大学物理几何光学
在物理学的学习旅程中，几何光学是一个重要的组成部分，它为我们理解光的行为和传播提供了基础的概念和工具。
一、几何光学的基本概念
几何光学主要研究光的传播路径和光线的性质。它基于两个基本假设：光在均匀介质中沿直线传播，以及光线的方向与光的偏振方向相同。在真空中，光的速度是恒定的，而在其他介质中，光的速度会发生变化。
二、光线的基础知识
光线是几何光学中的基本概念。它被定义为光在某一点所通过的路径，并且具有确定的方向。光线的基本性质包括：光线的反射和折射，光线的会聚和发散，以及光线的干涉和衍射。这些性质在解决几何光学问题时具有关键的作用。
三、反射和折射
反射是指光线碰到界面后改变其传播方向的现象。根据反射定律，入射角等于反射角。折射是指光线从一种介质进入另一种介质时，改变
其传播方向的现象。折射率是描述介质光学特性的重要参数，不同介质的折射率不同。
四、会聚和发散
会聚是指光线经过透镜或其他光学元件后，在某一点聚焦的现象。发散是指光线从某一点出发，经过透镜或其他光学元件后，散开的现象。这两个概念对于理解眼睛的矫正、望远镜和显微镜的工作原理具有关键作用。
五、干涉和衍射
干涉是指两个或多个波源的波的叠加产生加强或减弱的现象。衍射是指波绕过障碍物传播的现象。这两个概念对于理解光学仪器的工作原理以及光的本性具有重要意义。
六、应用领域
几何光学在许多领域都有广泛的应用，包括物理实验、医学诊断、天文观测等。例如，我们可以利用几何光学原理设计望远镜和显微镜，以便更准确地观测和研究天体和微观粒子。医学领域中的X光检查、激光治疗等也需要几何光学的知识。
总结，几何光学是物理学的一个重要分支，它为我们理解光的传播行为提供了基础的理论框架和实用的工具。通过学习几何光学，我们可以更好地理解自然现象，设计出更精确的光学仪器，并解决实际应用中的问题。
在大学物理课程中，光学和近代物理是两个重要的主题。它们为我们提供了深入理解自然界的各种现象以及人类对世界的感知方式。
光学是研究光的行为和性质的物理学分支。它涉及到许多重要的概念，例如波长、频率、折射、反射、干涉和衍射等。这些概念不仅让我们能够解释许多自然现象，例如彩虹和镜子的反射，而且也让我们能够开发新的技术，例如显微镜和望远镜。
在光学中，光的传播是最重要的研究之一。我们学习如何使用折射定律来计算光线在两种不同介质之间的角度变化，以及如何使用反射定律来计算光线从一个表面反射的角度。我们还要学习光的干涉和衍射现象，这些现象在许多光学应用中都起着关键作用。
近代物理是研究原子和亚原子尺度上的物理学分支。它涉及到许多复杂的概念，例如量子力学、相对论和粒子物理学。这些概念让我们能够解释许多现象，例如原子光谱、核衰变和粒子加速器的工作原理。
在近代物理中，量子力学是最重要的概念之一。这个理论让我们能够理解原子和分子如何与光和电磁辐射相互作用。它也让我们能够解释许多化学现象，例如化学键的形成和分子的形状。相对论是另一个重要的概念，它让我们能够理解时间和空间的关系，以及物体在接近光速时的行为。
大学物理中的光学和近代物理是两个深入理解自然现象的重要领域。它们不仅让我们能够解释许多自然现象，而且也让我们能够开发新技术和理论，从而更好地理解我们的世界。
一、单选题（每小题2分，共30分）
1．下列哪项措施不属于防止静电危害的措施？
A．油罐车后有一条拖到地上的铁链
B．飞机机轮上装搭地线
C．在印染厂车间里保持较小的湿度
D．印刷车间中保持适当的湿度
正确答案是：D．印刷车间中保持适当的湿度。
本题考查静电的防止和应用，静电在生活中广泛存在，要注意掌握其应用及防止的知识。
印刷车间中保持适当的湿度是为了防止静电积累而引发事故，属于静电的防止，D符合题意，A、B、C属于静电的防止。
2．下列说法中正确的是
A．光导纤维传送图象信息利用了光的全反射原理
B．海市蜃楼、沙漠蜃景都是由于光的反射和折射引起的
C．绿叶在红光照射下呈绿色，在蓝光照射下呈蓝色
D．电视机的彩色画面是由红、黄、蓝三种色光合成的
正确答案是：A．光导纤维传送图象信息利用了光的全反射原理。
本题考查色光及光的光现象的应用，要注意明确光的色散是由光的折射引起的。
光导纤维传送图象信息利用了光的全反射原理，A正确；海市蜃楼、沙漠蜃景都是由于光的折射引起的，B错误；绿叶在红光照射下呈红色，在蓝光照射下呈黑色，C错误；电视机的彩色画面是由红、绿、
蓝三种色光合成的，D错误。
A．日食和月食现象是由于光的直线传播形成的
B．我们用眼睛看到物体的颜色是由于人眼由色光组成的缘故
C．光从空气中斜射入水中时，传播方向发生了改变，这是光的折射
现象
D．在反射现象中，入射角与反射角是不相等的
正确答案是：A．日食和月食现象是由于光的直线传播形成的。
本题考查光的直线传播、折射以及人眼看到物体的颜色等知识，属于基础题。
日食和月食现象是由于光的直线传播形成的，A正确；我们用眼睛看到物体的颜色是由于物体发出或反射的光进入眼睛后，人眼由视网膜上的感光细胞感应得到的，B错误；光从空气中斜射入水中时，传播方向发生了改变，这是光的折射现象，C正确；在反射现象中，入射角与反射角是相等的，D错误。
4．关于电磁波谱中各电磁波将产生的机理可以将它们分为哪两大类？它们的区别是什么？总的可将它们分为哪三大类？
正确答案是：可以将电磁波谱中的电磁波分为两大类：无线电波和光波（或红外线、紫外线）。它们的区别在于它们的产生机理不同。无线电波是由变化的电场产生磁场而形成的；而光波（或红外线、紫外线）是由原子外层电子受激发辐射产生的（或原子内层电子受激发辐射产生的）。总的可将它们分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线这三大类。
一、教学目标
1、让学生掌握光线的概念和基本性质，了解光线在生活中的应用。
2、让学生掌握镜面反射和漫反射的区别和，了解它们在生活中的应用。
3、让学生通过实验探究光的反射规律，培养他们的实验能力和归纳能力。
4、培养学生的科学素养和探究精神，激发他们对物理学的兴趣。
二、教学内容
1、光线的概念和基本性质。
2、镜面反射和漫反射的区别和。
3、光的反射规律及其应用。
三、教学重点与难点
重点：光的反射规律及其应用。
难点：镜面反射和漫反射的区别和。
四、教具和多媒体资源
1、黑板和粉笔。
2、投影仪和相关PPT。
3、光的反射实验装置。
五、教学方法
1、激活学生的前知：回顾光线的概念和基本性质。
2、教学策略：采用讲解、示范、小组讨论和实验探究相结合的方式。
3、学生活动：进行小组讨论，实验探究光的反射规律。
六、教学过程
1、导入：通过回顾光线的概念和基本性质，引导学生进入本课的主
题。
2、讲授新课：通过讲解和示范，让学生了解镜面反射和漫反射的区别和，然后通过实验探究光的反射规律。
3、巩固练习：让学生用所学知识解释生活中的一些现象，如为什么夜晚路灯下的影子会消失？
4、归纳小结：总结本课的主要内容，并进行简要回顾。
七、评价与反馈
1、设计评价策略：通过小组讨论和实验探究，观察学生的表现，并进行口头反馈。
2、为学生提供反馈，帮助他们了解自己的学习状况，并指导他们如何改进。
八、作业布置
1、完成教学过程中的相关练习题。
2、思考生活中与光学相关的现象，并尝试用所学知识进行解释。
一、单选题 (每题2分，共20分)
1、在太阳光下我们能看到红色的花是因为 ( )
A.花发出的光是红色的
B.花能反射太阳光中的红色光
C.花发出的光是白色的
D.花能吸收太阳光中的红色光
2、透明体的颜色是由它透过的色光决定的，那它一般应该具有的性质是 ( )
A.只允许和吸收某一种色光，而不管其他色光
B.只允许某一种色光透过它的本领
C.只让白光透过，吸收其他色光
