可以改变光路，例如用平面镜反射日光照亮地道；利用漫反射可以从不同方向看到本身不发光的物体，例如用粗糙的白布做幕布放映电影。
④例子：日常见到的绝大部分反射面都会发生漫反射，由于漫反射才能够使我们从不同方向看到物体，教室里的黑板用毛玻璃、电影幕布用粗布，都是为了使各个方向的人都能看到。而黑板用久了，会出现“反光”现象，就是因为发生了镜面反射，使有些方向没有反射光线，从而看不见了。
⑤光的反射现象例子：水中的倒影、平面镜成像、潜望镜、凸面镜、凹面镜、能看见不发光的物体。
三、平面镜
1．平面镜成像的特点：
①像和物体到镜面的距离相等。②像与物体的大小相等。
③平面镜成正立、等大的虚像．④像和物的连线与镜面垂直。
2．平面镜中像的形成
平面镜所成像是物体发出（或反射出）的光线入射到镜面，发生反射，由反射光的延长线在镜后相交而形成的。如图2所示，光源S在平面镜后的像并不是实际光线会聚而成的，是由反射光线的反向延长线会聚而成，这样的像就叫虚像。如果用光屏放在平面镜后的S'处，是接收不到这个像的。
3.平面镜的应用
①成像；
②改变光路（光的传播方向），如潜望镜就是利用两块互相平行的平面镜可以从水下观察水面上的船只。
4.虚像：非实际光线而是光线的反向沿长线会聚而成的像。
实像：实际光线会聚而成的像叫实像。
在光学中涉及到的像可分成实像和虚像。它们的共同点是都能被人眼观察到，即都有光线射入人眼。它们的不同点是：实像可以成在光屏上，如小孔成像，照像机成像、幻灯机成像均是实像；而平面镜成像，放大镜成像均是虚像。实像是光线的实际会聚而成，而虚像则是由发散的反射光线或折射光线的反向延长线会聚，形成虚像。
5.会用垂直等距和光路图两种方法找物体的像。最关键是光路图法。
6.画图中的实线和虚线：(1)实际光线用实线画，加箭头表示光线的行进方向。(2)反向延长线不是实际光线，所以用虚线画，不加箭头。(3)实像用实线画，虚像用虚线画，都要加箭头表示像的正倒。(4)法线等辅助线要用虚线画。
四、光的折射
1.光的折射：光从一种介质射入另一种介质时，传播方向一般会改变这现象。
2.折射角：折射光线与法线之间的夹角。
3.折射定律：①1折射光线、入射光线和法线在同一平面上；
②折射光线和入射光线分居在法线两侧；
注意：折射角随着入射角的增大而增大，随着入射角的减小而减小。在折射中光路也是可逆的。
4、光的折射：
在这个定义中，我们要注意以下几点：
①光能射入某种介质，则这种介质一定是透明的。否则光只会被反射。
②在两种介质的交界面上，光一定会发生反射，若介质透明，则还能发生折射。③光的传播方向一般会发生变化，但特殊情况下，光垂直入射时，传播方向将不变化，也就是说，折射不一定都“折”。
5.光的折射规律：
①光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线偏折。入射角大于折射角；
②光从其他介质斜射入空气中时，折射光线远离法线偏折，折射角大于入射角。
③光垂直界面射入时，传播方向不改变 。
④光的折射现象例子：海市蜃楼 、筷子向上折断了、池水变“浅”了、放大镜、望远镜、显微镜、照相机、投影仪、近视眼镜、老花镜、斜插在水中的筷子在水中部分看起来向上弯；看见落到地平线下的太阳；叉鱼的时候瞄准鱼的下方.
6．若光是由较密的介质射入较疏的介质时呢？根据光路可逆的可逆性。作图如6—3
①由疏到密 ②由密到疏 ③光路可逆
图6—3
在实际的运用中，入射角和折射角究竟谁大，是非常容易出错的问题。可以不去记它，而记为“疏大密小”，即指在较疏的介质中，光线与法线的夹角较大，而在较密的介质中，光线与法线的夹角较小。
五、光的色散
1. 光的色散：白光经三棱镜折射后，在白屏上出现从上到下红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫依次排列的彩色光带，这种现象叫做光的色散。三棱镜的色散实验使白光成了红橙黄绿蓝靛紫。该实验证明了：白光不是单一色光，而是由许多色光混合而成的
2. 色光的混合
色光的三原色：红、绿、蓝。等比例混合后为白色。
3.物体的颜色
①颜料的三原色：品红、黄、青（红、黄、蓝），等比例混合后为黑色。
②透明物体的颜色是由它透过的色光决定的。
③不透明体的颜色是由它反射的色光决定的。
④白色的不透明体反射各种色光。黑色的不透明体吸收各种色光。
4. 透明物体的颜色由它透过的光决定。不透明物的颜色由它所反射的光决定.
六、看不见的光
1．光谱
太阳光通过棱镜时分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫几种不同颜色的光，这七种颜色按这个顺序排列起来就是光谱。
2、红外线
①一切物体都在不停地辐射红外线，温度越高，辐射的红外线越多。物体辐射红外线的同时，也在吸收红外线。
②红外线的主要特性——热作用强。
③应用：可用来加热物品。取暖、摇控、探测、夜视，还可用于红外线遥感、红外线论断疾病
3．紫外线
⑴炽热物体发出的光中都有紫外线。
⑵紫外线主要特点：使荧光物质发光.
