大纲版2011届高三物理一轮全程复习：第十三单元 几何光学

几何光学部分

一、光的直线传播

1.光在同一均匀介质中是沿直线传播的

前提条件是在同一均匀介质。否则，可能发生偏折。如光从空气斜射入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。

2.光线:沿着光的传播方向画出的几何线；它表明光能量的传播方向。 （它与电力线、磁力线一样是人们为研究方便而假想出来的） 3.光束：有一定关系的光线的集合叫光束。（有会聚、发散即平行光束） 4.真空中的光速：c?3.0?108ms ；媒质中的光速v?c 5.表现：①小孔成像；

②影 （本影、半影、伪本影）的产生。

本影：影区中完全不会受到光的照射；

半影：本影的周围有一个能受到光源发出的一部分光照射的区域； 本影区：日全食；半影区：日偏食；伪本影区：日环食

光的直线传播规律是物体成像作图的基础，也使整个几何光学的理论基础。

例1. 如图所示，在A点有一个小球，紧靠小球的左方有一个点光源

S vt l A S。现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是

A.匀速直线运动 B.自由落体运动 C.变加速直线运动 D.匀减速直线运动

解：小球抛出后做平抛运动，时间t后水平位移是vt，竖直位移是

h x 12gt，根据相似形知2识可以由比例求得x?glt?t，因此影子在墙上的运动是匀速运动。

2v

二、反射 平面镜成像

1. 反射定律： ①射光线和入射光线和法线在同一平面上，

②反射光线和入射光线分居在法线的两侧； ③反射角等于入射角。即??i

注意： ①法线垂直界面；

②法线是入射光线、反射光线的角平分线； ③光路的可逆性；

④沿法线入射，光线原路返回。

2．分类：镜面反射、漫反射

镜面反射的特点：①镜面反射不改变光束性质；

②入射光线不变，平面镜转过α角，反射光线转过2α角。

3.平面镜成像的特点：对称、等大、正立、虚像。像与物关于镜面为对称。

（1） 光路图作法

根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。

（2）充分利用光路可逆

在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。） （3）利用边缘光线作图确定观像范围：①找像；②找边界 例2 如图所示，画出人眼在S处通过平面镜可看到障碍物后地面的范围。

解：先根据对称性作出人眼的像点S /，再根据光路可逆，设想S处有一个点光源，它能通过平面镜照亮的范围就是人眼能通过平面镜看到的范围。图中画出了两条边缘光线。

S / S P Q 例3. 如图所示，用作图法确定人在镜前通过平面镜可看到AB完整像的范围。

解：先根据对称性作出AB的像A/B/，分别作出A点、B点发出的光经平面镜反射后能射到的范围，再找到它们的公共区域（交集）。就是能看到完整像的范围。

三、折射与全反射

1.折射定律：①射光线和入射光线和法线在同一平面上，

②折射光线和入射光线分局在法线的两侧； ③入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比n?sini。

sinr看到AB完整像的范围

A A/ B/ 2．折射率：表示光从一种介质进入到另一种介质偏折性能的物理量。 绝对折射率：（空气入射介质）

n?sinic? ( n>1)

??sinrv??折射光路也是可逆的。 3．各种色光性质比较

（空气中） 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 折射率： 小 ? 大 频 率： 低 ? 高 波 长： 长 ? 短 介质中的波速： 大 ? 小

以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要，一定要牢记。

4．全反射：（1）条件：①光从光密媒质进入光疏媒质；

② 入射角大于临界角C；

sinC11? C?arcsin sin90nn （2）发生全反射时，光线遵守反射定律。 5.边作图边计算

有关光的折射和全反射，在解题时要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步在根据需要算一步。作图要依据计算结果，力求准确。

例：在厚度为d ，折射率为n 的大玻璃般的下表面，紧贴着一个半径为r 的圆形发光

面。为了从玻璃板的上方看不见圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一块纸片，求所贴纸片的最小面积。

例4. 直角三棱镜的顶角α=15°, 棱镜材料的折射率n=1.5，一细束单色光如图所示垂直于左侧面射入，试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。 解：由n=1.5知临界角大于30°小于45°，边画边算可

B D A C α 知该光线在射到A、B、C、D各点时的入射角依次是75°、60°、45°、30°，因此在A、B、C均发生全反射，到D点入射角才第一次小于临界角，所以才第一次有光线从棱镜射出。

6.光导纤维

全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出

。

例5. 如图所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=2的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以α= 45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出。求：⑴该激光在光导纤维中的速度v是多大？⑵该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？

解：⑴由n=c/v可得v=2.1×108m/s

⑵由n=sinα/sinr可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界

角45°，因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线达到右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s=2L/3，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是t=s/v=2.7×10-8s。 四、棱镜

1.棱镜对光的偏折作用

α