D.它所呈现的白色是复色光，而其他色光都不能透过它
3、现有下列几种光学元件：平面镜、凹面镜、凸面镜、凸透镜、凹透镜，在下列各种器材中，哪些元件应用了何种光学元件，请在横线上各填上一个：
(1)牙科医生用的内窥镜是________；
(2)夜晚街道拐弯处用来把射向远方光的镜面是________；
(3)下雨天为了不让水溅到路面上排气管上装的______；
(4)用来看电影的银幕__________。
4、光从一种介质斜射入另一种介质时，光的传播方向就会发生偏折，这种现象叫做光的折射。当光从空气斜射入玻璃时，折射角____入射角(填“大于”、“小于”或“等于”)。当入射角增大时，折射角也随着______。光从空气斜射入玻璃时，折射光线向法线方向偏折，即折射光线向____偏折。这种现象可以用光的折射规律来解释。
5、光在真空中的传播速度是每秒3X10的5次方千米，在空气中的传播速度是每秒3X10的5次方千米。一个物体在真空中每秒发出一道光线，而在空气中的传播速度是每秒发出20道光线。如果我们把物体放在真空中，那么每过1秒钟，这个物体发出的光线会增加多少倍？
6、光在真空中的传播速度约为每秒3X10的5次方千米。已知地球距离月球约40万千米。如果一束激光从地球直接射到月球再反射回地球的总用时为2.5秒，那么激光在月球上反射点离月球表面的高度是多少千米？
7、光线从空气射入玻璃砖后沿原路返回，当入射角由0逐渐增大到
90°的过程中，光线的传播速度将逐渐变小。当入射角增大到某一角度θ时，光线不能返回出玻璃砖。试根据光的折射定律计算这一角度θ。已知玻璃砖的折射率为n=1.5。
8、光线从空气射入玻璃砖后沿原路返回，当入射角由0逐渐增大到90°的过程中，光线在玻璃砖中经过的路程将逐渐变长。当入射角增大到某一角度θ时，光线不能返回出玻璃砖。试根据光的折射定律计算这一角度θ。已知玻璃砖的折射率为n=1.5。
9、光从一种介质斜射入另一种介质时，光的传播方向就会发生偏折，这种现象叫做光的折射。当光从空气斜射入玻璃时，折射角小于入射角(填“大于”、“小于”或“等于”)。当入射角增大时，折射角也随着增大。光从空气斜射入玻璃时，折射光线向法线方向偏折，即折射光线向界面凹的一侧偏折。这种现象可以用光的折射规律来解释。
10、光在真空中的传播速度是每秒3X10的5次方千米，在空气中的传播速度是每秒3X10的5次方千米。一个物体在真空中每秒发出一道光线，而在空气中的传播速度是每秒发出20道光线。如果我们把物体放在真空中，那么每过1秒钟，这个物体发出的光线会增加多少倍？
一、实验目的
本实验教学大纲旨在培养学生的光学物理实验技能，加深学生对光学物理理论知识的理解和应用，提高学生的科学素养和实验能力。二、实验内容
本实验教学大纲包含以下实验项目：
1、光学仪器使用与调整
2、光学成像原理与成像质量分析
3、干涉与衍射实验
4、光学薄膜实验
5、激光光学实验
6、光纤光学实验
7、非线性光学实验
8、光学测量实验
9、其他相关实验项目
三、实验要求
1、学生应掌握光学实验仪器的使用方法，了解光学实验原理与技术，能够独立完成实验操作。
2、学生应通过实验加深对光学物理理论知识的理解，提高实验技能和科学素养。
3、学生应遵守实验室规定，注意实验安全，爱护实验器材。
4、学生应认真撰写实验报告，分析实验数据，总结实验结果。
四、实验评价
本实验教学大纲采用以下方式进行评价：
1、平时成绩：根据学生的实验操作、实验报告、课堂表现等方面进行综合评价。
2、期末考试：通过笔试或面试等方式，考核学生对光学物理实验理论知识和实验技能的理解和掌握程度。
3、综合评价：结合平时成绩和期末考试成绩，对学生的学习情况进行综合评价。
五、参考教材与资源
本实验教学大纲参考以下教材和资源：
1、《基础光学实验教程》
2、《应用光学》
3、《光学实验教程》
4、《光学》等教材中的相关内容。
5、网络资源：相关光学物理实验的教学视频、文献资料等。
1、光直线传播的应用可归纳为八个字：有光行处用它（有光处用光线）
可简记为：光线光能需直线，光线光速是定值。
可讲解，可板书：
光线光线
光线光线光直线，光速定值要牢记。
可推导，可演示：
光直线传播的应用可结合图示举例讲解，结合实验演示。重点强调两
点：一是光直线传播的条件（光在均匀介质中）；二是可结合光学作图讲解光线为光线光线光线光线光线光线光线光线光线光线光线光
线光线光线光线光线光线光线光线光线光线光线光线光线光线光线
光线光线光线光线光线光线光线光线。
2、光直线传播的应用可概括为：
可讲解，可板书：
光直线传播有用途，光学作图更直观。
可推导，可演示：
3、光直线传播的应用可结合图示举例讲解：
（1）可结合如右图所示的人眼视物讲解；讲解时强调光在均匀介质中是沿直线传播的；人的眼球也是如此。
人眼视物若只有一条入射光线，则应是沿直线方向进入人眼的，若有三条入射光线，则至少应有两条沿直线方向进入人眼，产生交叉点，即产生视觉。光沿直线传播的应用可结合图示举例讲解见下图所示。（2）可结合如图所示的透镜对光的作用讲解；讲解时强调经过透镜后，光线的会聚点必在透镜的焦点上。作图时，从一侧看得见另一侧
的物体，应将另一侧挡住，只让光透过所求的透镜的光线进入人眼，产生会聚点。如图所示的光路图中的虚像都是通过透镜后产生的会聚点。图中实线为透镜前的实际光线，通过透镜后的光线用虚线表示。通过透镜后产生会聚点的应用可结合图示举例讲解见下图所示。
1、下列哪个选项是光的折射现象？
A.在黑暗中看到物体的影子
B.在玻璃杯中看到水的深度
C.在镜子中看到自己的像
D.在湖面上看到鱼的虚像
2、关于光的折射和反射，以下说法正确的是：
A.光在两种介质的分界面上总是发生折射
B.光在两种介质的分界面上总是发生反射
C.光在两种介质的分界面上是折射和反射的叠加
D.光在两种介质的分界面上是反射或折射可任选其一
3、凸透镜对光线有汇聚作用，那么近视眼镜是：
A.对光线有汇聚作用
B.对光线有发散作用
C.对光线既无汇聚也无发散作用
D.以上答案均不对
二、填空题
1、光从空气斜射入水中，折射角____入射角，光在____的传播速度最快。
2、有一光源位于墙壁的斜对面，当光源发出一束光对墙照射时，墙上产生的光斑将是一个____形。
3、在一个盛水的玻璃杯中插入一支铅笔，当铅笔斜靠在杯壁上时，杯中的水对应的像是在____位置。
三、实验题
根据光的折射规律，完成下列实验：
1、画出光线从空气斜射入水中的折射光线图；
2、实验证明，凸透镜对光线有汇聚作用，凹透镜对光线有发散作用。根据你的理解，请画出光线通过凸透镜和凹透镜后的传播路径图。
四、应用题
1、一束光线从空气射入水中，如果入射角增大，则折射角将会如何变化？
2、当我们晚上看天上的星星时，为什么星星会闪烁？这种闪烁是如何产生的？请根据光学原理进行分析。
在当今世界，科技的发展日新月异，尤其是在物理学领域，新的理论和实验不断推动着学科的发展。在物理学的众多分支中，光学因其广泛的应用领域和独特的理论体系，一直备受研究者们的。本文将探讨如何使用MATLAB进行物理光学仿真，以期帮助研究者们更好地理解和应用光学原理。
一、MATLAB简介
MATLAB，全称Matrix Laboratory，是一款由MathWorks公司出品的商业数学软件，广泛应用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数
值计算等。它的语法简单明了，用户可以轻易上手，并且拥有丰富的函数库和工具箱，使得科研和工程应用变得更为便捷。
二、物理光学仿真
物理光学仿真是通过模拟光的传播、反射、折射等行为，来研究光学系统的特性和性能。在MATLAB中，我们可以使用其内置的物理光学工具箱，进行光学系统的设计和模拟。
