神马文学网"光学"几个参考资料_2
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/29 09:28:27
一、光源、光线和光束
宇宙间的物体不论其大小与种类，其中发光的物体我们称之为光源。在研究光现象时，我们常常根据光源的大小将光源分为点光源和面光源。当发光物体的大小远远小于它到观察者的距离时，可以把它看成一个发光点，称为点光源。那些不能作为一个发光点来看待的光源，则称为面光源。
由于通常光是沿直线传播的，因此在描述与研究光的传播时，可以用一条带箭头的直线表示光的行进方向，这样的直线称为光线，它可以表示沿箭头方向传播的极细的一束光。
实际生活和科学研究中的一束光是有一定宽度的，我们可以把一束光看成由围绕一条轴线分布的无数光线组成的，称为光束。在几何光学中我们常用到的光束有平行光束，会聚光束和发散光束。普通光源产生的是发散光束，在普通光源和其它光学器件组合使用时，可以得到平行光束或会聚光束，激光器可以产生很好的高亮度的平行光束。
对于光线的概念，我们应该认识到(1)光线的概念是人为引入的，是对实际存在的一束极细的光的抽象，实际并不存在光线。(2)光线是为研究光的传播而建立的一种物理模型，从而才能用几何的方法来描述和研究光的传播规律。
二、光的直线传播
1.小孔成像说明光的直线传播
在烛焰与光屏之间放一个带有小孔的遮光板，就可以在光屏上得到一个倒立的烛焰的像，这一现象称为小孔成像。在初中物理中，这一现象作为说明光沿直线传播的典型例证。
2.影、本影、半影
光在传播过程中被不透光的物体遮挡，在物体背光面的后方将出现光线照射不到的黑暗区域，这一黑暗区域称为物体的影。同一物体在点光源和面光源照射下，它的影的情况是不同的。图1所示，是点光源S照射下B的影。但是在面光源Q照射下，球体B背面形成的影区中，有一部分是Q上任何一点发出的光线都无法照射到的，这是B背后最暗的区域，称为本影；另一部分是Q上一部分发光点发出的光线能照射到，而其余发光点的光线照射不到的区域，这是B背后较暗的区域，称为半影。应用本影和半影的知识，我们可以解释日食和月食现象。 应该指出，物体在面光源照射下， 才可能产生本影和半影；随着光源的发光面增大，物体的本影会减小，医院手术室中的无影灯，就是利用多个大面积光源从不同角度照射来消除本影的。
三、光沿直线传播的条件，光只有在同一种均匀媒质(介质)中，才是沿直线传播的。
光由一种媒质射向另一种媒质时，在这两种媒质的分界面上光的传播方向将发生变化。光在同一种不均匀的媒质中传播时，也不再沿直线传播。我们有这样的经验，盛夏的中午，有时能看到远处沥清路面很明亮，好象上面有一层水似的。这是由于越接近路面空气越热，密度越小，造成路面附近空气密度不均匀，因而光不再沿直线传播所形成的。目前也有的教科书表述为“光在均匀介质中，沿直线传播”，其含义是如果不在同种介质中，已经谈不到均匀，必然不满足均匀这一条。
四、光的传播速度
目前世界公认的真空中的光速c=299，792，485千米/秒。在通常的计算中我们取真空中光速为c=3.0×105 千米/秒
光在水中的传播速度为
，在一般玻璃中光的传播速度为左右，光在空气中传播速度略小于c，通常也认为光在空气中的传播速度也是c 。
光从一种媒质进入另一种媒质中，光的传播速度会发生变化，两相比较，其中光速大的媒质称为光疏媒质，光速小的媒质称为光密媒质，应该明确的是，光疏媒质与光密媒质是相对的，只有两种确定的媒质相比较才有意义。例如和空气相比较，水是光密媒质；而和玻璃比较，水是光疏媒质。
五、光的反射
光从一种媒质射向另一种媒质时， 一般情况下光在这两种媒质的分界面上将分为两部分，如图2中，一部分返回原媒质中传播，如光线OB，成为反射光；另一部分进入另一种媒质中传播如光线OC，成为折射光。光发生反射现象时，遵循反射定律，即(1)反射光线和入射光线与法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线两侧。(2)反射角等于入射角。
