第12章 光 学12.2 课后习题详解一、复习思考题§12-1 几何光学简介12-1-1 试举例说明在日常生活中所观察到的全反射现象．答：全反射，又称全内反射，是指光由光密（即光在此介质中的折射率大的）介质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）介质的界面时，全部被反射回原介质内的现象．产生全反射的条件是：（1）光必须由光密介质射向光疏介质；（2）入射角必须大于或等于临界角．如图12-1-1所示的全反射棱镜，光以45°入射角由玻璃反射出空气，而临界角约42°，则发生全反射，由此原理制备了潜望镜、望远镜等．图12-1-112-1-2 汽车的后视镜的结构如何？所成的像有何特点？答：（1）一般在汽车的后视镜设计上，为便于司机的驾驶，将后视镜设为凸面镜；（2）物体在后视镜所成的像是缩小正立的虚像．12-1-3 试在表中填写球面反射镜成像的特征．对于凸面镜，作类似的分析．答：设f表示凹面镜的焦距，p表示物体距离凹面镜的位置，p'表示成像距离凹面镜的位置．球面反射镜成像的特征如表12-1-1，凸面镜成像的特征如表12-1-2．表12-1-1 凹面镜成像特征物像位置类型（实、虚）位置方位放缩性∞＞p＞2f实像2f＞p′＞f倒立缩小p＝2f实像p′＝2f倒立大小相同f＜p＜2f实像∞＞p＞2f倒立放大p＝f不成像p′＝∞0＜p＜f虚像0＞p′＞－∞正立放大表12-1-2 凸面镜成像特征物像位置类型（实、虚）位置方位放缩性∞＞p＞0虚像f＞p′＞0正立缩小（任何位置）12-1-4 试列表分析薄透镜（凸透镜和凹透镜）成像的特征．答：设f表示凹面镜的焦距，p表示物体距离凹面镜的位置，p'表示成像距离凹面镜的位置．表12-1-3 薄透镜（凸透镜）成像特征物像位置类型（实、虚）位置方位放缩性∞＞p＞2f实像2f＞p'＞f倒立缩小p＝2f实像p'＝2f倒立缩小f＞p＞2f实像∞＞p＞2f倒立放大p＝f不成像p'＝∞0＜p＜f虚像像与物同侧p′＞p正立放大－∞＜p＜0（虚物）实像f＞p'＞0正立缩小表12-1-4 薄透镜（凹透镜）成像特征物像位置类型（实、虚）位置方位放缩性任何位置虚像p'＜f正立缩小§12-2 光源单色光相干光12-2-1 为什么两个独立的同频率的普通光源发出的光波叠加时不能得到干涉图样？答：这是因为普通光源发出的光，在振动方向上以及相位上都没有任何联系，而且两光的相位差关系也是随机的．而两列光波叠加后产生干涉现象必须满足：两列光波频率相同，振动方向相同以及相位差恒定，三者缺一不可．因此，两个独立的普通光源所发出的光波一般不能产生干涉现象．12-2-2 获得相干光的方法有哪些？根据何在？答：（1）获得相干光的一般方法是分振幅法和分波阵面法：①分振幅法是将光投射到两种介质面上，经反射而折射分成两束相干光，从而形成相干光源；②分波阵面法是从光源发出的某波阵面上取出两部分面元作为两个相干的光源．（2）获得相干光的根据：利用反射、折射或衍射等方法把从光源同一点发出的光分成两个振动方向相同、频率相同、相位差相同或恒定的光波列，如此得到的两束光即为相干光．§12-3 双缝干涉12-3-1 试讨论两个相干点光源S1和S2在如下的观察屏上产生的干涉条纹：（1）屏的位置垂直于S1和S2的连线．（2）屏的位置垂直于S1和S2连线的中垂线．答：设两个相干点光源初相相同，光在空间的轨迹为一组以S1和S2的连线为中心对称轴的双叶旋转双曲面，如图12-1-2所示．（1）当屏的位置垂直于S 1和S 2的连线时，屏上产生的干涉条纹为圆条纹．