高中物理第三册教案(光学、原子)(中)

第一篇：高中物理第三册教案(光学、原子)(中)

光的直线传播

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 A、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）。B、月食:

a、当月球处于②③里时，看不到月食； 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）。4)、小孔和小缝成像

A、小孔成像是由于光的直线传播形成的;B、小孔成像与孔的形状无关； C、小孔成像中，像就是光斑； D、小孔成像中像是倒立的实像；

E、小缝可看作无数小孔并行排列而成的，小缝成像的规律与小孔成像的规律相同，这也说明了小孔成像与小孔的形状无关。

三、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＝3.0×105km／s＝3.0×108m／s。

2)、光在空气中的速度近似等C＝3.0×105km／s＝3.0×108m／s。

3)、光在其它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)

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＝ Ct＝3.0×108m／s×365×24×3600s＝9.46×1015m.3、光速的测定方法简介: 1)、伽利略测量法,未获成功;2)、丹麦天文学家罗默的天文观测法;3)、荷兰惠更斯在罗默的基础上第一次测出C＝2.0×108m／s;4)、1849年斐索旋转齿轮法;1862年傅科旋转棱镜法;5)、1879迈克尔孙重做斐索傅科实验,1926年改用旋转棱镜法.光的折射规律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；折射光线和入射光线分居在法线的两侧；当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角；当光从水或玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角

入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．如果用n来表示这个比例常数，就有

这就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律．

3．折射率n．

光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数n，但是对不同的介质来说，这个常数n是不同的．这个常数n跟介质有关系，是一个反映介质 的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率．

某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度之比．

第三节

全反射 1．全反射现象．

光传播到两种介质的界面上时，通常要同时发生反射和折射现象，若满足了某种条件，光线不再发生折射现象，而全部返回到原介质中传播的现象叫全反射现象． 那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢？ 2．发生全反射现象的条件．

(1)光密介质和光疏介质．

对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即绝对折射率较大的介质，叫光密介质，而光在其中传播速度较大的介质，即绝对折射率较小的介质叫光疏介质，光疏介质和光密介质是相对的．例如：水、空气和玻璃三种物质相比较，水对空气来说是光密介质，而水对玻璃来说是光疏介质，根据折射定律可知，光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水)，折射角小于入射角；光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)，折射角大于入射角．

既然光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，如果入射角再增大，会出现什么情况呢？

(2)临界角C．折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C表示．光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C就是折射角等于90°时的入射角，根据折射定律可得：

(3)发生全反射的条件． ①光从光密介质进入光疏介质； ②入射角等于或大于临界角．

例1如图所示，介质II为空气，介质I的折射率为2，下列说法中正确的是 A．光线a、b都不能发生全反射 B．光线a、b都能发生全反射

C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射 D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射

解析：根据发生全反射的条件，光从光密介质射到光疏介质中时，介质Ⅰ对空气Ⅱ来说是光密介质，所以光线a可能发生全反射，介质Ⅰ的临界角为：

注意图中光线a给的是与界面的夹角30°，而此时的入射角为60°＞45°，故光线a能发生全反射，故正确选择答案为(C)．

例2 如图2所示，一束光线从空气射入某介质，入射光线与反射光线夹角为90°，折射光线与入射光线延长线间夹角为15°，求：(1)该介质的折射率；(2)光在该介质中传播的速度；(3)当光从介质射入空气时的临界角．

解：根据题意入射光线与反射光线的夹角为90°，又根据光的反射定律，反射角等于入射角，即α=β=45°．

r=α-θ=45°-15°=30°．

近年高中物理光学最新试题精选

一、选择题

1．2007年3月4日是我国的元宵节，凌晨在我国很多地区都观测到了月食的天象，发生月食时、太阳、地球的相对位置如图所示．当月球进入图中哪个区域时地球上在夜晚地区的观察者可以看到月全食（）

A．全部进入区域I B．全部进入区域II或Ⅳ C．全部进入区域Ⅲ D．部分进入区域I

2．水平地面上物体M将站在A处的人的视线挡住，如图所示，为了能看到M后面的地面，在上方水平放一平面镜，且反光面对着地面，A处的人为了看到M后面距M较近的

地方，他应该（）

A．将平面镜平行上移

B．将平面镜平行下移 C．将平面镜水平左移 D．将平面镜水平右移

3．如图所示，在xOy平面内，人的眼睛位于坐标为（3，0)的点，一个平面镜镜面向下，左右两个端点的坐标分别为（－2，3）和（0，3）一个点光源S从原点出发，沿x轴负方向匀速运动．它运动到哪个区域内时，人眼能从平面镜中看到S的像点，像做什么运动？（）

A．0～－7区间，沿x轴正方向匀速运动 B．－3～一7区间，沿x轴负方向匀速运动

C．－3～－7区间，沿x轴负方向加速运动 D．－3～－区间，沿x轴正方向加速运动

6．大气中空气层的密度是随着高度的增加而减小的．从大气外射来一束阳光，如图所示的四个图中，能粗略表示这束阳光射到地面的路径的是（）

大题：

如图4所示.在距竖直墙MN左侧一段距离的A点有一小球,在球的左边、紧靠小球处有一固定的点光源S.给小球一向右的水平初速度,当小球在空中作平抛运动时,在小球碰墙以前,它在墙上的影f由上而下做的是什么运动？

