全部光学内容梳理！小孔成像、凸透镜成像等

全部光学内容梳理！小孔成像、凸透镜成像等超人老师 2020-02-25 19:02:23

光的直线传播

1.光现象：包括光的直线传播、光的反射和光的折射。

2.光源：能够发光的物体叫做光源。

光源按形成原因分：可以分为自然光源和人造光源。

月亮不是光源，月亮本身不发光，只是反射太阳的光。

3.光的直线传播：光在真空中或同一种均匀介质中是沿直线传播的，光的传播不需要介质。

大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折（海市蜃楼、早晨看到太阳时，太阳还在地平线以下、星星的闪烁等）

光沿直线传播的现象：小孔成像、井底之蛙、影子、日食、月食、一叶障目。

光沿直线传播的应用：

• ①激光准直：直队要向前看齐，打靶瞄准。
  

• ②影的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，由于光是沿直线传播的，所以在不透光的物体后面，光照射不到，形成了黑暗的部分就是影。
• ③日食月食的形成日食的成因：当月球运行到太阳和地球中间时，并且三球在一条直线上，太阳光沿直线传播过程中，被不透明的月球挡住，月球的黑影落在地球上，就形成了日食.
  

• 月食的成因：当地球运行到太阳和月球中间时，太阳光被不透明的地球挡住，地球的影落在月球上，就形成了月食.
  

• 如图：在月球后1的位置可看到日全食，在2的位置看到日偏食，在3的位置看到日环食。
  

• ④小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形状与孔的形状无 关。像可能放大，也可能缩小。
  

用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化。这种现象反映了光沿直线传播的性质。

小孔成像原理： 光在同一均匀介质中，不受引力作用干扰的情况下沿直线传播。
根据光的直线传播规律证明像长和物长之比等于像和物分别距小孔屏的距离之比。

4.光线：用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向的直线。（光线是假想的，实际并不存在）
光线是由一小束光抽象而建立的理想物理模型，建立理想物理模型是研究物理的常用方法之一。

5.光速：光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快。

(1)光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s；

光在空气中速度约为3×108m/s（注意指数）。

光在水中速度为真空中光速的3/4，在玻璃中速度为真空中速度的2/3 。

雷声和闪电在同时同地发生，但我们总是先看到闪电后听到雷声，这说明什么问题？
这表明光的传播速度比声音快。

(2)光年是长度的单位，1光年表示光在1年时间所走的路程，1光年＝3×108米/秒×365×24×3600秒＝9.46×1015米

注意：光年不是时间的单位。

二

光的反射

1.反射：光在两种物质的交界面处会发生反射。
我们能够看见不发光的物体，是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。

定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。任何物体的表面都会发生反射。

2.探究实验：探究光的反射规律【设计实验】把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板ENF竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面，如图2-2所示。

取下纸板，用量角器测量NO两侧的角i和r。

【实验表格】

【实验现象和结论】在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角（i＝r）。

【注意】

① 把纸板NOF向前或向后折，将看不到反射光线，这说明反射光线、入射光线在同一个平面内。
② 如果让光逆着反射光线的方向射到镜面，那么，它被反射后就会逆着原来的入射光的方向射出。这表明，在反射现象中，光路是可逆的。

3.光的反射定律

在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角，反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角为零时，反射角也变为零度。

（简记为：三线共面、两线分居、两角相等）。

如图2-3，垂直于镜面的直线ON叫做法线；入射光线与法线的夹角i叫做入射角；反射光线与法线的夹角r叫做反射角。

4.光的反射的两种类型：

漫反射和镜面反射。这两种反射都遵循光的反射定律。

● ⑴ 镜面反射

定义：射到物面上的平行光反射后仍然平行。即入射光线平行，反射光线也平行，其他方向没有反射光。

条件：反射面平滑。

应用：迎着太阳看平静的水面，特别亮。黑板“反光”等，都是因为发生了镜面反射。

● ⑵ 漫反射

定义：射到物面上的平行光反射后向着不同的方向 ，每条光线遵守光的反射定律。

条件：反射面凹凸不平。

应用：能从各个方向看到本身不发光的物体，是由于光射到物体上发生漫反射的缘故。

练习：☆请各举一例说明光的反射作用对人们生活、生产的利与弊。

○ ⑴有利：生活中用平面镜观察面容；我们能看到的大多数物体是由于物体反射光进入我们眼睛。

○ ⑵有弊：黑板反光；城市高大的楼房的玻璃幕墙、釉面砖墙反光造成光污染。

☆把桌子放在教室中间，我们从各个方向能看到它原因是：光在桌子上发生了漫反射。

5. 如果想在平面镜内看到全身像，镜子高度至少为身高的一半。

6. 画反射光线或入射光线完成光路图的方法

• (1)画反射光线或入射光线完成光路图的依据是光的反射定律。
• (2)当绘制完成的时候，图中必须包含以下元素：平面镜、入射光线、反射光线（标好箭头）、入射角和反射角相等的标志（如果给出角度，还要标好角度）、法线（虚线）和垂直标志。
• (3)已知平面镜、入（反）射光线、入（反）射角时，先过入（反）射点作法线。然后在法线的另一侧量出与入（反）射角相等的角，作出反（入）射光线。最后将其他元素补全。
• (4)已知入射光线、反射光线时，先作两线交角的角平分线，作为法线。然后过两线交点作垂直于法线的平面镜。最后将其他元素补全。
  

