光的現(xiàn)象的剖析與歸納張益榮（湖北省麻城市第五中學(xué) 湖北 麻城 ）摘要：對(duì)光的各種現(xiàn)象做了全面詳盡的闡述，分析了各種光現(xiàn)象遵從的原理，產(chǎn)生的原因，實(shí)際的應(yīng)用，給出光的本質(zhì)關(guān)鍵詞: 光的反射和折射 全反射 光的干涉 光的衍射 光的偏振 光的本質(zhì)光給了我們明亮的世界，可是它自己卻像一團(tuán)迷光學(xué)既是物理學(xué)中一門(mén)古老的基礎(chǔ)科學(xué)，又是現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的前沿科學(xué)之一，具有強(qiáng)大的生命力和不可估量的發(fā)展前景《物理》選修3-4（新課標(biāo)人教版）第十三章對(duì)光進(jìn)行了學(xué)習(xí)為了使同學(xué)們對(duì)光的各種現(xiàn)象及光的本質(zhì)進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和鞏固，現(xiàn)將光的現(xiàn)象進(jìn)行剖析，系統(tǒng)地進(jìn)行歸納和總結(jié)一、光的反射和折射1.反射和折射(1)概念：光從第1種介質(zhì)射到它與第2 種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光會(huì)返回到第1種介質(zhì)，這個(gè)現(xiàn)象叫做光的反射（reflection）；另一部分光會(huì)進(jìn)入第2種介質(zhì)，這個(gè)現(xiàn)象叫做光的折射(refraction)2)光的反射遵從反射定律(reflection law)：反射光線與入射光線﹑法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線兩側(cè)；反射角等于入射角3)光的折射遵從折射定律(refraction law)：折射光線與入射光線﹑法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。

即，為比例常數(shù)4)在光的反射和光的折射中光路都是可逆的2.折射率(1)概念：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦值之比，叫做這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率(refraction index),用符號(hào)表示2)光從第1種介質(zhì)斜射入第2 種介質(zhì)時(shí)滿足，為介質(zhì)的折射率，為光在該介質(zhì)中光線與法線的夾角3)折射率關(guān)于速度的表達(dá)式>1.即任何介質(zhì)的折射率均大于1空氣近似看作真空3.折射率的進(jìn)一步理解(1)某種介質(zhì)的折射率是指光從真空或空氣進(jìn)入該介質(zhì)時(shí)入射角的正弦值與折射角的正弦值之比如果不強(qiáng)調(diào)光進(jìn)入的方式，則介質(zhì)的折射率是指光在真空或空氣中的角正弦值與光在介質(zhì)中的角的正弦值之比2)折射率的大小反映了介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)和入射光的頻率：①折射率越大，說(shuō)明介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越大，光線偏離原來(lái)傳播方向的程度越厲害②介質(zhì)對(duì)光的折射率越大，說(shuō)明該光在介質(zhì)中的傳播速度越小③相對(duì)于同一介質(zhì)，折射率越大的光，其頻率越大3)各種色光相比較顏色紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫 頻率低→高同一介質(zhì)中折射率小→大同一介質(zhì)中速度大→小波長(zhǎng)大→小臨界角大→小通過(guò)棱鏡的偏折角小→大4.全反射現(xiàn)象(1)概念：光傳播到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，通常要同時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，若滿足了某種條件，光線不再發(fā)生折射現(xiàn)象，而全部返回到原介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象（total reflection）。

發(fā)生全反射時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角叫做臨界角（critical angle）, 臨界角滿足2)發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件①光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)；②入射角等于或大于臨界角．(3)全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用①光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的同一種介質(zhì)，相對(duì)于其他不同介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)②如果光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無(wú)論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象③在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的④當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但是在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射當(dāng)折射角等于90°時(shí)，實(shí)際上就已經(jīng)沒(méi)有折射光線了⑤全反射可以從能量的角度去理解:當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角逐漸增大的過(guò)程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時(shí)就發(fā)生了全反射⑥應(yīng)用：全反射棱鏡，光導(dǎo)纖維，光纖通訊等二、光的干涉1.定義：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被加強(qiáng)，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被減弱，出現(xiàn)暗紋，且加強(qiáng)和減弱互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象2.兩列光發(fā)生干涉的條件：頻率相同、振動(dòng)方向相同、相差保持恒定。

