高中物理竞赛几何光学.doc

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1、第07部分几何光学§1三大定律一、直线传播：1、条件：同一种均匀介质2、日食原理：3、月食原理：二、反射：1、反射定律：共面、分居两侧、等角2、平面镜成像：等大、等距、对称的虚像作图法：定律法、对称法3、反射视场：三、折射：1、折射定律：共面、分居两侧、斯涅尔公式：为定值2、折射率：描述介质对光线偏折程度的物理量。从真空射入介质：定义式：；决定式：从介质1射入介质2：；介质1对介质2的相对折射率：四、费马原理：1、光程：；在均匀介质中，光程等于光的几何路程与物质的折射率的乘积：；在不均匀介质中，取元光程，总光程为光程这光在介质中走过的路程折算成真空中走过的路程。2、费马原理：在

2、指定的两点之间光实际传播的路径是：光程取极值的路径。在大部分情况下，此极值为最小值，但有时为最大值，有时为恒定值。3、用原理解释直进、反射、折射：（1）直进：在均匀介质里传播，因为给定两点间直线路径最短，所以光沿直线传播。（2）反射：（3）折射：214页五、全反射：1、光密介质、光疏介质：两种介质相比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质2、定义：当光线从光密介质射到光疏介质的界面上时，若入射角大于临界角，则折射光线消失，只产生反射的现象叫全反射3、条件：⑴光从光密介质射向光疏介质；⑵入射角大于或等于临界角．两条件必须同时存在，才发生全反射。4、应用：全反射

3、棱镜、光导纤维、海市蜃楼：六、棱镜：1、定义：有两个、两个以上的折射面的透明介质。2、特点：光线通过棱镜时，出射光将向底面偏折．通过棱镜可看到物体的虚像，像的位置向顶角偏移．2、光路图：棱镜角为A（1）偏向角：A一定时，随而改变。（2）可证明：当光路对称即、时，有最小偏向角：此时，，。通过实验测量可求若A很小时，，则七、色散：1、色散光路图：2、单色光和复色光：3、光的色散：白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光的光束，这种现象叫光的色散。由七色光组成的光带称光谱．4、色散的本质：由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光的折射率不同．

4、那么在同一介质中各色光的临界角C也不一样．在同一介质中，频率越高的光，其传播速度越小，波长越短，折射率越大．作业：1、如图所示的府视图，宽1m的平面镜AB的右前方站着一个人甲，另一人乙沿AB的中垂线从远处向平面镜走近，乙能看到甲在平面镜中的像的位置是()A、走近过程的所有位置B、乙距镜不大于1m的位置C、只有在乙距镜0.5m的位置D、乙距镜不大于0.5m的位置2、如图所示为发生月食时，太阳光照射光线的示意图，当月球进入图中哪个区域时，在地球上处于夜晚地区的观察者可以看到月食：()A、全部进入区域ⅠB、全部进入区域Ⅱ和ⅣC、全部进入区域ⅢD、部分进入区域Ⅰ3、如右图所示，折射率为

5、n＝的液面上有一点光源S，发出一条光线，垂直地射到水平放置于液体中且距液面高度为h的平面镜M的O点上，当平面镜绕垂直于纸面的轴O以角速度ω逆时针方向匀速转动时，液面上的观察者跟踪观察，发现液面上有一光斑掠过，且光斑到P点后立即消失，求：(1)光斑在这一过程的平均速度。(2)光斑在P点即将消失时的瞬时速度。4、所示，AB为一块透明的光学材料左侧的端面。建立直角坐标系如图，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点O以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是下图中的哪一个（）yaθxoAByxoyxoyxoyxoA.B.C.D.

6、5、如图所示为安全门上的观察孔，直径ab为2cm，门的厚度ac为3.464cm。为了扩大向外观察的范围，将孔中完全嵌人折射率为的玻璃。求：(1）嵌入玻璃后向外观察视野的最大张角；（2）要视野扩大到180°，嵌入玻璃的折射率。6、如图所示，有一半圆形玻璃砖，玻璃的折射率为，AB为其直径，长度为D，O为圆心，一束宽为D／2的单色平行线光束垂直于AB从空气射入玻璃砖，其中心线P通过O点，如图所示，M、N为光束的边界光线，则M、N射出玻璃砖后的相交点距O点的距离为多少？7、如图所示，一不透明的圆柱形容器内装满折射率n=的透明液体，容器底部正中央O点处有一点光源S，平面镜MN与底面成45

7、°角放置，若容器高为2dm，底边半径为（1+）dm，OM=1dm，在容器中央正上方1dm处水平放置一足够长的刻度尺，求光源S发出的光线经平面镜反射后，照射到刻度尺的长度。（不考虑容器侧壁和液面的反射）8、所示，红光和紫光以不同的角度，沿半径方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，它们的出射光线沿OP方向，则下列说法中正确的是：（）A．AO是红光，穿过玻璃砖所需时间短　B．AO是紫光，穿过玻璃砖所需时间短C．AO是红光，穿过玻璃砖所需时间长　　D．AO是紫光，穿过玻璃砖所需时间长9、如图，a和b都是厚度