三、基于MATLAB的物理光学仿真实现
在进行物理光学仿真的过程中，我们需要首先定义光的行为，包括光的传播、反射、折射等。然后，我们需要在MATLAB中创建相应的模型，进行模拟和分析。
例如，我们可以创建一个简单的透镜模型，模拟光经过透镜的折射和聚焦行为。通过调整透镜的参数，我们可以观察到不同参数对光的行为的影响，从而更好地理解光学系统的设计和性能。
四、结论
基于MATLAB的物理光学仿真是一种有效的研究手段，可以帮助我们更好地理解和应用光学原理。通过模拟光的传播、反射、折射等行为，
几何光学综合实验实验报告 学院自动化班级自175 学号姓名 一、实验目的与实验仪器 理解透镜的成像规律，掌握测量薄透镜焦距的几种方法。 仪器：JGX-1型几何光学实验装置。 二、实验原理 1.自准法测凸透镜：物体发出的光经透镜折射，平面镜反射，再由透镜汇聚形成一个倒立 等大的实像，这时像的中心与透镜光心的距离就是焦距f。 2.贝塞尔法测凸透镜：物屏和像屏的距离为l（l > 4f），凸透镜在O1、O2两个位置分别在 像屏上成放大和缩小的像，成放大的像时，有，成缩小的像时，有， 又由于u+v=l，可得f= 。 3.物距-像距法测凹透镜：如图，物距u=O’B’，像距v=O’’B’’,带入成像公式，可 计算出凹透镜焦距f2。
三、实验步骤 1.自准法测薄凸透镜焦距： （1）按照原理图布置好各元件； （2）调节凸透镜L和平面镜M的位置，使物屏上的倒立实像最清晰且与物等大（充满同一圆面积）； （3）记下物屏P和凸透镜L的位置； （4）重复实验三次。 2.贝塞尔法测薄凸透镜的焦距： （1）按照原理图布置好各装置，使物与像屏距离l>4f； （2）移动凸透镜L，使像屏H上形成清晰的放大像，记下L的位置a1； （3）再移动L，直至在H上形成一清晰的缩小像，记下L的位置a2； （4）重复实验。 3.物距像距法测凹透镜焦距： （1）按照原理图布置好实验装置； （2）先移动凸透镜L1，使物P1在像屏P2上形成清晰的像，记下L1和P2的位置读数； （3）在凸透镜和像屏之间加入待测薄凹透镜L2，向远处移动像屏，直至屏上又出现清晰的像，记下L2和像屏P2`的位置读数。 （4）对于凹透镜L2来说，物距u=|L2P2|，像距v=|L2P2`|； 四、数据处理
福建农林大学 物理实验要求及原始数据表格 1 实验 薄透镜焦距的测量 专业___________________ 学号___________________ 姓名___________________ 一、预习要点 1. 复习有关薄透镜的一些概念，掌握其成像规律； 2. 通过教材和视频中的讲解，掌握测量薄透镜焦距的原理和光路图，写出预习报告的原理部分； 3. 认真观看视频讲解中的操作示范，在预习报告的实验内容部分记录相关要点； 4. 在课前写好预习报告，上课时务必将预习报告和原始数据表格一并带来，否则扣分。 二、实验内容 1. 光学系统的等高共轴调节； 2. 用自准法、物像法、贝塞尔法分别测量凸透镜的焦距； 3. 用自准法、物像法分别测量凹透镜的焦距； 4. 计算表格中其余各物理量。 三、实验注意事项 1. 实验开始前，未经教师许可，不得触碰仪器，否则扣分； 2. 不得用手触摸透镜及平面镜的光学面；光学器件易碎，要轻拿轻放； 3. 实验过程中，已调好等高共轴的光学元件不得和光具座分离；实验结束后将凸透镜、凹透镜、 平面镜和白屏从光具座上取下，放回光具架上；白光源、“品”字屏和其余四个光具座保持不变； 4. 可在凸透镜焦距测量完毕之后再进行凹透镜的等高共轴调节； 5. 由于人眼对成像清晰度的分辨能力有限，因此在实验中观察到的像可能在一定范围内都清晰， 为了减小误差，必须采用左右逼近法记录数据，之后计算左边值与右边值的平均值； 6. 光学导轨的最小分度值为1mm ，读数时以毫米为单位，估读到0.1mm 。 四、数据处理要求（参考公式及数据处理注意事项见实验讲义） 1. 求出表2中v 和f 凸的标准表达式； 2. 求出表3中D =500mm 时，d 和f 凸的标准表达式； 3. 对物像法和贝塞尔法测量凸透镜焦距的结果进行比较和误差分析。 五、思考题与实验总结 1. 一个物体到凸透镜光心的距离是30cm 时，在像屏上得到一个放大的实像，若把物体沿凸透镜 的主光轴移动到距凸透镜的光心65cm 时，将成 正立/倒立、放大/缩小的实/虚 像。（在你认为正确的答案上打“√”） 2. 列出以下光学系统中物距和焦距之间的关系：放大镜_____________，探照灯_____________， 投影仪_____________，人眼_____________。 3. 凸透镜成实像和虚像的分界点在__________，成放大的像和缩小的像的分界点在__________。 4. 实物经凸透镜成实像时，物距增大，像距__________；物距缩小，像距__________。（填“增大” 或“缩小”，第5题同第4题） 5. 虚物经凹透镜成实像时，物距增大，像距__________；物距缩小，像距__________。 6. 贝塞尔法测量凸透镜焦距时，两次成像各有何特点？物像间的距离为何要大于四倍焦距？此法 有何优点？（本题答案写在报告纸上第4页“思考题解答”处，不抄题目） 7. 实验总结（本题答案写在报告纸上第4页“实验总结”处）
高考物理光学知识点之几何光学知识点(1) 一、选择题 1．如图所示，ABC为等腰棱镜，a、b两束不同频率的单色光垂直AB边射入棱镜，两束光在AB面上的入射点到OC的距离相等，两束光折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是() A．在真空中，a光光速大于b光光速 B．在真空中，a光波长大于b光波长 C．a光通过棱镜的时间大于b光通过棱镜的时间 D．a、b两束光从同一介质射入真空过程中，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角 2．如图所示，一束光由空气射入某种介质，该介质的折射率等于 A．sin50 sin55 ? ? B．sin55 sin50 ? ? C．sin40 sin35 ? ? D．sin35 sin40 ? ? 3．半径为R的玻璃半圆柱体，截面如图所示，圆心为O，两束平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，∠AOB＝60°，若玻璃对此单色光的折射率n3 经柱面和底面折射后的交点与O点的距离为（）
A ． 3 R B ． 2 R C ． 2R D ．R 4．一束单色光从空气进入玻璃，下列关于它的速度、频率和波长变化情况的叙述正确的是 A ．只有频率发生变化 B ．只有波长发生变化 C ．只有波速发生变化 D ．波速和波长都变化 5．如图所示，放在空气中的平行玻璃砖，表面M 与N 平行，一束光射到表面M 上，(光束不与M 平行) ①如果入射角大于临界角，光在表面M 即发生反射。 ②无论入射角多大，光在表面M 也不会发生全反射。 ③可能在表面N 发生全反射。 ④ 由于M 与N 平行，光只要通过M ，则不可能在表面N 发生全反射。 则上述说法正确的是( ) A ．①③ B ．②③ C ．③ D ．②④ 6．公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( ) A ．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小 B ．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小 C ．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大 D ．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大 7．频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是( ) A ．单色光1的波长小于单色光2的波长 B ．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度 C ．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间 D ．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角 8．两束不同频率的平行单色光。、从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象（a> ）。下列结论中正确的是 （ ）