⑶应用：灭菌、验钞等，适量照射紫外线有利于身体健康，有助于人体合成维生素D，促进人体对钙的吸收。紫外线另外还具有莹光效应、生理作用（杀菌）。
注意：
①过量照射紫外线有害于身体健康，要进行防护。
②太阳是天然紫外线的重要来源。
③臭氧能吸收紫外线。
第三章 凸透镜成像规律
1、 凸透镜：中间厚边缘薄的透镜是凸透镜。
凸透镜的作用：对光线会聚 所以也叫会聚透镜。
凸透镜的焦点：平行光线经凸透镜折射后，折射光线就会聚在主光轴上的一点。
这一点就是凸透镜的焦点。焦点到光心的距离叫焦距.
平行光经凸透镜折射后会聚焦点（如图一），反过来从焦点发出的光经凸透镜折射后平于主光轴（如图二）
图一 图二
2、 凹透镜：中间薄边缘厚的透镜是凹透镜。
凹透镜的作用：对光线发散。
凹透镜的焦点：平行光经凹透镜折射后折射光的反向延长线过虚焦点（如图三）。则入射光的延长线过虚焦点的，折射后一定是平行主光轴的光线（如图四）
图三 图四
4、 照相机的原理： u>2f 倒立 缩小 实像
物体到凸透镜的距离大于2倍焦距时，能成倒立缩小的实像。14 照相机的结构： a.胶片：感光显影后变为照相底片。
b.调焦环：调节镜头到胶片的距离(但上面数字表示景到镜头的距离)
c.光圈：控制镜头的进光量。 d. 快门：控制曝光时间。
5、幻灯机的原理： f<u<2f 倒立 放大 实像
物体到凸透镜的距离在焦距和2倍焦距之间时，成放大倒立的实像投影器与幻灯机的区别：投影器用两块大塑料螺纹透镜作聚光镜，并用一块平面镜把像反射到屏幕上。
6、放大镜的原理： u<f 正立 放大 虚像
物体到凸透镜的距离小于焦距时，成放大正立的虚像。
7、 实像是实际光线会聚成的可以形成在光屏上，虚像不是光线形成的，不能形成在光屏上。
8 、显微镜由两组凸透镜组成，物镜和目镜。它的放大倍数比放大镜大许多。
物镜相当于幻灯机成倒立、放大的实像；目镜相当于一个放大镜成正立、放大的虚像
9、显微镜由两组凸透镜组成，物镜和目镜。
物镜相当于照相机成倒立、缩小的实像；目镜相当于一个放大镜成正立、放大的虚像
10、人眼看东西时，眼球好像一个照相机，成的是倒立、缩小的实像。晶状体和角膜的共同作用相当于凸透镜。
11、近视：成像在视网膜前（如图五所示），所以要加凹透镜进行纠正（如图六）
图五 图六
12、近视：在光线还没有会聚成一点就到达视网膜了（如图七所示），所以要加凸透镜进行纠正（如图八）
图七 图八
光学补充知识点
光的直线传播：条件（同一种均匀介质）、光速、光的直线传播现象（影子、日食等）
光的反射
条件（光从一种介质斜射入另一种介质）、折射规律及光路图、光路可逆
光的折射
透镜
凸透镜成像的应用:
照相机：原理；成倒立、缩小的实像，u>2f
幻灯机：原理、成倒立、放大的实像，f<u<2f
放大镜：原理、成放大、正立的虚像，u<f
2、与光的反射、折射现象相联系的光学器件及应用：
3、关于实像与虚像的区别：
物点发出的光线经反射或折射后能够会聚到一点，这一点就是物点的实像。实像是实际光线会聚而成，不仅可以用眼睛直接观察，也可以在屏幕上显映出来。
如果物点发出的光线经反射或折射后发散，发散光线的反向延长相交于一点，看起来光线好像从这一点发出，而实际上不存在这样一个发光点，这点就是物点的虚像。虚像只能用眼睛观察，不能用屏幕显映。
跟物体相比较，实像是倒立的，虚像是正立的。
4、凸透镜成像的规律及应用：
u——物距、v¬ ¬——像距、f¬ ——焦距。
物体位置 像的位置 像的大小 像的性质 应用举例
像、物异侧
缩小 倒立实像 照像机
像、物异侧
放大 倒立实像 幻灯机
投影仪
像、物同侧 放大 正立虚像 放大镜
5、凸透镜成像的作图：
6、凸透镜成像的动态情景：
①当物体从二倍焦距以外的地方逐渐向凸透镜移近过程中，像逐渐变大，像距v也逐渐变大。但是，只要物体未到达二倍焦距点时，像的大小比物体要小；像的位置总在镜的另一侧一倍焦距至二倍焦距之间。
②当物体到达二倍焦距之内逐渐向一倍焦距点移动过程中，像变大，像距v也变大。像的大小总比物体要大，像的位置总在镜的另一侧二倍焦距以外。
③可见，二倍焦距点是凸透镜成缩小实像与放大实像的分界点。即物体在二倍焦距以外时所成实像小于物体；物体在二倍焦距以内时所成实像要大于物体。
④当物体在一倍焦距以内时，只能在与物体同侧的地方得到正立放大的虚像。因此，焦点F是凸透镜成实像与虚像的分界点。
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