在线测试
高考解析
课外拓展



  
《光学》----光谱和几何光学补充

  郑 帆

一、一周内容概述

在本讲中我们将补充介绍光谱分析的知识,另外将几何光学的解题方法作一个归纳。

二、重难点内容讲解

(一)、光谱

1、发射光谱

  由发光物质直接产生的光谱称为发射光谱。

  (1)连续光谱:由连续分布的一切波长的光组成,是炽热的固体,液体及高压气体发光产生的光谱。

  (2)明线光谱:由一些不连续亮线组成,是稀薄气体发光产生的光谱。

  每种元素的原子只能发生某些特定的谱线,称为特征谱线,不同元素的明线光谱不同,明线光谱又称原子光谱。

2、吸收光谱

  高温物质发出的白光通过某种低温物质时,某些频率的光被低温物质吸收后产生的光谱叫吸收光谱。

3、特征谱线

  一种物质高温时发射的光谱亮线跟它在低温时吸收光谱的暗线位置一一对应,所以元素的明线光谱和吸收光谱是元素的特征,称为特征谱线。

4、光谱分析

  由于每种元素都有自己的特征谱线,因此,可以根据光谱鉴别物质和确定它的化学组成,作光谱分析时,可以利用明线光谱,也可以利用吸收光谱。

例1、关于光谱,下面说法中正确的是( )

A.炽热的液体发射连续光谱

B.太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相应的元素

C.明线光谱和吸收光谱都可用于对物质成分进行分析

D.发射光谱一定是连续光谱

解析:

  炽热的液体、固体和高压气体的发射光谱是连续光谱。答案A正确。

  太阳光谱中的暗线是太阳发出的光经太阳大气层时产生的吸收光谱。太阳中存在着的某些元素,发生的光谱被太阳大气层中存在的对应元素所吸收,故B不正确。

  明线光谱和吸收光谱都是原子的特征光谱都可用于对物质成分进行分析。所以C正确。

  发射光谱可能是连续光谱,也可能是明线光谱。故D错误。

说明:对“发射光谱”“吸收光谱”“连续光谱”“明线光谱”“原子光谱”“特征光谱”等一系列按不同标准进行分类的名词要分清含义

(二)、平面镜成像

  利用平面镜可以改变光路和成像,平面镜形成的像跟物体大小相等、正立,但左右与物体相反,平面镜成虚像,物和像关于镜面是对称的。

  在平面镜成像的题中,有一类“视场”问题,就是眼睛观察到的像的范围。要注意,平面镜成像和眼睛看到的像并不是同一个问题,即使平面镜很小,物体很大,在平面镜内能够形成完整的像,但能不能被人眼看到、看到哪一部分,则决定于从物体发出的光经平面镜反射后能不能进入人眼,哪一部分进入人眼。

  在解决平面镜成像的问题中,非常重要的一个方法就是利用平面镜成像的特点作出光路图。

例2、如图求物体AB在平面镜中成像的观察范围。

解答:

  (1)根据对称性作出AB在平面镜中的像A′B′。

  (2)由A过a作镜的边缘光线经平面镜反射后,反射光线的反向延长线交于A′(光线AaA′a1)。

  (3)由A过b作镜的边缘光线,经平面镜反射后,反射光线的反向延长线交于A′(光线AbB′b1)。

    则在a1abb1区间可以看到A的像。

  (4)由B过a作镜的边缘光线,经平面镜反射后,其反向延长线交于B′(光线BaB′a2)。

  (5)由B过b作镜的边缘光线,经平面镜反射后,其反向延长线交于B′(光线BbB′b2)。

    则在a2abb2区间可以看到B的像

    在a1abb2区间可以看到AB的完整像A′B′。

(注意:在这个区间画上斜线,有不同颜色)

(三)、光的折射

  光的折射包括三个基本现象,这三个现象分别满足三个基本规律。

  1、光线发生偏折现象(折射现象),满足的基本规律是折射定律:当光由折射率为n1的介质以入射角θ1进入折射率为n2的介质时(折射角为θ2),则:n1sinθ1=n2sinθ2

  2、光线传播速度发生变化的现象,满足的基本规律是:。其中v是光在介质中的传播速度,n是介质的折射率,c是真空中的光速。

  3、全反射现象,发生全反射的条件为:光由光密媒质射向光疏媒质,同时入射角大于或等于临界角C,(当光由折射率为n的介质进入空中时)。

  在解决光的折射的有关问题时,其中一个非常有用的方法就是比较方法,通过比较进而判断某个光学现象是否发生,这是一类最为基本的光学问题。用比较方法解决光的折射问题时,要抓住两个基本要点:一是要选择一个比较合适的比较对象,譬如在全反射问题中常选刚刚能发生全反射的那条光线作为比较对象,从而来判断其他光线能否发生全反射;二是选择科学的比较依据,即物理规律。光的折射问题里常用的比较依据就是以上三条基本规律。

例3、一块用折射率为n=2的玻璃制作的透明柱体,其横截面如图,ab是半径为R的圆弧(O为圆心),ac⊥cb,∠aoc=60°,当一束平行光线垂直射到ac面时,圆柱面的外表面只有一部分光射出,这部分透光的弧长是多少?靠近的哪一端?

解答:

  本题的关键是要判断出垂直进入媒质中的光线中哪一些将发生全反射,我们可采用比较法求解本题。设A光线射到上时恰好发生全反射。,如图位于A上方的平行光线,其入射角θ1>C,即发生了全反射,因此范围无光线射出,而A光线下方的平行光线,其入射角θ2<C,不能发生全反射,即上将有光线射出,其弧长

- 返回 -