物理课件网（https://www.doczj.com/doc/d719185501.html, ）欢迎您！ 第一讲 几 何 光 学 §1.1 几何光学基础 1、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。 2、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。 3、光的折射定律： ①折射光线在入射光线和法线所决定平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧； ③入射角1i 与折射角2i 满足2211sin sin i n i n =； ④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C 时，将发生全面反射现象（折射率为1n 的光密介质对折射率为2n 的光疏介质的临界角 12 sin n n C = ）。 4、光的反射定律： ①反射光线在入射光线和法线所决定平面内； 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。 §1.2 光的反射 1.2.1、组合平面镜成像： 1.组合平面镜 由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O 点）镜间放一点光源S （图1-2-1），S 发出的光线经过两个平面镜反射 后形成了1S 、2S 、3S 三个虚像。用几何的方法不难证明： 这三个虚像都位于以O 为圆心、OS 为半径的圆上，而且S 和1S 、S 和2S 、1S 和3S 、2S 和3S 之间都以平面镜（或它们的延长线）保持着 对称关系。用这个方法我们可以容易地确定较复杂的情况中复像的个数和位置。 两面平面镜AO 和BO 成60o角放置（图1-2-2），用上述规律，很容易确定像的位置：①以O 为圆心、OS 为半径作圆；②过S 做AO 和BO 的垂线与圆交于1S 和2S ；③过1S 和2S 作BO 和AO 的垂线与圆交于 3S 和4S ；④过3S 和4S 作AO 和BO 的垂线与圆交于5S ， 3 图1-2-2 S S 2 图1-2-1
大学物理几何光学 引言 几何光学是光学研究的基础，它是通过几何方法来描述光在介质中的传播和成像过程的。在大学物理课程中，几何光学是光学部分的重要内容之一。本文旨在探讨大学物理中几何光学的相关概念和原理，为读者提供深入了解几何光学的途径。 背景介绍 几何光学的发展可以追溯到古希腊时期，当时的研究者就开始研究光的传播和成像规律。到了文艺复兴时期，欧洲的科学家们开始使用透镜和反射镜等光学元件来研究光的传播和成像，这为现代光学的发展奠定了基础。在现代大学物理课程中，几何光学通常是在光学部分首先学习的内容，它是学习更深入的光学知识的基础。 研究方法 几何光学采用几何方法来描述光在介质中的传播和成像过程。它基于光线传播的基本原理，即光在均匀介质中沿直线传播。通过使用光线和法线的概念，我们可以推导出光的反射和折射定律。在此基础上，我们可以研究复杂的光学系统，如透镜、反射镜、光栅等。 结果和讨论
在大学物理课程中，几何光学主要研究光的直线传播、反射、折射、全反射、光的干涉和衍射等现象。其中，光的反射和折射是几何光学中的基本概念。在研究光的反射时，我们通常使用反射定律和入射角等于反射角的原理来描述光线在界面上的传播。在研究光的折射时，我们使用折射定律和斯涅尔公式来描述光线在介质之间的传播。此外，全反射也是几何光学中的一个重要概念，它是指光在某些介质中的传播速度比在其他介质中的速度更慢，导致光线被完全反射回原介质中。结论 几何光学是光学研究的基础，它为更深入的光学研究提供了基础。在大学物理课程中，几何光学是光学部分的重要内容之一，它主要研究光的直线传播、反射、折射、全反射、光的干涉和衍射等现象。通过深入学习几何光学的基本概念和原理，我们可以更好地理解光的行为和规律，为进一步学习更深入的光学知识打下坚实的基础。 集美大学大学物理下 集美大学大学物理下：探索微观与宏观世界的奥秘 在集美大学的课程设置中，大学物理是一门重要的基础学科，分为上下两个学期。大学物理下将在上一学期的基础上，进一步探索微观与宏观世界的奥秘，揭示自然界的基本规律。本文将阐述大学物理下的核心内容，揭示其对于学生综合素质的提升作用，并对教学方法进行简要评价。
课程名称：大学物理实验（一）实验名称：几何光学综合实验
图1 位移法测量凸透镜焦距的光路图 由1 f =1 u +1 v 可知： 1 u1 +1 v1 =1 u1 +1 D−u1 =1 f (2) 1 u2 +1 v2 =1 u1+d +1 D−u1−d =1 f (3) 联立（2）（3）得1 u1+1 D−u1 =1 u1+d +1 D−u1−d (4) 又因为u1=1 2 (D−d) 代入式（4）得f=D 2−d2 4D (5) 4.用物距像距法测量凹透镜的焦距： 实物经凹透镜不能在屏上生成实像，可借助凸透镜给凹透镜生成一个虚物，最后再由凹透镜生成一个实像。 图2 物距像距法测量凹透镜的焦距的光路图 如图,在没有凹透镜时,物体AB经凸透镜L1后生成缩小倒立的实像A′B′。当L1和A′B′间插入凹透镜L2后,则A′B′便成为凹透镜L2的虚物；对L2而言，物距u=−O2A′。该虚物经凹透镜再成实像A′′B′′，像距v= O2A′′。则有f=uv u+v (6)
图1 GSZF-8型几何光学综合实验仪器结构图 四、实验内容与步骤 1.光学系统的共轴调节: 调节光学系统共轴,是减小误差.确保实验成功的重要步骤。所谓“共轴”，是指各光学元件（如光源.物.透镜)的主光轴重合。分两步进行：将放置在光具座上的各光学元件靠拢在一起,用眼观察,调节它们的中心在同一高度,且连线(光轴)平行于导轨。 2.位移法测凸透镜焦距： a)物AB与像屏的间距D>4f (f=100) 时； b)透镜在间移动时可在像屏上成两次像,一次成放大的像u1,一次成缩小的像u2，d=u2−u1,f=D2−d2 4D c)改变像屏位置，重复测量6次，求平均值和平均误差。 图1 位移法测凹透镜焦距光路图 3.自组望远镜并测量凹透镜焦距： (1) 物屏与透镜L3（f=100）组平行光，即L3距物屏100mm。 (2) 透镜L1（f=150）与目镜组成望远镜，通过望远镜观察物屏像（物屏logo），调节L1与目镜距离，直到所观察的物屏像最清晰。 (3) 在L1左边放入像屏，用L3成一缩小实像，记下实像位置a，如图放上凹透镜L2，调节L2位置，直至通过望远镜能观察到最清晰的物屏像。记下此时L2位置b，则L2焦距数值为a-b
