1、光波的知識(shí)n知識(shí)結(jié)構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu) 光波的反射 光波的折射 光波的衍射學(xué)習(xí)目的與要求學(xué)習(xí)目的與要求 1、理解、理解光現(xiàn)象光現(xiàn)象 2、掌握光的有關(guān)原理；、掌握光的有關(guān)原理；l光的度量光的度量l光的反射、折射、全反射現(xiàn)象；光的反射、折射、全反射現(xiàn)象；l透鏡成像；透鏡成像；l眼睛成像原理；照相機(jī)、顯微鏡等光學(xué)儀眼睛成像原理；照相機(jī)、顯微鏡等光學(xué)儀器。器。 光纖原理光纖原理 照相機(jī)原理照相機(jī)原理 眼鏡原理眼鏡原理 復(fù)印機(jī)原理復(fù)印機(jī)原理 幻燈機(jī)原理幻燈機(jī)原理 望遠(yuǎn)鏡原理望遠(yuǎn)鏡原理 顯微鏡原理顯微鏡原理 課后習(xí)題課后習(xí)題1-12 光的本性：是一種電磁波，具有光的本性：是一種電磁波，具有波波的性質(zhì)；的性質(zhì)；是一種

2、具有一定能量的光子流，也有是一種具有一定能量的光子流，也有微粒微粒的性質(zhì)。的性質(zhì)。電磁波譜：為了研究，將各種電磁波的波長(zhǎng)或頻率按其長(zhǎng)短或大小，依次排列成一完全不間斷的波譜，稱之為電磁波譜。 400500600700波長(zhǎng)（nm） 紅 = 7 107 m . 紫 = 4 107 mn熱光源：把熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣猓缣?yáng)、蠟燭、電燈。（顏色與溫度有關(guān)，如白熾燈內(nèi)的燈絲、加熱的鐵片）n冷光源：把其他形式的能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，如日光燈、水母、熒光棒（發(fā)光物體的溫度未升高，光的顏色隨物質(zhì)種類而定。）1、光源：、光源：自己能夠發(fā)光的物體叫光源。二、光的度量 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度（光強(qiáng)）：指光源在指定方向的（光強(qiáng)）：指光源在

3、指定方向的單單位立體角內(nèi)位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。表示光源發(fā)出的光通量。表示光源發(fā)光強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)弱弱的量，用的量，用I表示。光源輻射是均勻時(shí)，則表示。光源輻射是均勻時(shí)，則 光強(qiáng)光強(qiáng)I= /，I國(guó)際單位是國(guó)際單位是candela（坎德（坎德拉）簡(jiǎn)寫拉）簡(jiǎn)寫cd,為立體角為立體角單位為球面度單位為球面度（sr）, 為光通量為光通量單位是單位是“流明流明” （lm) 。n立體角：曲面上，面積立體角：曲面上，面積s與其矢量半徑與其矢量半徑的二次方的比值的二次方的比值為此面為此面對(duì)應(yīng)的立體角。記對(duì)應(yīng)的立體角。記作作=s/r2.可得：閉合球面的可得：閉合球面的立體立體角都是角都是4。 光通量：光通量： 在單位時(shí)

4、間內(nèi)，光源向各個(gè)方向發(fā)在單位時(shí)間內(nèi)，光源向各個(gè)方向發(fā)出的全部出的全部光能光能，用，用表示，單位流明（表示，單位流明（lm)，英文英文lumen的音譯。的音譯。n規(guī)定：發(fā)光強(qiáng)度為規(guī)定：發(fā)光強(qiáng)度為I坎坎 的點(diǎn)光源為球心，通的點(diǎn)光源為球心，通過(guò)整個(gè)球面的總光通量過(guò)整個(gè)球面的總光通量=4I流。流。n思考：發(fā)光強(qiáng)度為思考：發(fā)光強(qiáng)度為1坎的點(diǎn)光源呢？坎的點(diǎn)光源呢？ 證明：發(fā)光強(qiáng)度為1坎的半徑為r的球面上，面積為r 2的球面的光通量為1流。發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉的點(diǎn)光源在單位立體角（1球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為1 流。 光亮度光亮度:表示表示發(fā)光面發(fā)光面明亮程度的，單位明亮程度的，單位面積面積的光通量的光通量，單

