第十六章：几何光学本章在高考中的地位几何光学部分，由于删去了“透镜成像”，因此整体要求有所降低，复习的重点是光的反射和折射、平面镜成像等知识。

在复习中，注意以作图训练为主线，养成良好的作图习惯是学好本章的关键。

作图的依据是光的直线传播、光的反射和光的折射三条基本定律。

重点画好日食、月食、平面镜的反射和成像、棱镜对光线的作用，在成像问题中要注意目域和视场，即眼睛在哪个范围和眼睛所能看到的范围。

注意数学中几何知识的应用，注意运用光路可逆原理分析有关光学问题。

总之，要注意《考试大纲》中的考点要求，把握好复习的标度和范围。

近年高考试题多是从分析、确定像的位置和性质，光线的传播方向，观察像或物的范围等方面，通过作光路图、计算等方式来考查对基本规律的理解和运用。

当然也可能有综合应用题出现。

『夯实基础知识』一．光的直线传播1、光源:能发光的物体叫做光源．光源发光是将其它形式的能转化为光能．2、光的直线传播(1)光线:表示光传播方向和路径的几何线叫做光线。

在光线上标明箭头，表示光的传播方向。

(2)媒质:光能够在其中传播的物质叫做媒质，也称介质。

光的传播可以在真空中进行，依靠电磁场这种特殊物质来传播。

(3)光的直线传播:①光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。

前提条件是在同一种介质，而且是均匀介质。

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）。

当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向。

②证据:影、日食和月食的形成，小孔成像。

解光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）关键是画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算。

③光的传播过程也是能量传递的过程。

3、影的形成:(1)定义:点光源发出的光，照到不透明的物体上时，物体向光的表面被照亮，在背光面的后方形成一个光照不到的黑暗区域，这就是物体的影。

影区是发自光源并与被照物体的表面相切的光线围成的。

(2)分类:本影与半影。

①本影:光源上所有发光点都照不到的区域。

对同一个物体，其本影区的大小，与光源发光面的大小和光源到物体的距离有关:光源到物体的距离一定时，光源发光面越大，则物体的本影越小;光源发光面越小，则物体的本影越大。

光源发光面一定时，光源到物体的距离越小，则物体的本影区越大;光源到物体的距离越大，则物体的本影区越小。

②半影:光源上一部分发光点能照到，而另一部分发光点照不到的区域成为半明半暗的半影。

本影与半影都是光的直线传播的结果。

(3)日食和月食的形成①日食:如图所示。

a。

在月球的本影区①里，可看到日全食(完全看不到太阳);b。

在月球的半影区②里，可看到日偏食(只能看到一部分太阳);c。

在月球的半影区③里，可看到日环食(只能看到太阳的边缘部分)。

②月食:A 、当月球处于②③里时，看不月食；B 、当月球一部分处于①里时，可看到月偏食(只能看到一部分月亮);C 、当月球全部处于①里时，可看到月全食(完全看不到月亮)。

二．光速1、光速:光的传播速度。

(1)真空中的光速:各种不同频率的光在真空中的传播速度都相同，均为:C =3.0×108m/s 。

(2)光在空气中的速度近似等于C =3.0×108m/s 。

(3)光在其他媒质中的速度都小于C ，其大小除了与媒质性质有关外，还与光的频率有关(这一点与机械波不同，机械波的波速仅由媒质的性质即密度、弹性和温度等决定)近年来（1999-2001年）科学家们在极低的压强（10-9Pa ）和极低的温度（10-9K ）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到17m/s ，甚至停止运动。

2、光年:(1)定义:光在真空中一年时间内传播的距离叫做光年。

注意:光年不是时间单位，而是长度单位。

(2)大小:1光年=C·t = 3.0×108m/s×365×24×3600s=9.46×1015m 三．光的反射 1、光的反射现象(1)光从一种介质射到它和另一个介质分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射。

(2)光的反射定律①反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧。

②反射角等于入射角反射现象中光路是可逆的。

2、平面镜成像(1)平面镜的光学特点:只改变光束的传播方向，不改变光束的性质。

①入射光束是平行光束，反射光束仍然是平行光束; ②入射光束是会聚光束，反射光束仍然是会聚光束; ③入射光束是发散光束，反射光束仍然是发散光束。

(2)平面镜成像特点:像在平面镜的后面是正立等大的虚像，物像关于镜面对称。

即:像与物方位关系:上下不颠倒，左右要交换。

3．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。

4．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，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。

） 5．利用边缘光线作图确定范围 四．光的折射 (1)光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象称为光的折射现象。