（2）当屏的位置垂直于S 1和S 2连线的中垂线时，屏上产生的干涉条纹为双曲线，可近似看作平行的直条纹．图12-1-212-3-2 在杨氏双缝实验装置中，试描述在下列情况下干涉条纹如何变化：（1）当两缝的间距增大时；（2）当双缝的宽度增大时；（3）当线光源S 平行于双缝移动时；（4）当线光源S 向双缝屏移近时；（5）当线光源S 逐渐增宽时．答：由明纹位置坐标公式，计算得到相邻明纹间距为．（1）随着两缝间距的增大，屏上明纹间距逐渐变小，条纹变密．（2）随着双缝宽度的增大，衍射的中央亮区的范围缩小，干涉条纹的数目减少，但由于有更多光进入单缝，因此干涉条纹的亮度有所增加．（3）随着线光源S 平行于双缝移动，干涉条纹将沿与光源移动相反的方向移动，如图12-1-3．图12-1-3（4）随着线光源S 向双缝屏移近，干涉条纹基本不发生什么变化，明纹光强可能有轻微改变．（5）随着线光源S 逐渐变宽，可将光源S 微分为无数个互不相干的线光源，各个线光源在屏上形成各自的干涉条纹（图12-1-4）．但是，随着线光源S 的逐渐加宽，干涉条纹逐渐变得模糊，最终会消失．因此存在一个光源的极限宽度，理论上计算得极限宽度为．当光源超过极限宽度时，就看不到干涉条纹．图12-1-412-3-3 在杨氏双缝实验中，如有一条狭缝稍稍加宽一些，屏幕上的干涉条纹有什么变化？如把其中一条狭缝遮住，将发生什么现象？答：（1）若把一条狭缝稍稍加宽，于是通过该缝的光强增加，即光的能量增加．此。
第三讲平面镜成像和光的折射一、一周知识概述1、镜面反射：平滑镜面将互相平行的入射光线都沿某一相同的方向反射出去的反射。
（反射光线之间也是平行的）2、漫反射：粗糙表面将平行的入射光线向各个方向反射出去的反射。
3、平面镜成像规律：平面镜所成的像是正立的虚像，物体到平面镜的距离与所成的像到平面镜的距离相等。
像的大小与物体的大小相等。
4、凸面镜和凹面镜：凹镜、凸镜的反射面都是球面的一部分。
凹镜能把射向它的平行光会聚在一点。
凹镜应用：A、利用凹镜聚光；B、利用凹镜得到平行光。
凸镜和平面镜成像相同点：正立的虚像。
不同点：凸镜观察到的范围比平面镜观察到的范围大。
凸镜可以扩大视野。
5、光的折射：光从一种介质射入另一种介质时，传播方向一般发生变化的现象。
6、光的折射规律：光从空气斜射入水或玻璃表面时，折射光线与入射光线、法线在同一平面上；折射光线和入射光线分居法线两侧，折射光线向法线靠拢，折射角小于入射角；入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变。
（折射光路也是可逆的）二、重难点知识讲解1、表面是光滑平面的镜子叫做平面镜。
2、虚像的物理意义：虚像不是实际光线的会聚点。
3、平面镜成像特点：(1)像与物体大小相同(2)像到镜面的距离等于物体到镜面的距离(3)像与物体的连线与镜面垂直(4)平面镜成的是虚像。
4、平面镜应用：根据平面镜的成像特点，人们常有以下应用：（1）用来观察眼睛不能直接看到的物体，如自己的笑容、姿势等；（2）用于间接观察。
用潜望镜从水下观察海面上的情况或从战壕里观察地面敌情等；（3）用来改变光路以按要求控制光线的走向。
如正交的两块平面镜对任意入射光线的传播方向均改变180°且产生侧移。
而相互平行的两块平面镜对任意入射的光线不改变其传播方向，仅产生侧向平移。
例1、一人立于镜前2m处，这个人在镜子里的像离他本人多远？如果人向镜面前进0.8m，人和像间距离又是多远？解答：根据对称特点，像与人相距4m.如果人向镜面移近0.8m，像也向镜面移近0.8m，人与像间的距离为2.4m.思维方式：应用平面镜成像的对称特点分析。