5、位是流，單位是流/平方米。（課本定義）平方米。（課本定義） 例題：發(fā)光強(qiáng)度為例題：發(fā)光強(qiáng)度為450坎的白熾燈，半徑為坎的白熾燈，半徑為公分，它的公分，它的亮度亮度近似是多少？近似是多少？n4 *4504 0.05l 照度描述的是物體表面照度描述的是物體表面被照明的程度被照明的程度，單，單位是勒克斯，是英文位是勒克斯，是英文lux的音譯，也可寫為的音譯，也可寫為lx。l照度等于受照物體表面上得到的光通量與照度等于受照物體表面上得到的光通量與被照射的被照射的面積面積之比之比 。E=/S （勒克斯、流（勒克斯、流明、平方米）明、平方米）發(fā)光強(qiáng)度為450坎的白熾燈，半徑為公分，它的亮度近似是多少？ 距

6、離3米的課本的照度近似是多少（忽略反射的影響）？ 如果要求書(shū)房、辦公室照度為5001000 最少安裝多少燈泡？解：n4 *4504 0.05n近似E= 4 *450/ 432=50勒 晴天 30000300000 陰天 3000 日出日落 300 月圓 0.30.03 星光 0.00020.00002 書(shū)房、辦公室5001000 客廳（不閱讀書(shū)報(bào)）150300 浴廁、更衣室200500 餐桌300500 走廊、樓梯3575 電梯、走道100200 車庫(kù)、倉(cāng)儲(chǔ)3075 三、三、光的特性：光的特性：光在真空或同一種均勻的媒質(zhì)中是直線傳播。光射到兩種媒質(zhì)的分界面上 ：一部分沿著某一方向反出去叫光的反

7、射；一部分 折入另一媒質(zhì)偏離法線叫光的折射。n1、光的反射和反射定律、光的反射和反射定律反射類型：?jiǎn)蜗蚍瓷淙肷?、反射光線均平行漫反射界面粗糙不平，反射光線不平行 漫 反 射鏡面反射入射光線法線反射光射媒質(zhì)n反射定律反射定律：反射光線在入射光線和法線決定的平面里，反射光線和入射光線分居在法線兩側(cè)；反射角等于入射角；光路可逆。 折射定律的相關(guān)知識(shí) 折射率。n=sini/sin=C光光/Cl折射率小 折射率大，l折射角小于入射角，折射朝向法線。l折射率大 折射率小，l折射角大于入射角，折射遠(yuǎn)離法線。(光速小的光速大)全反射2、折射定律：、折射定律：n折射光線和入射光線分居在折射光線和入射光線分居在法

8、線兩側(cè)，它們?cè)谝黄矫?。法線兩側(cè)，它們?cè)谝黄矫妗對(duì)于給定的兩種媒質(zhì)，對(duì)于給定的兩種媒質(zhì)，入射入射角的正弦與折射角的正弦的比角的正弦與折射角的正弦的比值，是常數(shù)（折射率值，是常數(shù)（折射率n），）， 等等于光在這兩種媒質(zhì)中的光速之于光在這兩種媒質(zhì)中的光速之比比 。n=sini/sin=C1/C2n光路可逆光路可逆l折射率小 折射率大，折射角小于入射角，折射朝向法線。l折射率大 折射率小，折射角大于入射角，折射遠(yuǎn)離法線。(光速小的 光速大)3、全反射、全反射l折射率大折射率大 折射率小，折射角大于入射角，折射率小，折射角大于入射角，折射光線遠(yuǎn)離法線。折射光線遠(yuǎn)離法線。(光速光速小小的的 光速光速大大

9、的）的）l入射角大于臨界角，折射光線全部返回媒質(zhì)入射角大于臨界角，折射光線全部返回媒質(zhì)全全反射反射產(chǎn)產(chǎn)生全反射的生全反射的條條件件1.1.光由光光由光密密介介質(zhì)質(zhì)射向光射向光疏疏介介質(zhì)質(zhì)。( (光速光速小小 到光速到光速大大）2.2.入射角大入射角大于臨于臨界角。界角。 臨臨界角的計(jì)算界角的計(jì)算 臨臨界角：折射角等界角：折射角等于于 9090o o 時(shí)時(shí)的入射角。的入射角。 若光密介若光密介質(zhì)質(zhì)和光疏介和光疏介質(zhì)質(zhì)的折射率分別的折射率分別為為n n1 1 和和 n n2 2（n n1 1 n n2 2），則），則臨臨界角界角 C C 滿足滿足2C1nsinn o1c2n sinn sin90