物理几何光学大题真题及答案解析 近年来，物理几何光学作为高中物理的重要章节，一直备受学生 和教师的关注。掌握物理几何光学的原理和应用，不仅有助于提高学 生的物理素养，还能够帮助他们解决实际生活中的光学问题。为了帮 助学生深入了解该章节的知识，下面将介绍一道经典的物理几何光学 大题，并进行详细的解析。 问题描述： 在一个实验室里，有一台干涉测微计。它的工作原理是利用光的 干涉现象来测量物体的各种参数。下面是一个特定的实验。首先，将 一根直径为1.0mm的细针插入到水中。通过干涉测微计观察到，针的 顶部和水面的间距为5.0mm，下部分和水底的间距为7.0mm。求出此时 针与水平面夹角的大小。 解题思路： 根据物理光学中的干涉理论，两条光线干涉后能够产生明暗相间 的条纹。而该题的描述中提到，观察到针的顶部和水面的间距为5.0mm，下部分和水底的间距为7.0mm。由此可知，针头部分引入的光线程交干涉，而针尾部分引入的光线没有干涉，因此形成了明暗相间的条纹。 解题步骤： 1. 假设针与水平面的夹角为θ，根据几何关系，可以得到针顶 部分引入的光线走过的路径差为d1 = 2 * 5.0mm * sin(θ/2)。 2. 同理，针尾部分引入的光线走过的路径差为d2 = 2 * 7.0mm
* sin(θ/2)。 3. 因为明暗相间的条纹间的路径差为光的波长λ的整数倍，所以有d1 = λ * m，d2 = λ * (m + 0.5)，其中m为正整数。 4. 将d1和d2代入上述关系式，得到2 * 5.0mm * sin(θ/2) = λ * m，2 * 7.0mm * sin(θ/2) = λ * (m + 0.5)。 5. 两式相除，得到5/7 = (m + 0.5)/m。 6. 整理得到2m + 1 = 5.6，解得m = 2。 7. 将m带入到5/7 = (m + 0.5)/m，得到5/7 = 2.5/2，解得θ ≈ 0.1763弧度。 答案解析： 根据以上解题步骤，得到针与水平面夹角的大小约为0.1763弧度。 结论： 通过此道大题的解析，我们深入了解了物理几何光学中干涉现象的应用。干涉测微计利用光的干涉理论，可以测量物体的各种参数。 学习和掌握物理几何光学的相关知识，对于理解光的传播和干涉现象 具有重要意义。同时，这也是大家在解决实际问题时，运用物理知识 的实例之一。 总结： 物理几何光学作为高中物理的一部分，是一门非常重要的学科。
几何光学中实正虚负法则的扩展应用 一、实正虚负的符号法则 在几何光学中，球面和透镜成像的符号法则是人为规定、约定俗成的，以合理和方便为准则。现有的教材中，常用的符号法则有三种，分别是“左右法”“顺逆法”和“虚实法”，三种法则规定并不统一，各有优劣。 左右法规定：在原点右方的线段为正，左方的为负；顺逆法规定：顺入射光线的线段为正，逆入射光线者为负；虚实法规定：实物点和实像点的距离为正，虚物点和虚像点的距离为负。虚实法是根据物、像的物理性质来规定物理量的符号，与左右法和顺逆法相比，虚实法的物理意义更加清晰，直观性强，而且与中学的相关知识更为连贯。只要掌握了物（或像）的虚实，物距、像距的符号也就确定了；反之，掌握了物距、像距的符号，也就确定了物（或像）的虚实。因而，现今的大学物理教材普遍采用虚实法来判断符号。 在实际应用中，虚实法主要是用来判断物距和像距的正负，物和像的虚实物理意义清晰，容易判断。对于“物”来讲，本不应存在虚实的问题，只要是物都是实的，应取正值，但物像关系公式中规定，会聚光线入射时，将其视为虚物，取负值。而“像”的虚实是根据该像是由实际光线会聚还是由实际光线的反向延长线会聚而成来判断，实际光线会聚的结果取正值，反之取负值。 然而物像公式中除了有物距、像距符号的判断外，还要涉及球面和薄透镜焦距或者曲率半径符号的判定。部分教材在曲率半径符号的判断上是根据球面的种类来规定其符号，缺少明确的物理意义，与物像符号的虚实判断法并不统一。例如，在“球面反射成像”中规定：凹面镜的曲率半径R取正；凸面镜的曲率半径R 取负（简称为凹正凸负）。而在“球面折射成像”中则规定：当物体
第一篇 教学同步指导 第一章 几何光学基础 一、基本知识点 点光源：不考虑大小和形状的发光点。条件：光源本身的几何线度比它所传播的距离小得多。 光线：表示光的传播方向的一条具有方向性的几何线。 光学系统：能够反射光和透射光的物体统称。 像：从光源发出的光经过一定的光学系统后，由出射的实际光线或实际光线的反向延长线会聚成的图形。 实像：同心光束的会聚点。 虚像：发散光束的反向延长线会聚成的像。 实像可由人眼或接收器所接收；虚像不可以被接收器所接收，但是却可以被人眼所观察。 完善像：物空间与像空间点与点对应而成的像。 完善像与物相比只有大小的变化没有形状的改变。能严格地保持光束的同心性的光学系统，叫做理想光学系统。 光路可逆性原理：光线沿着和原来相反的方向传播时，其路径不变。 真空中的光速：8 2.9979245810/c m s =⨯。 介质的折射率：在真空中光速c 与光在介质中传播速度的比值，即 c n v =
光密介质：折射率相对较大的介质。 光疏介质：折射率相对较小的介质。 相对折射率：介质2对介质1 212112 n v n n v == 光程:在同样的时间内，光在不同的介质中走过的几何路程是不同的。我们把某一介质的折射率n 与光在该介质中走过的几何路程r 的乘积称为光程，用L 表示,即 L nr = 光程的意义:光程表示光在真空中t 时间内所能传播的路程。换句话说，光程就是光在介质中通过的几何路程，按相同时间折合到真空中的路程，满足： r L v c = 物像之间的等光程性：理想光学系统在成像时，有一个重要性质，即从物点S 到像点S ’的各个光线的光程相等。这称为物像之间的等光程性。因此，能完善成像的光学系统是等光程的。 光的直线传播定律：在同一种各向同性的均匀介质中，光在两点之间总是沿着连接这两点的直线传播。光的直线传播，是几何光学的基本规律之一，称为光的直线传播定律。 光的独立传播定律：实验上发现，在光的强度不太大且非相干的条件下，来自不同方向或不同物体的光线同时通过空间某点时，传播方向和强度都保持原来的传播方向和强度，对每一光线的独立传播互不影响。这称为光的独立传播定律。 光的反射定律：反射光线与入射光线和法线在同一平面内，并且入射光线和反射光线分别位于法线的两侧，反射角总是等于入射角。 光的折射定律:折射光线与入射光线和法线在同一平面内，折射角与入射角的正弦之比等于入射光线所在介质的折射率与折射光线通过的介质的折射率之比，即 sin sin i n i n '=' 光的全反射:若光线由光密介质射向光疏介质，当入射角i 大于某一值c i 时，光线将被全部反射回原介质，这种现象称为光的全反射。c i 遵从：
一、实验名称 三棱镜折射率的测量 二、实验目的 （1） 观察三棱镜的色散现象。 （2） 掌握用分光计测量三棱镜最小偏向角的基本方法。 （3） 学习利用最小偏向角测定三棱镜对各色光的折射率的基本思路。 三、实验原理 (基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用 自己的语言概括与总结，不可照抄教材) 1. 分光计简单介绍： 分光计是一种常用的光学仪器，实际上就是一种精密的测角仪，在几何光学实验中，主要用来测定棱镜角、光束的偏向角等，而在物理光学实验中，加上分光元件（棱镜、光栅）即可作为分光仪器，用来观察、测量光谱线的波长等。分光计主要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分组成，分光计的调节是很重要的，分光计是在平行光中观察有关现象和测量角度， 因此应达到以下三个要求：平行光管发出平行光；望远镜能接受平行光；望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。 2. 用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率 一束单色光以角入射到AB 面上，经棱镜两次折射后，从AC 面射出来，出射角为i 1 2。入射光和出射光之间的夹角δ称为偏向角。当棱镜顶角A 一定时，偏向角δ的大小随入射角的变化而变化。而当12'i i =时，δ为最小。这时的偏向角称为最小偏向角，记为min δ。 由图可以看出，这时 1'2 A i = min 111='22 A i i i δ-=- min 1() 2 A i δ+=