(2)光的折射定律①折射光线跟入射光线和法线在同一平面内 ②折射光线和入射光线分别位于法线的两侧 ③入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。

(3)折射率(绝对折射率n )光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比，叫做这种介质的折射率，即。

21sin sin θθ=n(4)折射率与光速、波长的关系21sin 1sin sin C v c n ='===λλθθ，式中c 、λ0是光在真空中的光速和波长，υ、λ是光在介质中的光速和波长。

如图所示，介质Ⅰ和介质Ⅱ的折射率分别为n 1、n 2，光速分别为υ1、υ2，波长分别为λ1、λ2，入射角为θ1，折射角为θ2，这些物理量的关系为:法线θ1θ2n 1n 2v 1v 2λ1λ2介质2介质121211221sin sin λλυυθθ===n n ，2211sin sin θθn n =，2211υυn n =，2211λλn n =。

(5) 各种色光性质比较可见光中，红光的折射率n 最小，频率ν最小，在同种介质中（除真空外）传播速度ν最大，波长λ最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C 最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。

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。

(6)在折射现象中光路也是可逆的 (7)光密介质和光疏介质任何介质的折射率都大于1，折射率越大，光在其中传播的速度就越小，两种介质相比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质。

①光密介质和光疏介质是相对的，如酒精相对于水来说是光密介质，酒精相对于玻璃来说是光疏介质。

②光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角;光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。

(8)平行玻璃砖的光控规律①不改变入射光的性质和方向，只使光线向偏折方向平行侧移，且入射角(i )、玻璃砖厚度(d)和折射率(n )越大，侧移(h )越大。

②平行光照射到平行玻璃砖上，入射光的宽度等于出射光的宽度，而玻璃砖中折射光的宽度随入射角增加而增大。

(9)应用近似法求解视深①这里近似视深度，指的是垂直介质观察时的视角深度。

②视深公式： 一般瞳孔的线度d=2-3毫米，因此i 和r 都非常小，则ha i i =≈tan sin 0tan sin h a r r =≈ n ri=sin sin n h h 0=视高公式如果从折射率为n 的媒质中，观察正上方距液面高为h 0的物点0tan sin h a i i =≈ h ar r =≈tan sinn ri=sin sin 0nh h =五．全反射、棱镜、光的色散 1．全反射 (1)全反射现象光从光密介质射入光疏介质时，当入射角超过某一角度C (临界角)时，折射光消失，只剩下反射光的现象叫全反射。

(2)临界角C折射角等900时的入射角叫做临界角。

当光从某种介质射向真空(或空气)时，临界角C 满足:nC 1sin =；当光从一种介质n 1射向另一种介质n 2时n 1＞n 2， 12sin n n C =(3)全反射的条件①光从光密介质射入光疏介质; ②入射角大于临界角。

(4)常见的全反射现象①光纤通讯，光学纤维内窥镜;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。

『题型解析』类型题： 光学与运动相结合的问题l 的人以速度v 匀速行走，如图所示。

（1）试证明人的头顶的影子作匀速运动；（2）求人影的长度随时间的变化率。

★解析：（1）设 t =0时刻，人位于路灯的正下方O 处，在时刻t ，人走到S 处，根据题意有 OS=vt ①过路灯P 和人头顶的直线与地面的交点为M ，t 时刻人头顶影子的位置，如图所示。

OM 为人头顶影子到O 点的距离。

由几何关系，有h 1=OM OM -OS②解①②式得hvOM =t h-l③ 因OM 与时间t 成正比，故人头顶的影子做匀速运动。

（2）由图可知，在时刻t ，人影的长度为SM ，由几何关系，有SM =OM -OS ④ 由①③④式得lv SM =t h-l可见影长SM 与时间t 成正比，所以影长随时间的变化率lvk=h-l易错点击：本题如果不正确画出光路图，而是根据想象来考虑，可能得出人头顶的影子做变速运动的错误结论，所以解析题目时，要先画出光路图，然后再结合几何知识解析问题【例题】 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 。

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 ）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★解析：小球抛出后做平抛运动，时间t 后水平位移是t υ，竖直位移是221gt h =，根据相似形知识可以由比例求得t t vgl x ∝=2，因此影子在墙上的运动是匀速运动。

(1)物或平面镜移动问题的分析方法 ①当物或平面镜平动时:若镜不动，物体速度为υ且垂直镜面移动，则像速为υ且垂直镜面与物运动方向相反。

若镜动而物不动，当镜速为υ时，像对物速度为2υ，且方向与镜运动方向相同。

②当平面镜绕镜上某点转过一个微小角度θ时，法线也随之转过θ角，反射光线则偏转2θ角。