平面镜和球面镜都是利用光的反射现象制成的反射镜。
例题1.一束与水平地面成45°斜向下射的光线被一对垂直地面放置的平面镜中的一面档住，光线在两平面镜中多次反射到地面上，已知入射光和反射光所在平面与镜面垂直，若光线的入射点离地面高度为h，两镜面间距为d，求在两镜面间多次反射的光线通过路径的总长度及光线在两镜面间反射的次数。
解：如图3所示，经平面镜M反射的光线DE与入射光的延长线DE′关于平面镜对称，而CE＇与CE″关于平面镜N对称，……，因此，经两镜面多次反射的光的总路径长度与入射光的延长线AF相同。由于入射光与水平地面成45°角，可以推知，
，因此反射光通过的路径总长度为
，此结论与两平面镜的间距d无关。但光线在两平面镜之间反射次数与平面镜间距d有关。当
为整数时，反射次数为
；若为非整数时，反射次数于的整数部分加1． 
例2 两个平面镜MN与PQ相对放置，镜面相交成直角，一光源S在两平面镜中共成多少个像？如果两平面MN与PQ夹一锐角，点光源S在两平面镜中成几个像？(1)两平面镜成直角，则S在MN中成像S1，在PQ中成像S2，其光线经MN和PQ两次反射还能成像S3，但由于MN与PQ成直角，所以S发出的光线先经PQ后经MN所成的像恰恰也位于S3点，因此，总共成三个像(见图4)
设两平面镜夹角为60°，则根据成像规律，S在MN中成像S1，在PQ中成像S2，由于光在镜面上多次反射，还可以再成像S3，相当于虚像点S1又在PQ中成像，也可以成像S4，相当于S2在MN的延长镜面中成像。……当然，这样的像也不能无穷地成下去，只有光点S在镜面前，或像点S1在平面镜的延长线前才可以成像，例如，图中的S5位于MN＇和P＇Q的夹角，它在MN与PQ的延长线上的虚拟的镜面背后，就再不能成像了。
那么S3能成像吗？因为S3的像恰好就在S5的位置，所以总共只有5个像(见图5)
总结一下规律，
其中α为可以取整不必减1，而成
. 
仅仅用公式求角度，近似于数学游戏。但在画某一像点的光路图时，光确定像点就会方便准确得多了。
总之，由于物体发出(或反射)的光线在两平面镜中多次反射，因而多次成像。一般来说，物体发出(或反射)的光线在两镜面中有一次反射，就存在一次成像问题；在多次成像过程中，前一次反射所形成的像，可视为再一次反射成像时的物。 本题前面所采取的画图找对称点的作图方法是一种简单有效的方法。
解：设想在P点放置一点光源， 经平面镜M的反射，光源发出的光线将把反射光AC和BD之间的区域照亮。
根据反射现象中光路可逆，AC和BD之间的物体发出的光线经平面镜反射可以射到P点。而这些经反射能够到达P的光线的入射点，均在平面镜的AB之间。因此为符合题目要求，应将平面镜遮挡的最小区域是AB之间部分。
例4 在图7中画出互相垂直的平面镜前P点，看到点光源S两次反射所成的像的光路图。分析：根据平面镜成像的特点和规律，我们可以确定，发光点S在ON镜中的像为S＇，即从S点向ON镜作垂线(用虚线表示)，S＇在垂线上与S点对称的位置。而虚像S＇在平面镜OM前面，它可以作为二次成像的物。找到S＇点关于OM的对称点S″，它就是二次成像的像点。
既然从P点可以看到虚像S″， 也变是说，二次反射的光线是从S″P方向反射过来的。连结S″P，与镜面MO相交于A点，A点是二次反射点。同样道理，第一次反射光是从S＇A方向传来。连结S＇A，与镜ON相交于B，B是第一次反射的反射点。这样就确定了S点发出的光的路径，即SB、 BA、AP。
按照光路图作图的规定，反射光的反向延长线用虚线表示，光的实际传播路径用实线表示并且画出箭头表示实际光线。在光的反射点处要画出法线。