第十三章 光学
一、主要内容
本章内容包括光的直线传播、棱镜、光的色散、光的反射、光的折射、法线、折射率、全反射、临界角、透镜(凸、凹)的焦点及焦距、光的干涉、光的衍射、光谱、红外线、紫外线、X射线、y射线、电磁波谱、光电子、光子、光电效应、等基本概念,以及反射定律、折射定律、透镜成像公式、放大率计算式,光的波粒二象性等基本规律,还有光本性学说的发展简史。
二、基本方法
本章涉及到的方法有:运用光路作图法理解平面镜、凸透镜、凹透镜等的成像原理,并能运用作图法解题;根据透镜成像规律,运用逻辑推理的方法判断物象变化情况。
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:解题操作过程不规范导致计算错误;将几何光学与物理光学综合时概念不准确;不善于用光路图对动态过程作分析。
例1 波长为0.65μm的红光,从空气射入水中,水相对空气的折射率为1.33。求该光在水中的波长,并判断在水中该光的颜色。
【错解】
得波长0.49μm的光是蓝色。
【错解原因】
上述求得光在水中的波长为0.49μm是正确的,但用光谱表查得光的颜色却错了。人眼对光的色觉决定于光的频率而不是波长。
【分析解答】
当光从一种媒质进入另一种媒质时,波长变化了,波速也相应变化了,但它的频率却不变。所以在水中该光仍是红色。
【评析】
物理规律的因果关系是有条件的,记忆规律时应该首先弄清规律成立的条件。凡是波,无论是机械波还是电磁波,只要振源的频率不变,波的频率就不变。
例2 一束白光从玻璃里射入稀薄空气中,已知玻璃的折射率为1.53,求入射角为下列两种情况时,光线的折射角各为多少?
(1)入射角为50”
(2)入射角为30°
【错解】
r=30°3′
r=19°4′
【错解原因】
此解法中没有先分析判断光线是从光疏媒质进入光密媒质,还是从光密媒质进入光疏媒质,会不会发生全反射。而是死套公式,引起错误。
【分析解答】
光线由玻璃里射入空气中,是由光密媒质射入光疏媒质,其临界角为
由已知条件知,当i=50°时,i>A,所以光线将发生全反射,不能进入空气中。当i=30°时,i
sinr=n・sini=1.53×sin30°=0.765
r= 49°54′
【评析】
解光的折射现象的题目时,首先应做出判断:光线是从光疏媒质进入光密媒质,还是光线是从光密媒质进入光疏媒质。如是前者则i>r,如是后者则i
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