高中物理光学讲义
高中物理竞赛讲义 几何光学
专题十五 几何光学【扩展知识】一、光的独立传播规律当光线从不同方向通过透明媒质中一点时互不影响，不改变频率仍按原方向传播的规律。
二、折射率1．相对折射率：光从1媒质进入2媒质。
2．绝对折射率：任何媒质相对于真空的折射率。
三、发生全反射的临界角：n n n c 1arcsin arcsin12== 四、成像公式若u 为物距，v 为像距，而f 为焦距，则有： 放大率：物长像长==u vm （线放大率） 2⎪⎭⎫ ⎝⎛=u v k （面放大率） 说明：（1）上述公式适用范围：面镜，薄透镜。
（2）适用条件：近轴光线；镜的两侧光学媒质相同。
（3）符号规定：“实正、虚负”的原则。
五、球面镜的焦距可以证明，球面镜的焦距f 等于球面半径R 的一半。
且凹透镜的焦距为正值，凸透镜的焦距为负值。
六、光具组成像七、透镜成像的作图法1．利用三条特殊光线2．利用副光轴【典型例题】例题1：（第一届全国物理竞赛题）如图所示，凸透镜L 的主轴与x 轴重合，光心O 就是坐标原点，凸透镜的焦距为10cm 。
有一平面镜M 放在y =-2cm 、x >0的位置，眼睛从平面镜反射的光中看到发光点A的像位于A2处，A2的坐标见图。
（1）求出此发光点A的位置。
（2）写出用作图法确定A的位置的步骤并作图。
例题2：（第六届全国物理竞赛题）在焦距为f的会聚薄透镜L的主光轴上放置一发光圆锥面，如图所示。
圆锥的中心轴线与主光轴重合，锥的顶点位于焦点F，锥高等于2f，锥的母线与其中心轴线的夹角等于α，求圆锥面的像。
例题3：（第九届全国物理竞赛决赛题）在很高的圆柱形容器的上口平放一个焦距为90mm 凸透镜，在透镜下方中轴线上距透镜100mm处平放一个圆面形光源，如图所示。
（1）光源产生一个半径为45mm的实像，求此实像的位置。
（2）若往容器中注水，水面高于光源10mm，求此时像的位置。
（3）继续注水，注满容器但又恰好不碰上透镜，求此时像的大小。
例题4：（第十一届全国物理竞赛题）照相机镜头L前2.28m处的物体被清晰地成像在镜头后面12.0cm处的照相胶片P上，两面平行的玻璃平板插入镜头与胶片之间，与光轴垂直，位置如图所示。
高中物理竞赛讲义教程全集-10.5光学器件-渐变介质
10.5光学器件渐变介质一、放大率1、线放大率m（横向放大率）2、视角放大率M（一般显微镜、望远镜的放大率，默认都是指视角角放大率）视角放大率的定义为：仪器所成的像对人眼所成的张角α′除以物体直接对人眼所成的张角α。
二、几种常见的光学器件1、眼睛由眼睛的调节作用（或称调焦）所能看得清楚的最远和最近两点，分别叫做远点和近点.正常眼睛远点在无穷远处，近点约在10厘米处。
当物体在适当距离处，在视网膜上造成的像最清晰、最舒适且不易疲劳，这个距离称为明视距离，对正常视力的眼睛，明视距离通常为25cm．例1、装在门上的门镜(又称“猫眼”)由一个凹透镜和一个凸透镜组成．有一种门镜的凹透镜焦距为1.Ocm，凸透镜焦距为3.5cm，两透镜之间的距离为2.1cm，如图所示．试根据这些数据说明，人在室外看不清室内的景物，而在室内的人却能清楚地看见室外的人．2、眼镜在配制眼镜的工作中，习惯上不用焦距，像方焦距的倒数再乘以100就化成我们通常所说的度数。
例2、某人的眼睛的近点是10cm，明视范围是80cm(即能够看清的物体距眼睛的范围为10cm~90cm)，当他配上100度的近视镜后明视范围变成多少？【解析】在配置眼镜中，通常把眼睛焦距的倒数称为焦度，用D 表示.当焦距的单位用m 时，所配眼镜的度数等于焦度的100倍.本题中此人所配近视眼镜数是100度，此人眼睛的度数，所以1100100f -=⨯此近视镜的焦距为.1001.00100f m =-=-当此人戴上此眼镜看最近距离的物体时，所成的虚像在他能看清的近点10c m ，由：111f fs s '+='解得物距：11110.1s -+=-119s m=-因为此人的明视远点是:108090cm cm cm+=所以此人戴上眼镜以后在看清最远的物体时，所成的虚像在离他90cm 处，再根据透镜公式可解得他能看清的最远物距是：21110.9s -+=-29s m=所以，他戴上100度的近视镜后，明视范围是0.11m ~9.0m.3、放大镜如图所示，设人眼在E 点观察，则0''('")x L M f x x αα==+若人眼在焦点F 处观察，则上式简化为'L M fαα==4、显微镜显微镜包括一个焦距极短的凸透镜（目镜）和一个焦距较长的凸透镜（物镜）。
第十五章光学(高中物理基本概念归纳整理)完整版4
正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号