7.面镜

⑴平面镜：

成像特点：正立，等大,等距,垂直,虚像

①像、物大小相等

②像、物到镜面的距离相等。

③像、物的连线与镜面垂直

④物体在平面镜里所成的像是虚像。

成像原理：光的反射定理

作 用：成像、 改变光路

实像和虚像：

实像：实际光线会聚点所成的像，可以用屏接到，也可以用眼睛看到。

虚像：反射光线或折射光线反向延长线的会聚点所成的像，只能用眼睛看到，不能用屏接到。

平面镜的应用：水中的倒影；平面镜成像；潜望镜。

⑵球面镜

①凹面镜

定义：用球面的内表面作反射面。

性质：凹镜能把射向它的平行光线 会聚在一点；从焦点射向凹镜的反射光是平行光

应 用：太阳灶、手电筒反射面、汽车头灯，天文望远镜。

②凸面镜

定义：用球面的外表面做反射面。

性质：凸镜对光线起发散作用。凸镜所成的象是缩小的虚像

应用：汽车后视镜，路面拐弯处的反光镜。

练习：☆在研究平面镜成像特点时，我们常用平板玻璃、直尺、蜡烛进行实验，其中选用两根相同蜡烛的目的是：

便于确定成像的位置和比较像和物的大小。

☆ 汽车司机前的玻璃不是竖直的，而是上方向内倾斜，除了可以减小前进时受到的阻力外，从光学角度考虑这样做的好处是：

使车内的物体的像成在司机视线上方，不影响司机看路面。汽车头灯安装在车头下部：可以使车前障碍物在路面形成较长的影子，便于司机及早发现。

三

颜色及看不见的光

1.白光的组成：

红，橙，黄，绿，蓝，靛，紫，白色光不是单色光。

单色光：不能再分解的色光

复色光：由其他色光混合而成的色光

(1)光的色散：太阳光用三棱镜可以分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光的现象。雨后的彩虹就是光的色散现象。

(2)色光的三原色：红、绿、蓝；(三种色光按照不同比例混合可以产生各种颜色的光）

颜料的三原色是：红、黄、蓝。

颜料的混合原理是：两种颜料混合色是它们都能反射的色光，其余的色光都被这两种颜料吸收掉了。

色光的混合原理是：两种色光混合后使眼睛感觉到了另一种颜色。

彩色电视机里的各种颜色是怎样产生的呢？

通过用放大镜观察，就可以发现，电视机屏幕上显现出画面的丰富多彩的颜色，都是由红、绿、蓝三色光条合成的.

光照到物体表面上时，有一部分光被物体反射，一部分光被吸收，如果物体是透明的，还有一部分光会透过它。

不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的，反射什么颜色的光，就呈现什么颜色。透明物体的颜色是由它透过的色光决定的，通过什么颜色的光，就呈现什么颜色。

2.看不见的光

(1)光谱：把光按红,橙,黄,绿,蓝,靛,紫的顺序排列起来，就是光谱。

(2)红外线：太阳光色散区域（光谱）中，红光外侧的不可见光叫做红外线，红外线能使被照射的物体发热（如太阳的热就是以红外线传送到地球上的），具有热效应所有物体都在不停的向外辐射红外线。

应用：红外探测器﹑红外照相机﹑红外夜视仪﹑追踪导弹、遥控

(3)紫外线：太阳光色散区域中，紫光外侧的不可见光叫做紫外线。紫外线能使 荧光物质发光，另外还可以灭菌 。

应用：验钞机﹑紫外线杀菌。特点：促进钙质吸收、杀死微生物、荧光物质发荧光。

(4) 雾灯用黄光的理由：不易被空气散射，人眼对黄光敏感。

四

光的折射

1.定义：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化；这种现象叫光的折射现象。

理解：光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。

注意：在两种介质的交界处，既发生折射，同时也发生反射

2.光的折射定律

三线同面，法线居中，空气中角大，光路可逆

(1)折射光线，入射光线和法线在同一平面内。

(2)折射光线和入射光线分居与法线两侧。

(3)光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角，属于近法线折射。

光从水中或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角，属于远法线折射。

光从空气垂直射入（或其他介质射出），折射角=入射角= 0 度。

3.应用：从空气看水中的物体，或从水中看空气中的物体看到的是物体的虚像，看到的位置比实际位置 高

练习：☆池水看起来比实际的浅是因为光从水中斜射向空气中时发生折射，折射角大于入射角。

☆蓝天白云在湖中形成倒影，水中鱼儿在“云中”自由穿行。这里我们看到的水中的白云是由光的反射而形成的虚像，看到的鱼儿是由是由光的折射而形成的虚像。

五

透镜

1.名词

透镜：透明物质制成(一般是玻璃)，至少有一个表面是球面的一部分，且透镜厚度远比其球面半径小的多。

分类

凸透镜：边缘薄，中央厚
凹透镜：边缘厚，中央薄

主光轴：通过两个球面球心的直线。

光心（O）：即薄透镜的中心。性质：通过光心的光线传播方向不改变。

焦点（F）：凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这个点叫焦点。

虚焦点：跟主光轴平行的光线经凹透镜后变得发散，发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点，这一点不是实际光线的会聚点，所以叫虚焦点。