10、n光光纖纖應(yīng)應(yīng)用用于醫(yī)療診于醫(yī)療診病病用的內(nèi)用的內(nèi)視鏡視鏡，以及光，以及光纖纖通通迅迅等。等。n三三棱鏡棱鏡: :利用三利用三棱鏡棱鏡，可以改，可以改變變光光線線路路徑徑的方向的方向。ooC 4245 玻璃的臨界角全反射棱鏡全反射棱鏡 屈光度公式屈光度公式D = 1 /f （f是焦距）（是焦距）（焦度焦度）屈光度的屈光度的100倍，是倍，是透鏡的度數(shù)透鏡的度數(shù)。 成像規(guī)律成像規(guī)律 光學(xué)儀器原理光學(xué)儀器原理：中央比邊緣厚。 ：中央比邊緣薄。 (a)(b)(c) 凸透鏡的種類：(a)雙凸透鏡，(b)平凸透鏡，(c)凹凸透鏡。(a)(b)(c) 凹透鏡的種類：(a)雙凹透鏡，(b)平凹透鏡，(c)凸

11、凹透鏡。4、透鏡成像以兩個(gè)球面（或一個(gè)是平面）為折射界面的透明體稱為透鏡：鏡鏡面的中心面的中心點(diǎn)點(diǎn)，如，如圖圖中的中的，又，又稱稱鏡鏡心心。 ：通：通過(guò)過(guò)兩球心的直兩球心的直線線，如，如圖圖中的中的。 ：靠近主：靠近主軸軸的平行光的平行光經(jīng)經(jīng)凸透凸透鏡鏡折射折射后后，大致聚，大致聚于于一一，如，如圖圖中的中的。 ：焦：焦至至鏡心鏡心的距的距離離，以，以 表示。表示。（觀察焦距與觀察焦距與曲光度關(guān)系曲光度關(guān)系 ） o o o凸透使平行于主軸的入射光線匯聚于焦點(diǎn)，透鏡的左右兩邊的主軸上各有一個(gè)焦點(diǎn)，兩邊的焦距相等。 凹透鏡使平行于主軸的入射光線發(fā)散，但這些射出光線的延長(zhǎng)線相交于同一點(diǎn)F，稱為虛焦點(diǎn)

12、。 (a)置于焦點(diǎn)的點(diǎn)光源所發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主軸。(b)指向凹透鏡焦點(diǎn)的入射光線，經(jīng)凹透鏡折射后平行于主軸。l屈光度公式D = 1 /f （f是焦距）（焦度）f=1m的透鏡的焦度，稱為1屈光度。l屈光度的100倍，是透鏡的度數(shù)。l凸透鏡的焦度是正的，凹透鏡的焦度是負(fù)的。作圖根據(jù)作圖根據(jù)n通過(guò)光心的光線，經(jīng)透鏡后方向不變；n跟主軸平行的光線，折射后通過(guò)焦點(diǎn)；n通過(guò)焦點(diǎn)的光線，折射后跟主軸平行。成像規(guī)律：成像規(guī)律：n凸透鏡成像與物距有關(guān)；n凹透鏡：成像與物體處于同側(cè)，呈縮小正立虛像。FF物距物距22倍焦距倍焦距物距大于物距大于2f成像規(guī)律成像規(guī)律 n 規(guī)律：成倒立、縮小的實(shí)像， 像與

13、物異側(cè)，物距大于像距。n主要應(yīng)用：照像機(jī)、人的眼主要應(yīng)用：照像機(jī)、人的眼睛睛FF物距=2倍焦距，物距等于物距等于2f成像規(guī)律成像規(guī)律n規(guī)律：成倒立、等大的實(shí)像，像與物異側(cè)，物距等于像距。n應(yīng)用很少，如復(fù)印機(jī)應(yīng)用很少，如復(fù)印機(jī)FF1倍焦距物距2倍焦距物距大于物距大于f、小于、小于2f的成像規(guī)律的成像規(guī)律 n規(guī)律：成倒立、放大的實(shí)像，像與物異側(cè)，物距小于像距。n主要應(yīng)用：幻燈機(jī)、顯微鏡、電影放映機(jī)。主要應(yīng)用：幻燈機(jī)、顯微鏡、電影放映機(jī)。FF物距物距1倍焦距倍焦距物距小于物距小于f成像規(guī)律成像規(guī)律 n規(guī)律：成正立、放大的虛像，像與物同側(cè)，物距小于像距的絕對(duì)值。n主要應(yīng)用：放大鏡、老花鏡。主要應(yīng)用：放