n表示。(n12是2相对1的折射率，叫相对折射率) 注意：
①不同的介质，折射率不同。n是一个反映介质的光学性质的
物理量。
②真空的折射率为1，空气的折射率近似为1。
③光在不同介质中的传播速度不同。
一.光的折射
3.折射率的另一种定义：某种介质的折射率，等于光在真空中的传
6.偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着
某个特定的方向振动的光叫作偏振光。
注意： ①在垂直于光的传播方向的平面内，自然 光沿任意方向振动的强度都相同，偏振光 只沿特定的方向振动。 ②自然光通过偏振片后变成了偏振光
七.光的偏振
ii r
n sin i sin r
i r 90
n
sin i cos i
四.全反射 2.全反射：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度， 使折射角达到90˚时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象 叫作全反射，这时的入射角叫作临界角，用C表示。
光由介质射向真空：
n sin 90 1 sin C sin C
sin C 1 n
3.发生全反射的条件： ①光密到光疏，②入射角大于等于临界角
物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
高中物理学习中的光学知识点详解
高中物理学习中的光学知识点详解在高中物理学习中，光学是一个重要的知识领域，它研究的是光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象。
本文将详细介绍高中物理学习中的光学知识点。
光的传播：光是一种电磁波，它在真空中的传播速度是固定的，约为3.00×10^8米/秒。
光的传播遵循直线传播原理，即光线在均匀介质中传播时，沿着直线路径前进。
光的反射：当光线从一种介质射向另一种介质时，根据光的传播规律，光线在界面上发生反射。
光的反射分为镜面反射和diffguide 反射。
镜面反射发生在光线与界面垂直入射时，反射角等于入射角；diffguide 反射发生在光线与界面不垂直入射时，反射角和折射角之间存在一定的关系。
光的折射：当光线从一种介质射向另一种介质时，由于介质密度的变化，光线会发生折射。
根据斯涅耳定律，光线在折射时满足入射角和折射角的正弦比等于两种介质的折射率比。
当光由光疏（折射率较小）到光密（折射率较大）的介质中传播时，折射角大于入射角；反之，当光由光密到光疏的介质中传播时，折射角小于入射角。
光的干涉：光的干涉是指两束或多束光线相遇时，由于光的波动性而产生的干涉现象。
干涉分为构造性干涉和破坏性干涉。
构造性干涉发生在两束相干光相遇时，波峰与波峰、波谷与波谷相重叠，增强了光的强度；破坏性干涉发生在两束相干光相遇时，波峰与波谷相重叠，减弱或抵消了光的强度。
光的衍射：光的衍射是指光线通过一个孔径或绕过一个障碍物时，光线的传播方向发生偏折，并出现干涉现象。
衍射现象广泛存在于光的传播过程中，且衍射的程度与光的波长和衍射孔径的大小有关。
孔径较大、光波长较短时，衍射现象较不明显；孔径较小、光波长较长时，衍射现象较明显。
总结：光学是高中物理学习中的重要知识领域，涵盖了光的传播、反射、折射、干涉、衍射等多个知识点。
通过学习这些光学知识，我们可以更好地理解光的行为和性质，进一步认识到光学在生活和科学研究中的应用价值。
希望通过本文的介绍，读者能对高中物理学习中的光学知识点有更全面和深入的了解。
高中物理光学知识点
高中物理光学知识点一、光的基础知识1. 光的描述- 光波：光作为电磁波的一种，具有波长和频率。
- 光谱：通过棱镜分解白光，显示为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光谱。
2. 光的波长和频率- 波长：连续波上相位相同的相邻两个点之间的最短距离。
- 频率：单位时间内波峰或波谷出现的次数。
3. 光的速度- 在真空中，光速约为 $3 \times 10^8$ 米/秒。
二、光的反射1. 反射定律- 入射角等于反射角。
- 入射光线、反射光线和法线都在同一平面上。
2. 镜面反射和漫反射- 镜面反射：光滑表面上发生的反射，反射光线保持集中。
- 漫反射：粗糙表面上发生的反射，反射光线分散各个方向。
3. 反射镜的应用- 凹面镜和凸面镜：用于聚焦或散焦光线。
- 望远镜和显微镜：利用反射镜观察远距离或微小物体。
三、光的折射1. 折射现象- 当光从一种介质进入另一种介质时，其速度和传播方向会发生变化。