3.雙縫干涉(1)由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動(dòng)情況總是相同的相干光波，屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋2)干涉條紋①單色光為等間距明暗相間的條紋，明暗條紋的寬度也相同②相鄰的明條紋（或暗條紋）之間的距離與波長(zhǎng)、雙縫間距及屏到雙縫距離的關(guān)系為，同一實(shí)驗(yàn)裝置光的頻率越大，條紋間距越?、郯坠飧缮鎴D樣為彩色，中央亮紋為白色4.薄膜干涉：利用薄膜（如肥皂液薄膜）前后表面反射的光相遇疊加形成的1)薄膜干涉現(xiàn)象的理解（以肥皂薄膜為例）①豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形②光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前后表面分別反射回來(lái)，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加③原理分析a.在兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的路程差時(shí)，薄膜上出現(xiàn)明條紋b. 兩列反射回來(lái)的光波的路程差時(shí)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋④同一條亮（或暗）條紋上所對(duì)應(yīng)的膜的厚度相同⑤白光照射時(shí)膜上出現(xiàn)彩色條紋2)薄膜干涉的應(yīng)用:檢查樣品的平整度三、光的衍射1. 光的衍射現(xiàn)象：光在遇到障礙物時(shí)，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象2.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波波長(zhǎng)小，或者跟光波波長(zhǎng)相差不多時(shí)，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。

3.衍射圖樣(1)單縫衍射條紋特點(diǎn)：?jiǎn)紊獍l(fā)生單縫衍射時(shí)中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間的條紋；條紋寬度不等，中央最寬；各相鄰條紋間距不等；中央條紋最亮，兩邊變暗；白光發(fā)生衍射時(shí)，中央仍為白光，最靠中央的時(shí)紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)3)泊松亮斑:光照射到一個(gè)半徑很小的圓板后，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一4.干涉和衍射的本質(zhì)：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上講，衍射條紋的形成，與干涉條紋的形成具有相似的原理在衍射現(xiàn)象中，可認(rèn)為從單縫通過(guò)兩列或多列同頻率的光波，他們?cè)谄辽席B加形成單縫衍射條紋四、光的偏振1.概念(1)自然光：太陽(yáng)、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光2)偏振光：自然光通過(guò)偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個(gè)特定的方向振動(dòng)的光，叫偏振光2. 光的偏振現(xiàn)象：光在垂直于傳播方向上只沿某一特定方向振動(dòng)的現(xiàn)象稱為光的偏振.3.偏振光的產(chǎn)生方式：(1)自然光通過(guò)起偏器：通過(guò)兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用時(shí)把自然光變成偏振光，叫起偏器。

第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光，叫檢偏器 (2)自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好是90°，這時(shí)，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直我們通常看到的絕大多數(shù)光都是偏振光4.光的偏振理論意義:光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說(shuō)明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波，光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波5.應(yīng)用：利用偏振濾光片攝影（照相機(jī)的鏡頭），電子表的液晶顯示，觀看立體電影，消除汽車燈炫光等四、光的色散1.光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象2.光譜:含有多種顏色的光波分解后，各種色光按其波長(zhǎng)的有序排列3.棱鏡(1)含義:截面是三角形的玻璃儀器，可以使光反生色散，白光的色散表明白光是由色光組成，各色光在同一介質(zhì)中的折射率不同2)三棱鏡對(duì)光線的作用:改變光的傳播方向，是復(fù)合光發(fā)生色散4.白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可以出現(xiàn)彩色條紋，但光學(xué)本質(zhì)不同五、光的本質(zhì)這一章學(xué)習(xí)了光的反射和折射、干涉、衍射、偏振、色散等各種光的現(xiàn)象，后面我們還要學(xué)習(xí)光電效應(yīng)，這些光的各種現(xiàn)象說(shuō)明光的本質(zhì)是電磁波，且光為橫波，光既具有波動(dòng)性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

參考文獻(xiàn)：1.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理》選修3-4 第十三章 光2.黃岡課堂系列 高考經(jīng)典(新課標(biāo)) 《物理》第十二章 光學(xué)部分3.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū) 《物理》選修3-4教師教學(xué)用書(shū)。