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第十三章 光學(xué)
一、主要內(nèi)容
本章內(nèi)容包括光的直線(xiàn)傳播、棱鏡、光的色散、光的反射、光的折射、法線(xiàn)、折射率、全反射、臨界角、透鏡(凸、凹)的焦點(diǎn)及焦距、光的干涉、光的衍射、光譜、紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、y射線(xiàn)、電磁波譜、光電子、光子、光電效應(yīng)、等基本概念，以及反射定律、折射定律、透鏡成像公式、放大率計(jì)算式，光的波粒二象性等基本規(guī)律，還有光本性學(xué)說(shuō)的發(fā)展簡(jiǎn)史。
二、基本方法
本章涉及到的方法有：運(yùn)用光路作圖法理解平面鏡、凸透鏡、凹透鏡等的成像原理，并能運(yùn)用作圖法解題;根據(jù)透鏡成像規(guī)律，運(yùn)用邏輯推理的方法判斷物象變化情況。
三、錯(cuò)解分析
在本章知識(shí)應(yīng)用的過(guò)程中，初學(xué)者常犯的錯(cuò)誤主要表現(xiàn)在：解題操作過(guò)程不規(guī)范導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤;將幾何光學(xué)與物理光學(xué)綜合時(shí)概念不準(zhǔn)確;不善于用光路圖對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程作分析。
例1 波長(zhǎng)為0.65μm的紅光，從空氣射入水中，水相對(duì)空氣的折射率為1.33。求該光在水中的波長(zhǎng)，并判斷在水中該光的顏色。
【錯(cuò)解】
得波長(zhǎng)0.49μm的光是藍(lán)色。
【錯(cuò)解原因】
上述求得光在水中的波長(zhǎng)為0.49μm是正確的，但用光譜表查得光的顏色卻錯(cuò)了。人眼對(duì)光的色覺(jué)決定于光的頻率而不是波長(zhǎng)。
【分析解答】
當(dāng)光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時(shí)，波長(zhǎng)變化了，波速也相應(yīng)變化了，但它的頻率卻不變。所以在水中該光仍是紅色。
【評(píng)析】
物理規(guī)律的因果關(guān)系是有條件的，記憶規(guī)律時(shí)應(yīng)該首先弄清規(guī)律成立的條件。凡是波，無(wú)論是機(jī)械波還是電磁波，只要振源的頻率不變，波的頻率就不變。
例2 一束白光從玻璃里射入稀薄空氣中，已知玻璃的折射率為1.53，求入射角為下列兩種情況時(shí)，光線(xiàn)的折射角各為多少?
(1)入射角為50”
(2)入射角為30°
【錯(cuò)解】
r=30°3′
r=19°4′
【錯(cuò)解原因】
此解法中沒(méi)有先分析判斷光線(xiàn)是從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)，還是從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)，會(huì)不會(huì)發(fā)生全反射。而是死套公式，引起錯(cuò)誤。
【分析解答】
光線(xiàn)由玻璃里射入空氣中，是由光密媒質(zhì)射入光疏媒質(zhì)，其臨界角為
由已知條件知，當(dāng)i=50°時(shí)，i>A，所以光線(xiàn)將發(fā)生全反射，不能進(jìn)入空氣中。當(dāng)i=30°時(shí)，i
sinr=n·sini=1.53×sin30°=0.765
r= 49°54′
【評(píng)析】
解光的折射現(xiàn)象的題目時(shí)，首先應(yīng)做出判斷：光線(xiàn)是從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)，還是光線(xiàn)是從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)。如是前者則i>r，如是后者則i