设棱镜材料折射率为n ，则 11sin sin 'sin 2 A i n i n == 故 min 1 () sin sin 2A i n A A δ+= = 由此可知，要求得棱镜材料的折射率n ，必须测出其顶角A 和最小偏向角。 四、实验内容和步骤（要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材） 1) 调节分光计：目测粗调(望远镜、准直管等高共轴)；用自准法调整望远镜；调整准直管。 2) 使三棱镜光学侧面垂直于望远镜光轴：1，调载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到载物 台上，使棱镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直；2，接通目镜光源，遮住从平行光管来的光。转动载物台，在望远镜中观察从侧面AC 和AB 反射回来的十字像，只调节台下三螺钉，使其反射像都落到上十字线处，调节时，切莫动螺钉；每个螺钉的调节要轻微，要同时观察它对各侧面反射像的影响。调整好后的棱镜，其位置不能再动。 3) 测三棱镜顶角A ：固定望远镜和刻度盘。转动游标盘，使镜面AC 正对望远镜。记下游标1 的读数1'θ和游标2的读数2θ。再转动游标盘，使AB 面正对望远镜，记下游标1的读数1'θ和游标2的读数2'θ。同一游标两次读数之差11'θθ-或22'θθ-，既是载物台转过的角度，而是A 角的补角。 4) 测三棱镜最小偏向角：(1)平行光管狭缝对准前方水银灯的光源。(2)旋松望远镜制动螺丝和 游标盘制动螺丝，把载物台及望远镜转至如图11中所示的位置(1)处，再左右微微转动望远镜，找出棱镜出射的各颜色的水银灯光谱线(各种波长的狭缝像)。(3)轻轻转动载物台(改变入射角)，在望远镜中将看到谱线跟着动。改变，应使谱线往减小的方向移动(向顶角A 方向移动)。望远镜要跟踪光谱线转动，直到棱镜继续转动，而谱线开始要反向移动(即偏向角反而变大)为止。这个反方向移动的转折位置，就是光线以最小偏向角射出的方向。固定载物台，再使望远镜微动，使其分划板上的中心竖线对准其中的那条绿谱线(或其它要测量的谱线)。(4)测量记下此时两游标处的读数。取下三棱镜，转动望远镜对准平行光管，即图中(2)的位置，以确定入射光的方向，再记下两游标处的读数。此时绿谱线的最小偏向角(7)将值和测得的棱镜A 角平均值代入式计算n 。
十一、几何光学 34 几何光学 一、选择题(共1题) 选择题：一束平行于光轴的光线，入射到抛物面镜上，反射后会聚于焦点F ，如图所示．可以断定这些光线的光程之间有如下关系：（） A 、 ][][][02211F OP F P A F P A >>． B 、 ][][][02211F OP F P A F P A ==． C 、 ][][][02211F OP F P A F P A <<． D 、 ][0F OP 最小，但不能确定][11F P A 和][22F P A 哪个较小． 题目图片： A 1A 2P 1 P 2P 0 O F 答案：B 难度：易 二、填空题(共23题) 填空题：两平面镜，镜面垂直相交．在和上述两镜面都垂直的平面内，一条光线以任一入射角，投射到两镜之一的镜面上，经两镜反射后，反射出来的光线，它的传播方向将在________________________________的方向上． 答案：与入射光线反向平行 3分 难度： 易 填空题：调整读数显微镜看清楚一平面上的某点后，在平面上覆盖一厚玻璃片，要再看清楚此点，必须将显微镜镜头提高1 mm ．已知玻璃片的折射率为1.5 ，则玻 璃片的厚度必定是__________mm ． 答案：3 3分 难度：中 填空题：一竖立的10 cm 厚的玻璃板，折射率为1.5 ，观察者的眼睛离玻璃板10 cm
远，沿板法线方向观察板后10 cm处的一个小物体，则看到它离眼睛的距离是 ____________cm． 答案：26.7 3分 难度：中 填空题：费马原理可用下面的说法来表述：光线由空间的一点进行到另一点时，实际传播路径的总光程同附近的路径比起来，不是_________________________，便是__________________，或者______________． 答案：最小1分；最大1分；相同1分（答出以上三点就得3分，与次序无关） 难度：易 填空题：平面镜成像的关系可以看作是球面镜成像关系的一种特殊情形，条件是只要球面镜的焦距______________即可． 答案：等于无穷大3分 难度：易 填空题：有一凹球面镜，曲率半径为20 cm，如果把小物体放在离镜面顶点6 cm 处，则像在镜__________________cm处，是______像．（正或倒） 答案：后15（或-15）2分；正1分 难度：易 填空题：有一凸球面镜，曲率半径为20 cm．如果将一点光源放在离镜面顶点14 cm 远处，则像点在镜______________cm处，是________像．（实或虚） 答案：后5.8(或-5.8) 2分；虚1分 难度：易 填空题：设凸球形界面的曲率半径为10 cm，物点在凸面顶点前20 cm处，凸面前的介质折射率n1 = 1.0 ，凸面后的介质折射率n1 = 2.0 ．则像的位置在凸面顶点 ______________处，是__________像．（实或虚） 答案：后40 cm 2分；实1分 难度：易 填空题：设凹球形界面的曲率半径是10 cm，物点在凹面顶点前15 cm处，凹面前的介质折射率n1 = 2.0 ，凹面后的介质折射率n2 = 1.0 ．则像的位置在凹面顶点
几何光学习题课1 基本知识 在经典物理的范畴内，光是电磁播，其传播规律由麦克斯韦方程组来描述，但由于光的波长很短，在研究的问题中涉及到的尺度远大于光波波长时，光的波动性可以忽略，用光线来取代波线，由此建立起来的光传播理论就是所谓的几何光学。几何光学在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。 1. 折射率 几何光学的三个定律 全反射 折射率的定义：v c n = ， c 是光在真空中的速度，v 是光在该种媒质中的传播速度； 相对折射率的定义： 1 212n n n = 。 光的直线传播定律：在均匀媒质中光沿直线传播。 光的反射和折射定律：（1）反射线和折射线都在入射面内，并分居在法线的两侧；（2）反射角等于入射角；（3）折射角与入射角的正弦比与入射角无关，是一个与媒质和光的波长有关的常数（相对折射率）。（斯涅耳定律） 全反射：当光线从光密媒质（2n ）射向光疏媒质（21n n <）时，当入射角等于或大于某一角度时（临 界角121 /sin n n i C -=），折射光线消失，光线全部反射的现象。 2.棱镜与色散 偏向角： '11i i +=δ，1i ：入射角，'1i ：出射角； 最小偏向角产生的充要条件：'11 i i =或'22i i = 作用：用来测透明介质的折射率： ) 2 sin( /)2 sin( min α δα+=n 。 色散产生的原因：介质的折射率 n 是光束波长的函数， ) (λn n = 棱镜可以用做光谱仪，进行光谱分离。 3.光程 费马原理 光程：⎰ = P Q ndl QP )(，光程可以理解为在相同的时间内光线在真空中传播的距离。注意，光程是 一个非常重要的一个概念，在后面的课程中研究光的干涉、衍射、位相延迟时要经常用到。 费马原理：QP 两点间光线的实际路径是光程)(QP 为平稳的路径。