2. 折射定律（Snell定律）- $n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2)$，其中 $n_1$ 和$n_2$ 分别是入射介质和折射介质的折射率。
3. 透镜- 凸透镜：使光线汇聚。
- 凹透镜：使光线发散。
四、光的干涉和衍射1. 干涉- 两个或多个相干光波叠加时，光强增强或减弱的现象。
- 双缝干涉实验：展示了光的波动性质。
2. 衍射- 光波遇到障碍物或通过狭缝时发生弯曲和展开的现象。
- 单缝衍射和双缝衍射：通过实验观察光波的传播特性。
五、光的偏振1. 偏振光- 只在一个平面内振动的光波称为偏振光。
- 通过偏振片可以控制光的振动方向。
2. 马吕斯定律- 描述偏振光通过偏振片时光强变化的定律。
六、光的颜色和色散1. 颜色的三原色- 红、绿、蓝：通过不同比例的混合可以产生其他颜色。
2. 色散- 不同波长的光在介质中传播速度不同，导致折射率不同，从而产生色散现象。
七、光的量子性1. 光电效应- 光照射到金属表面时，能使金属发射电子的现象。
高中物理光学专题-2讲义
高中物理光学专题 1.反射定律α＝i ｛α：反射角，i ：入射角｝2.绝对折射率(光从真空中到介质)sin sin c in v r==｛光的色散，可见光中红光折射率小，n:折射率，c:真空中的光速，v:介质中的光速，i:入射角，r:折射角｝ 3.全反射：1）光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C ：1sin C n =2)全反射的条件：光密介质射入光疏介质；入射角等于或大于临界角 (1)平面镜反射成像规律：成等大正立的虚像，像与物沿平面镜对称；(2)三棱镜折射成像规律：成虚像，出射光线向底边偏折，像的位置向顶角偏移； (3)光导纤维是光的全反射的实际应用，放大镜是凸透镜，近视眼镜是凹透镜；(4)熟记各种光学仪器的成像规律，利用反射(折射)规律、光路的可逆等作出光路图是解题关键； (5)白光通过三棱镜发色散规律：紫光靠近底边出射见。
二、光的本性（光既有粒子性,又有波动性,称为光的波粒二象性）2．双缝干涉:中间为亮条纹；亮条纹位置: δ＝nλ；暗条纹位置: δ＝(2n+1) 2λ（n ＝0,1,2,3……）；条纹间距：l x d ∆=｛δ:路程差(光程差)；λ:光的波长；2λ:光的半波长；d 两条狭缝间的距离；l ：挡板与屏间的距离｝3.光的颜色由光的频率决定,光的频率由光源决定,与介质无关,光的传播速度与介质有关，光的颜色按频率从低到高的排列顺序是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫(助记：紫光的频率大，波长小)4.薄膜干涉:增透膜的厚度是绿光在薄膜中波长的14，即增透膜厚度4d λ=5.光的衍射：光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，光的衍射现象不明显可认为沿直线传播，反之，就不能认为光沿直线传播6.光的偏振：光的偏振现象说明光是横波7.光的电磁说：光的本质是一种电磁波。
电磁波谱(按波长从大到小排列):无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线。
光学基本知识讲座PPT课件
的距离
物方焦距：物方主点到物方焦点
的距离
.
17
3.物像位置、放大率
物像位置：可相对于焦
点或主点来定义
如图所示，
以焦点来定义的物
像公式是：
xx’=ff’
以主点来定义的物
像公式是：
1/l’-1/l=1/f’
.
18
物像位置、放大率
根据上面的成像关系式，可以导出物像 之间放大倍率的计算公式
.
8
三.物像的基本概念
1.光学仪器和激光头 的光学系统都由一系 列折射面和反射面组 成
2.光轴：各个表面的 曲率中心均在同一直 线上的光学系统称为 共轴光学系统，这条 直线称为光轴
.
TOP 66A光 学 系 统 示 意 图 9
物像的基本概念
3.成像：以A为顶点的入 射光束经光学系统一系 列表面折射和反射后， 变为以A’点为顶点的出 射光束，称A为物点，A’ 为像点，A’为物点A的像； 物所在的空间称为物空 间 像所在的空间称为像空 间
反射光线与入射光线 和法线在同一平面内， 入射光线与反射光线 分别位于法线的两侧， 与法线夹角相同
I”=-I
.
7
光的全反射
当光线由光密介质向 光疏介质传播时，根 据折射定律可知，因 n’<n 则 I’>I,当 SinIm=n’/n时，这些 光线不再折射到另一 介质，而按反射定律 在界面上被全部反射
的共轭点必位于该直线的共轭线上。
此假设1841年由高斯建立，故称为高斯光学。
.