14、大鏡、老花鏡。FFn跟主軸平行的光線，折射后通過(guò)焦點(diǎn)；跟主軸平行的光線，折射后通過(guò)焦點(diǎn)；n通過(guò)焦點(diǎn)的光線，折射后跟主軸平行；通過(guò)焦點(diǎn)的光線，折射后跟主軸平行；n通過(guò)光心的光線經(jīng)過(guò)透鏡后方向不變。通過(guò)光心的光線經(jīng)過(guò)透鏡后方向不變。2、凹透鏡成像、凹透鏡成像 1/u + 1/v = 1/f ：物距；：像距；：焦距 放大率：K=像長(zhǎng)/物長(zhǎng) = v/u 照相機(jī)是利用凸透鏡能成縮小實(shí)像的原理制成。它的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，來(lái)自物體的光經(jīng)鏡頭后在膠片上形成一個(gè)倒立、縮小的實(shí)像倒立、縮小的實(shí)像。n調(diào)焦：調(diào)節(jié)鏡頭到膠片的距離，以便膠片上產(chǎn)生清晰的像(調(diào)焦環(huán)上面的數(shù)字是指被照物體到鏡頭的距離。) 光圈：控制進(jìn)入

15、鏡頭的光的多少。光圈環(huán)上的數(shù)字越小，進(jìn)入鏡頭的光越多。 快門：控制曝光時(shí)間?？扉T上的數(shù)字表示多少分之一秒數(shù)字越大，曝光時(shí)間越短。人的眼睛像一架神奇的照相機(jī)，p晶狀體相當(dāng)于照相機(jī)的鏡頭（凸透鏡,通過(guò)睫狀肌改變焦距.）p視網(wǎng)膜相當(dāng)于照相機(jī)內(nèi)的膠片，來(lái)自物體的光經(jīng)晶狀體成像于視網(wǎng)膜上，p再通過(guò)視覺(jué)神經(jīng)把信息傳到大腦，產(chǎn)生視覺(jué)。遠(yuǎn)眺時(shí)：睫狀體放松，晶狀體較薄，焦距較長(zhǎng)，遠(yuǎn)處物體射來(lái)的光剛好會(huì)聚在視網(wǎng)膜上，人便能看清楚遠(yuǎn)處的物體 。(但是遠(yuǎn)處物體的兩端對(duì)眼睛的光心所張的視角要大于1)近觀時(shí)：睫狀體收縮，晶狀體較厚，焦距較短，近處物體射來(lái)的光又會(huì)聚在視網(wǎng)膜上，人便能看清楚近處的物體。(最近是10厘米，看2

16、5厘米處物體不易疲勞，稱明視距離。) 常見(jiàn)的視力缺陷有近視、遠(yuǎn)視、散光，都是由于眼睛的調(diào)節(jié)功能降低，不能使物體的像清晰地成在視網(wǎng)膜上所引起的。n 近視眼看不清遠(yuǎn)處的景物，是因調(diào)節(jié)晶狀體的厚薄后，遠(yuǎn)處物體的像仍落在視網(wǎng)膜的前方。n 遠(yuǎn)視眼看不清近處的物體，是因調(diào)節(jié)晶狀體的厚薄后，近處物體的像仍落在視網(wǎng)膜的后面。n 散光眼：晶狀體與角膜不是球形，物體各點(diǎn)不能成像不在一平面。 第一個(gè)望遠(yuǎn)鏡是荷蘭的一位眼鏡制造師利佩爾席于1608年做成的。 是由兩個(gè)透鏡組成的，靠近眼睛的透鏡叫做目鏡，靠近被觀察物體的透鏡叫做物鏡。 第一位把望遠(yuǎn)鏡用于科學(xué)研究的是意大利物理學(xué)家伽利略。1609年，伽利略用自制的望遠(yuǎn)鏡觀察天體，以確鑿的證據(jù)支持了哥白尼的“日心說(shuō)”。 從天體射來(lái)的平行光線，經(jīng)物鏡后，在焦點(diǎn)以外距焦點(diǎn)很近處成一倒立縮小實(shí)像倒立縮小實(shí)像abab。目鏡的前焦點(diǎn)和物鏡的焦點(diǎn)是重合的，所以實(shí)像ab位于目鏡和它的焦點(diǎn)之間距焦點(diǎn)很近的地方，目鏡