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物理知识点高中物理竞赛辅导讲义:几何光学【精品教案】


几 何 光 学 §1.1 几何光学基础 1、光的直线传播:光在同一均匀介质中沿直线传播。 2、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。 3、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; A 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。 S1 S 4、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 i1 与折射角 i 2 满足 n1 sin i1 ? n2 sin i2 ; 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 n1 对折射率为 n2 的光疏介质的临界角 的光密介质 S2 S3 图 1-2-1 O B sin C ? n2 n1 ) 。 §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 S1 S4 O S5 S2 S3 图 1-2-2 S S 面镜反射后形成了 S1 、 S 2 、 3 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 S S 上,而且 S 和 S1 、S 和 S 2 、 S1 和 3 、 S 2 和 3 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 60?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 S1 和 S 2 ;③过 S1 和 S 2 作 BO 和 AO 的垂线与圆交于 S 3 和 S 4 ;④过 S 3 和 S 4 作 AO 和 BO 的垂线与圆交于 S 5 ,S1 ~ S 5 便是 S 用心 爱心 专心 在两平面镜中的 5 个像。 双镜面反射。如图 1-2-3,两镜面间夹角 a =15?,OA=10cm,A 点发出的垂直于 L2 的光线射 向 L1 后在两镜间反复反射,直到光线平行于某一镜面射出, 则从 A 点开始到最后一次反射点,光线所走的路程是多少? 如图 1-2-4 所示,光线经 L1 第一次反射的反射线为 BC, 根据平面反射的对称性, BC ? ? BC ,且∠ BO C ? ? a 。上述 L1 O α A L2 A, B, C ?, D? 均在同一直线上, 因此光线在 L1 、L2 之间的反复 图 1-2-3 反射就跟光线沿 ABC ? 直线传播等效。设 N ? 是光线第 n 次反射的入射点,且该次反射线不再 射到另一个镜面上,则 n 值应满足的关系是 na <90? ? (n ? 1)a , n? N ?OA ? 750 ,总路程 AN ? ? OAtg5? 900 ?6 a 。取 n=5,∠ ? 37.3cm 。 O? C? B O α A C 2、全反射 全反射光从密度媒质 1 射向光疏媒质 2, 当入射角大于 临界角 a ? sin n21 时,光线发生全反射。 全反射现象有重要的实用意义,如现代通讯的重要组 成部分——光导纤维, 就是利用光的全反射现象。 图 1-2-5 是光导纤维的示意图。AB 为其

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