14
2.理想光学系统的基点、焦距
平行于光轴的入射光线AE,经 系统后，沿G’F’方向射出， 交于像方F’点，沿光轴入射的 光线经系统后仍沿光轴出射。 由于像方的出射光线G’F’和 OkF’分别与物方的入射光线 AE1和FO1共轭，故像方F’点 在物方的共轭点必是光线AE1、 和FO1的交点，它位于左方无 穷的光轴上，故F’即为无穷远 轴上点的像，称为光学系统 的像方焦点。
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光学
第一部分：几何光学 一、折射率
1、定义：光从真空或空气中射入某种介质中发生折射时，入射角正弦和折射角正弦的比值，叫做这种介质的绝对折射率，简称这种介质的折射率。
2、定义式：
sin sin n =
真空/空气
介质
3、光在介质中的传播速度：
（1） 光在真空中的传播速度：
83.010(/)c m s ≈⨯\
（2） 光在介质中的传播速度：
c v n =
推导过程：
【1】 介质1为真空，则在真空中传播
速度为c
【2】 光在介质2中的传播速度为v 【3】 光从B 传播到B ’所需要的时间
几何光学
折射率 全反射 色散
物理光学
衍射 干涉 偏振
为t ，且这个时间亦是光在介质2中从A 传播到A ’点所用的时间。
即：
'AA vt = 'BB ct =
【4】 在△ABB ’和△AA ’B 中，分别有
'sin ''BB BAB AB ∠= '
sin '''AA A B A AB ∠=
【4】 又因为有
sin 'sin ''BAB n A B A ∠=
∠，得到c
v n =。
二、全反射
1、定义:当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。
如果入射角逐渐增大，折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。
当入射角增大到某一角度，使折射角达到90度时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。
※ 光疏介质：折射率小的介质 光密介质：折射率大的介质 2、条件：
【1】 光从光密介质射入光疏介质 【2】 入射角大于或等于临界角 3、临界角：
1sin c n =
4、应用：
【1】 全反射棱镜
光垂直于一条变入射，必定垂直于边出射。
全反射棱镜的反射光优于平面镜的反射光。
【2】光纤
光可以传递信息
n n
>
内外
【3】海市蜃楼
三、色散
1、三棱镜
2、红到紫规律
红—————紫
1、折射率：
sin
sin
n=
真空/空气
介质
小—————大
2、介质中传播速度：
c
v
n
=大—————小
3、临界角：
1
sin c
n
=大—————小
4、色散偏折角小—————大
5、频率：ν小—————大
6、波长：
=
c
λ
ν大—————小
7、光子能量：E=hν小—————大
8、干涉条纹宽度：
l
x
d
λ
=宽—————窄
紫
红
第二部分：物理光学 一、衍射
1、概念：光绕过障碍物或孔而继续传播的现象。
衍射是波特有的现象。
2、明显衍射的条件：
x λ≤
注意：不是x 越小越好，若x 太小则会削弱光的能量 而是λ和x 的差距越大越好
3、条纹特点： 【1】：明暗相间 【2】：亮纹从中央到两边： 从亮到暗，从宽到窄
二、干涉
1、概念：两列同频率的光相互叠加的现象。
干涉是波特有的现象。
2、干涉条件：相干波源【1】频率相同 【2】相位差稳定
3、杨氏双缝干涉实验： 【1】 托马斯杨 【2】 实验过程
滤光片作用：获得单频光
单缝作用：衍射，获得相干波源 双缝作用：干涉
【3】 光程差：r
n λ∆= 亮纹，
21
2n r λ+∆=
暗纹，（n=0,1,2，……n ）
【4】 条纹宽度：
L x d λ
= L ：双缝到屏之间的距离 d ：双缝之间的距离
4、条纹特点：明暗相间，且每条亮纹的亮度和宽窄都均匀。
复合光的条纹特点：中央白色，从中央到两边从紫到红过度。
d
L r2
r1
p
s2
s1
屏
双缝
单缝
滤光片
光源
5、薄膜干涉：
【1】原理：
光在薄膜的前、后面所对应的反射光进行干涉。
其光程差由薄膜的厚度决定，即明暗条纹的位置亦
由薄膜厚度决定。
【2】应用：检查平面的平整度
三、偏振
1、概念：光在特定的方向上振动而传播的现象。
2、偏振光：在特定方向上振动而传播的光
叫做偏振光。
3、研究偏振现象：
【1】p：起偏器，全振光通过起偏器形成
偏振光
【2】q：验偏器，pq同向时光可以通过q，
屏亮，pq垂直时光通不过q，屏暗。
4、偏振的作用：偏振只能削弱光的强度，
不能改变光的频率。
5、应用：偏光镜，反射折射。