光的几何性与物理性
光的几何性与物理性 光学包括两大部分内容：几何光学和物理光学。几何光学（又称光线光学）是以光的直线传播性质为基础，研究光在煤质中的传播规律及其应用的学科；物理光学是研究光的本性、光和物质的相互作用规律的学科。 一、重要概念和规律 （一）、几何光学基本概念和规律 1、基本规律 光源：发光的物体．分两大类：点光源和扩展光源．点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合．光线——表示光传播方向的几何线．光束通过一定面积的一束光线．它是通过一定截面光线的集合．光速——光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为C=3×108 m/s。丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。实像——光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的．虚像——光源发出的光线经光学器件后，由发实际光线的延长线形成的。本影——光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区．半影——光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域． 2．基本规律 （1）光的直线传播规律：先在同一种均匀介质中沿直
被分解成单色光的现象。 （4）透镜：在光疏介质的环境中放置有光密介质的透镜时，凸透镜：对光线有会聚作用，凹透镜：对光线有发散作用．透镜成像作图：利用三条特殊光线。成像规律1/u+1/v=1/f。线放大率m=像长/物长=|v|/u。说明①成像公式的符号法则——凸透镜焦距f取正，凹透镜焦距f取负；实像像距v取正，虚像像距v取负。②线放大率与焦距和物距有关． （5）平行透明板：光线经平行透明板时发生平行移动（侧移）．侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。 4．简单光学仪器的成像原理和眼睛 （1）放大镜：是凸透镜成像在。uf时的应用。通过放大饼在物方同地看到正立虚像。 （2）照相机：是凸透镜成像在u＞2f时的应用．得到的是倒立缩小施实像。 （3）幻灯机：是凸透镜成像在 f＜u＜2f时的应用。得到的是倒立放大的实像． （4）显微镜：由短焦距的凸透镜作物镜，长焦距的透镜作目镜所组成。物体位于物镜焦点外很*近焦点处，经物镜成实像于目镜焦点内很*近焦点处。再经物镜在同侧形成一放大虚像（通常位于明视距离处）。
十七、几何光学 在同一均匀介质中沿直线传播（影的形成、小孔成像等） 光的反射定律 光的反射分类（镜面反射、漫反射） 光平面镜成像特点（等大、对称） 光的折射定律（ r i n sin sin ） 光从一种介质光的折射棱镜（出射光线向底面偏折） 进入另一种介质色散（白光色散后七种单色光） 定义及条件（由光密介质进入光疏介质、 入射角大于临界角） 全反射临界角（C＝arcsin n 1 ） 全反射棱镜（光线可以改变900、1800） 1、光的直线传播 ⑴光源：能够自行发光的物体叫光源。光源发光过程是其他形式能(如电能、化学能、原子核能等)转化为光能的过程。 ⑵光线：研究光的传播时，用来表示光的行进方向的直线称光线。实际上光线并不存在，而是对实际存在的一束很窄光束的几何抽象。 光束：是一束光，具有能量。有三种光束，即会聚光束，平行光束和发散光束。 ⑶光的直线传播定律：光在均匀、各向同性介质中沿直线传播。如小孔成像、影、日食、月食等都是直线传播的例证。 ⑷光的传播速度：光在真空中的传播速度c=3×108m／s，光在介质中的速度小于光在真空中的速度。 一、知识网络 二、画龙点睛 概念
⑸影：光线被不透明的物体挡住，在不透明物体后面所形成的暗区称为影。影可分为本影和半影，在本影区内完全看不到光源发出的光，在半影区内只能看到部分光源发出的光。如果光源是点光源，则只能在不透明物体后面形成本影；若不是点光源，则在不透明物体后面同时形成本影和半影。 影的大小决定于点光源、物体和光屏的相对位置。 如图A 所示，在光屏AB 上，BC 部分所有光线都照射不到叫做本影，在AB 、CD 区域部分光线照射不到叫做半影。 A B 如图B 所示，地球表面上月球的本影区域可以看到日全食，在地球上月球的半影区域，可以看到日偏食。如图C 所示，如地球与月亮距离足够远，在A 区可看到日环食. C 例题：如图所示，在A 点有一个小球，紧靠小球的左方有一个点光源S 。现将小球从A 点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是 A.匀速直线运动 B.自由落体运动 C.变加速直线运动 D.匀减速直线运动 解析：小球抛出后做平抛运动，时间t 后水平位移是vt ，竖直位移是h =2 1gt 2 ，根据相似形知识可以由比例求得t t v gl x ∝=2，因此影子在墙上的运动是匀速运动。 例题： 古希腊某地理学家通过长期观测，发现6月21日正午时刻，在北半球A 城阳光与铅直方向成7.50 角下射．而在 A 城正南方,与A 城地面距离为L 的B 城 ，阳光恰好沿铅直方向下射．射到地球的太阳光可视为平行光，如图所示．据此他估算出了地球的半径．试写出估算地球半径的表达式R = . 解析：太阳光平行射向地球，在B 城阳光恰好沿铅直方向下射，所以，由题意可知过AB 两地的地球半径间的夹角是 7.50 ，即AB 圆弧所对应的圆心角就是7.50 。如图所示，A 、B 两地
高考物理光学知识点之几何光学知识点总复习含解析 一、选择题 1．下列说法中正确的是 A．白光通过三棱镜后呈现彩色光带是光的全反射现象 B．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C．门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象 D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉 2．如图所示，一束光由空气射入某种介质，该介质的折射率等于 A．sin50 sin55 ︒ ︒ B．sin55 sin50 ︒ ︒ C．sin40 sin35 ︒ ︒ D．sin35 sin40 ︒ ︒ 3．如图所示，一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知() A．当它们在真空中传播时，a光的速度最大 B．当它们在玻璃中传播时，c光的速度最大 C．若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大 D．若它们都能使某种金属产生光电效应，c光照射出的光电子最大初动能最大 4．一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内，人射角为45o下面光路图中正确的是A． B．