焦距（f）：焦点到凸透镜光心的距离。

2.透镜及对光线的作用

3.填表

六

凸透镜成像规律及其应用

1.实验：实验时点燃蜡烛，使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度，目的是：使烛焰的像成在光屏中央。

若在实验时，无论怎样移动光屏，在光屏都得不到像，可能得原因有：

①蜡烛在焦点以内；

②烛焰在焦点上

③烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度；

④蜡烛到凸透镜的距离稍大于焦距，成像在很远的地方，光具座的光屏无法移到该位置。

2.实验结论：（凸透镜成像规律）

F分虚实,2f大小,实倒虚正, (一倍焦距分虚实，两倍焦距分大小，像的移动方向与物体相同)

3.凸透镜成像规律

通过上述表格，可总结出凸透镜成像的规律有(常用)：

(1)实像→倒立、异侧

虚像→正立、同侧

(2)像距越大，成像也越大（类似于小孔成像）

u＞v 缩小

u=v 等大

u＜v 放大

(3)成实像时物距u与像距v谁更大，则它对应的物(像)也大

(4)物像总沿同方向移动

①成实像时（异侧）：u↑，v↓

②成虚像时（同侧）：u↑，v↓

应用：放大镜（成更大的像）→适当远离报纸。

(5)物距u=f时，为成像最大点。物体越靠近焦点，成像越大。

实像(u＞f)：u↓ 像↑

虚像(u＜f)：u↑ 像↑

(6)成实像时，物距u与像距v之和u＋v≥4f。

（当u=v=2f时，取等号）

4.对规律的进一步认识：

(1)u＝f是成实像和虚像，正立像和倒立像，像物同侧和异侧的分界点。

(2)u＝2f是像放大和缩小的分界点

(3)当像距大于物距时成放大的实像（或虚像），当像距小于物距时成倒立缩小的实像。

(4)成实像时：

⑸成虚像时：

5.凸透镜成像规律口决记忆法

口决一：
“一焦分虚实，二焦分大小；虚像同侧正；实像异侧倒，物运像变小”

口决二：
三物距、三界限，成像随着物距变；
物远实像小而近，物近实像大而远。
如果物放焦点内，正立放大虚像现；
幻灯放像像好大，物处一焦二焦间；
相机缩你小不点，物处二倍焦距远。

口决三：

凸透镜，本领大，照相、幻灯和放大；
二倍焦外倒实小，二倍焦内倒实大；
若是物放焦点内，像物同侧虚像大；
一条规律记在心，物近像远像变大。

6.为了使幕上的像“正立”（朝上），幻灯片要倒着插。

7.照相机的镜头相当于一个凸透镜，暗箱中的胶片相当于光屏，我们调节调焦环，并非调焦距，而是调镜头到胶片的距离，物离镜头越远，胶片就应靠近镜头。

七

眼镜和眼睛

1.成像原理：人的眼睛像一架神奇的照相机，晶状体相当于照相机的镜头（凸透镜），视网膜相当于照相机内的胶片。从物体发出的光线经过晶状体等一个综合的凸透镜在视网膜上行成倒立，缩小的实像，分布在视网膜上的视神经细胞受到光的刺激，把这个信号传输给大脑，人就可以看到这个物体了。

2.近视及远视的矫正：

近视眼：成像于视网膜之前，看不清远处的景物，用凹透镜矫正。

远视眼：成像于视网膜之后，看不清近处的景物，用凸透镜矫正。

八

显微镜和望远镜

1.显微镜

显微镜镜筒的两端各有一组透镜，每组透镜的作用都相当于一个凸透镜，靠近眼睛的凸透镜叫做目镜，靠近被观察物体的凸透镜叫做物镜。

来自被观察物体的光经过物镜后成一个放大的实像，道理就像投影仪的镜头成像一样；目镜的作用则像一个普通的放大镜，把这个像再放大一次。经过这两次放大作用，我们就可以看到肉眼看不见的小物体了。

2.望远镜

由两组透镜组成的。我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要。望远镜的物镜所成的像虽然比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用，视角就可以变得很大。

望远镜能使远处的物体在近处成像。

伽利略望远镜：目镜为凹透镜，物镜为凸透镜。

开普勒望远镜：目镜物镜都是凸透镜，但是目镜的焦距较小（物镜焦距长，目镜焦距短）。

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我只看看不说话。。。