几何光学主要研究光在传播过程中所遵循的规律,它是物理学光学部分的前一半内容,这部分内容是高考、会考重叠部分之一,只是高考在深度和广度上比会考要求更高些。(但是最近每年会考为提高区分度、降低优秀率均出现一些难度并不比高考低的题目应引起我们注意!)因此在备战高考、迎接会考的复习时,这部分内容的复习不可轻视。同行们都有经验:复习不等于重讲。因此在有限时间内疏理内容、抓住重点、突破难点、澄清是非是准备复习课时老师们需要仔细思考、精心设计的首要内容。下面就这部分内容的复习,小结一下自己的看法和体会。
一、总体框架。高中物理几何光学部分实际上只讲了三个问题:
1.光的传播规律:
①光在同一均匀介质中以一定的速度沿直线传播;
②光在传播过程中遇到两介质分界面时一部分光折回原介质遵守光的反射定律;
③另一部分光穿过界面改变传播方向遵守光的折射定律。
上述内容注意两个概念:一个是折射率(物理量),另一个是全反射(现象)。
2.控制光束传播方向的光学元件:(见表)
| 元件 | 对光束控制作用 | 特性 | 成象 |
| 平面镜 | 只改变光的传播方向,不改变光的性质 | 物象对称 | 虚象 |
| 玻璃砖 | 不改变光的传播方向,不改变光的性质 | 产生侧移 | 虚象 |
| 三棱镜 | 改变光的传播方向,不改变光的性质 | 产生偏向角 | 虚象 |
| 凸(凹)面镜 | 改变光的传播方向,改变光的性质 | 发散(会聚) | 实或虚象* |
| 凸(凹)透镜 | 改变光的传播方向,改变光的性质 | 会聚(发散) | 实或虚象 |
| *高中内容关于面镜成象问题不展开。 | |||
3.透镜成象
①作图法:经过作图确定象的位置和性质;
②公式法:经过计算确定象的位置
公式
变形式
(上述变形式在研究、
、
关系时常用)
③透镜成象规律:分凸、凹透镜两种情况(具体略)。共性:凡实象定在透镜异侧、倒
立;凡虚象定在透镜同侧、正立。
二、几个需要加深和澄清的问题;
1.要抓住三个叁:即三个“点”;三条“线”;三个“段”。
①三个“点”指:物点、象点和光心,这三个点总在同一条直线上,这一内容要抓住
这在画光路图时常常用到。例如,当回避“付光轴和焦平面”概念而画光路时常常是先画出这条直线;又例如,在需用“假设法”先任选一发光点画光路图时也常常是先画出这条直线。
②三条“线”指:靠近并平行于主光轴,通过焦点以及通过光心这三条线,这是几何
作图的三条基准线,在这三条基准线中任选两条就可以确定一个点的位置。注意这三条基准线只是自发光点引出无数条光线中具有特殊性质的三条特殊光线,去掉这三条光线或去掉其它一些光线仍可成象,且成象的性质及位置不变。
③三个“线段”指研究凸透镜成象规律时,放大、缩小有个分界点2F;虚、实象有个
分界点F,而这两个分界点将凸透镜一侧的主轴分成三个线段,当物点沿主轴从无限远处分别在这三个线段上移动时,象点移动情况先后有差异。具体情况是:当物点自无限远处沿主轴向光心移动的全过程,象点则是自焦点处沿主轴远离光心。
在第一段,,物点、象点间的距离在缩小;
在第二段,,物点、象点间的距离在增大;
在第三段,,物点、象点间的距离在缩小。(注意这种情况,象点变为虚象点,物、象在凸透镜同侧,物点象点均向光心移动)
2.成象及象的视场问题:
几何上两条直线即可确定一个点的位置,但两条光线相交,其交点不一定是象点,必
需是来自同一物点的两条光线反射或折射后相交于一点,这一点才是物点的象。实际光线相交点定是实象点,实际光线反向延长线相交点(非实际光线交点)则是虚象点。因此实象定能成象在屏幕上,而虚象则不能成象在屏幕上。来自物点的光线进入眼睛,人们可以看到物点,但是进入眼睛的光线并非一定来自物点,所以人眼即可看实象,又可看虚象。人经过面镜(或透镜)观察到物点的范围,应是自物点向镜子边缘引两条边界光线,它们反射(或折射)光线间,就是人能观察到这个物点的视场。同理,人能观察到物的视场,则应是四条边界光线反射(或折射)光线交叉重叠的区域。
3.光斑问题:
首先明确光斑不是物点的象。在观察物点的象时,若屏到透镜的距离恰好等于象距时,
则在屏上出现一个象点;若屏到透镜的距离不等于象距时,则在屏上即可出现一个光斑,由于屏到透镜的距离可能大于(也可能小于)象距,所以同样大小的光斑就有两个解。光斑的大小决定于物、透镜和屏的相对位置,因此解这类问题时一般要利用几何上相似三角形对应边成比例这一数学知识。
4.光路可逆:
这是一个极为简单易懂的规律,但这一规律若能体会深刻、运用灵活常有绝路逢生之
感,解题极为方便。
以上是自己对几何光学这部分内容的理解和思考,针对以上所提的问题和构思,我们可以选择或设计一些习题和练习进行有目的的训练和加强,这样一个单元的复习就会有的放矢,而不致有重复之感了。