C． D． 5．甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，相邻两个亮条纹的中心距离分别记为Δx1和Δx2，已知Δx1＞Δx2。另将两单色光在真空中的波长分别用λ1、λ2，在同种均匀介质中传播的速度分别用v1、v2，光子能量分别用E1、E2、在同种介质中的折射率分别用n1、n2表示。则下列关系正确的是 A．λ1<λ2 B．v1
第二章几何光学知识和眼睛光学知识 29．光的本质是什么? 答：光是电磁波。具有波粒二象性，光的干涉和衍射现象的存在证明光具有波动性，光的偏振现象进一步说明光是横波；光具有质量，光照射在光电池上立刻有电子逸出和光波长大于某一数值后无电子逸出等现象，证明光具有粒子性。 在光学上能引起视觉反应的那部分电磁波叫做可见光。波长在380～760nm之间的光，用肉眼可以看见，所以叫可见光；波长在100～380nm的电磁波，称为紫外线；波长在760～1000000nm的电磁波叫红外线。紫外线和红外线不能引起视觉反应，所以看不见。白光实际上是复合光，它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光复合而成，当白光通过三棱镜时就可以将阳光分解成七种单色光。 光线照射透明有色物体时，某些颜色的光被吸收和被反射，其余部分为透过光。透过光的颜色和吸收光的颜色互为补色。透明有色物体呈现的颜色就是透过光的颜色，若光线全部被吸收，则物体呈现黑色；若光线全部被反射，则反射光的颜色就是入射光的颜色。 30．光速及光的传播如何? 答：光在真空中的传播速度为30万km／s，即相当于每秒钟绕地球7．5圈。光在均匀介质中是沿直线传播的，但光通过两种密度不同的透明介质表面时，其传播方向会产生偏折，这种现象在光学上被称为折射。 在光学上将相互有一定关系的光线的集合称为光束。光束可以分成三种：
1．同心光束：发自同一点或会聚于同一点的光束被称为同心光束。同心光束可细分为：发自同一点的发散同心光束和会聚于同一点的会聚同心光束。2．平行光束：彼此平行的光线构成的光束称为平行光束。平行光束是一种特殊的同心光束，即当会聚点或发光点在无限远时，同心光束就变成了平行光束。在验光中，一般把5m(中国)外视力表上发出的光线近似地视为平行光束。 3．像散光束：当光线在空间既不平行又不相交于一点而聚焦成两条相互垂直的分离焦线时，这种光束被称为像散光束。 31．何谓光学? 答：光学是物理学的一部分。它是研究光的本质，光的发射、传播和接收的规律，光和其他物质的相互作用(如光的吸收、散射、光的机械作用和光的热、电、化学、生理效应等)及其应用。通常将光学分为“几何光学”和“物理光学”(包括波动光学和量子光学)两部分。 32．什么是几何光学? 答：在光学中以光的直线传播性质及光的反射和折射规律为基础的学科叫几何光学。研究一般光学仪器(如透镜、棱镜、显微镜、望远镜、照像机)的成像与消除“像差”的问题以及特种光学仪器的设计原理。 33．什么是物理光学? 答：在光学中研究光的本质及光在介质中传播时各种性质的学科。
几何光学公式 新笛卡尔符号法则： 1、在光心左侧为负，右侧为正；主光轴上侧为正，下侧为负。 2、从主轴（球面法线）算起，顺时针为正，逆时针为负。 3、图中量为几何量。 一、球面反射 1、物像公式(1) 111 '' u v l l r l l ⎛⎫ +=+ ⎪ ⎝⎭(2)近轴 1112 ' u v f r +== 2、放大率 '' ' y v f x y u x f β===-=- 二、球面折射 1、物像公式(1) '1' '' n n nu n v l l r l l ⎛⎫ +=+ ⎪ ⎝⎭(2)近轴 '' n n n n u v r - -= 2、光焦度 'n n Φ r -= 3、焦距(1)物方· ' n f r n n = -(2)像方 ' · ' n f'r n n = - 4、焦距关系 '' f n f n =- 5、高斯公式(1) '' ' n n n n u v f f -==-(2) ' 1 f f u v +=
6、牛顿公式 ''xx ff = 7、放大率 '·' y v n y u n β== 三、薄透镜 1、物像公式 121212 n n n n n n u v r r ---=- 2、焦距 (1)物方 11212lim v n f u n n n n r r →∞==--- (2)像方 22121lim u n f'v n n n n r r →∞==--- (3)在空气中 121111(1)'n f f r r ⎛⎫=-=-- ⎪⎝⎭ 3、高斯公式 (1) '1f f u v += (2)在空气中 1111'u v f f -==- 4、牛顿公式 ''xx ff = 5、放大率 ''' y v f x y u x f β===-=-
【大学物理上册课后答案】第6章几何光学6-4的容器底放一平面镜，人在水面上看自己的像，设人眼高出水面h=5cm，镜在水面1下深h=-8cm。问人眼与像之距离为多少, 2 n,4/3解:人眼经三次成像，水的折射率。 第一次成像，水面折射，像距为; p,h,5cmp',nh1111 第二次成像，平面反射，; p,p'，hp,p'21222 第三次成像，又是水面折射，。 p,p'，hp',p/n32233 17cm代入已知数据，得，最后像在水面下方，与眼睛距离。 22cmp',17cm3 6-5 光导纤维是利用全反射传导光信号的装置。纤维内芯材料的折射率 n=1.3，外层材1料的折射率n=1.2。试求入射角在什么范围内的光线才可在纤维内传递。 i2 解:用表示光导纤维内芯和外层材料之间的临界角，则有 , n2 sin,,n1nn22 ,,要把光线限制在光导纤维内传播，图示的应满nn,11rriio足。如图，由几何关系可知。,,,r，,,90 根据折射定律 sini习题6-5 解图 ,n 1sinr oi,30将已知代入，求得: 6-6 凹面镜的曲率半径为150cm，要想获得放大三倍的像，物体应放在什么位置,如果是凸面镜则又如何, 解:对凹面镜来说，两种情况下可以成放大三倍的像 112，,(1)p',3p，由，得 p,100cm，实物成放大实像。 p3p150 112
，,(2)p',,3pp,50cm，由，得，实物成放大虚像。 p,3p150 对凸面镜来说，两种情况下可以成放大三倍的像 2 112(1)，由，得，虚物成放大虚像。，,,p',3pp,,100cmp3p150 112(2)，由，得，虚物成放大实像。 p',,3pp,,50cm，,,p,3p150 6-7 在水平放置的凹面镜中盛少许水(水的折射率，深度不计)，一物点置于凹P43 54cm36cm面镜正上方，在与镜相距和处可分别得到实像。求凹面镜曲率半径及物点与镜的距离。 解:两个实像分别是经有水部分成的像和经没水部分成 的像。由于凹面镜中只有少许水，可以认为本题属于近轴光 r/2成像问题。设凹面镜曲率半径为，凹面镜的焦距为。r 下面计算有水部分的焦距。 让平行光线沿主光轴入射凹面镜，光线经水面折射、凹 题6-7 解图面镜反向和第二次水面折射后，最后成像位置就是有水部分 的焦点。第一次水面折射时，;凹面镜反p,,p',,11 向时，由凹面镜成像公式，可求得 ;第二次水面折射时，由 p,r/2p,,p',r/2322 3r/8平面折射公式，可得。得出有水部分的焦距为。 p',3r/83 p设物点与凹面镜的距离为，由题意可列出两个成像式子 118112 ，,，, p54rp363r r,72cm联立以上二式，求得，。 p,108cm