第二篇：2010年高中物理光学期末考试总结

线偏振光的方位角：线偏振光的振动面与入射面间的夹角称为线偏振光的方位角。

相干时间：⑴光源发出的一个光波列所用的平均时间⑵指光源发出的光波列被一分为二再合二为一时能产生干涉的最大时间差（答对1，2个中的一个即可）(2分)⑶相干时间越大，单色性越好。(1分)

相干长度：⑴指光源发出的光波列的平均长度⑵光源发出的光波列被一分为二，再合二为一时能产生干涉的最大光称差（答对1，2中的一个即可）(2分)⑶是光源单色性的标志(1分)

惠更斯——菲涅耳原理：任一时刻，波前上的每一点都可看成是新的子波波源，下一时刻的波前就是这些子波的公切面（包络面）。(1分)后来，菲涅耳考虑到惠更斯原理中诸子波既然来自同一波前，它们必定是相干的，因此求出诸子波的干涉效应，也就得出新波前的强度分布了，所以一般把惠更斯原理加干涉原理称为惠更斯——菲涅耳原理。(1分)

夫朗和菲衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距离二者均为无限远时的衍射称为菲涅耳衍射。菲涅耳衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距离二者至少有一个是有限的衍射称为菲涅耳衍射。（没答至少扣一分）

晶体的磁光效应：媒质因磁场而引起的折射率变化，称为磁光效应。晶体的电光效应：媒质因电场而引起的折射率变化，称为电光效应。

半波损失：在小角度入射(1分)或掠入射(1分)两种情况下，光波由折射率小的媒质（光疏媒质）进入折射率大的媒质（光密媒质）时，反射光和入射光的振动方向相反，这种现象通常称为“半波损失”。(1分)寻常光： Eo∥Do，lso∥lko(1分)；即折射率与lk方向无关，与各向同性媒质中光传播情况一样(2分)，故称为“寻常光”

非寻常光：一般情况下Ee不平行于 De(1分)，lke不平行于lse(1分)，折射率随lk的方向改变，与各方向同性媒质中光传播情况不同，故称为“非寻常光”。(1分)

等厚干涉：各相干光均以同样的角度入射于薄膜(1分)，入射角θo不变(1分)，改变膜厚度，这时每个干涉条纹对应的是同一个厚度的光干涉的结果。(1分)

等倾干涉：指薄膜（一般板的厚度很小时，均称为薄膜）厚度处处相同(1分)，两光束以各种角度入射时产生的一组干涉条纹(2分)。

干涉条纹的半宽度：在透射光的情况下，半宽度是指透射光强度下降到其峰值的一半时所对应的位相变化量

圆偏振光：电矢量E的端点所描述的轨迹是一个圆(1分)：即在任一时刻，沿波传播方向上，空间各点E矢量末端在x,y平面上的投影是一个圆；(1分)或在空间任一点E的端点在相继各时刻的轨迹是一个圆，这种电磁波在光学上称为圆偏振光。(1分)

线偏振光：电矢量E的方向永远保持不变(1分)，即在任一时刻，沿波传播方向上，空间各点E矢量末端在x,y平面上的投影是一直线(1分)；或在空间任一点E的端点在相继各时刻的轨迹是一直线，这种电磁波在光学上称为线偏振光。(1分)

光轴：当光在晶体中沿某方向传播时不发生双折射，晶体内这种特殊方向称之为光轴。补偿器：改变偏振态的器件叫补偿器。

牛顿环与等倾干涉条纹有何异同？实验上如何区分这两种干涉图样？(5分)解：⑴相同处：(2分)

ⅰ干涉条纹都是同心圆环

ⅱ等倾干涉：条纹间距 eNf2n0n eNh(N1)1 N 即越向边缘环的半径越大，条纹越密 等厚干涉：（牛顿环）em⑵不同点：(1分)1R,m增加 em减少 ,即 越向外条纹越密

2m ⅰ等倾干涉：2nhcos 2nh ⅱ等厚干涉：2nh2 对于h固定时，θ=0是中央条纹，即

2 光程差和干涉极次最大，当环半径增大时对应θ增大Δ减小，m减小

2（若小角度入射时）

中央条纹的光程差最小即 2

干涉极次最小即 m m1 2 当环的半径增大时，干涉极次和光程差都在增大。

⑶实验上区别的方法，可以改变h值的方法（用手压h减小，反之h增大）(2分)

ⅰ等倾干涉：2nhcosm，每个圆条纹均有自己的干涉极次m，对于m亮环来说，当h变小时cosθ必然要增大，以保持m不变,因此这第m极环所对应的半张角θ0 就跟着减小，也就是环的半径不断减小，环向中心收缩而且每减少一个环，中心点的亮暗就要变化一次。

ⅱ等厚干涉：2nh2，对于h=0时是中央条纹，干涉极次最小，等厚干涉的每一条纹是对应膜上厚度相同的点，当h减小Δ减小，对应干涉极次m减小，所以对于原来同一位置即同一半径r处当h减小时，干涉极次由m减小到m-1，即牛顿环在h变化时向外扩张。

写出平行平板多光束干涉的光强分布公式，并给出公式中各项的物理意义，并分析透射光强I(t)的最大，最小值分别是多少？(5分)I(t)1解：⑴光强分布：(0)I1Fsin2⑵各项含义：F2（1分)

4R(0)(t)II R –反射率 –入射光光强 –透射光相干后在干涉仪处的光强(1分)，2(1R)δ–相邻两透射光位相差(1分)

(t)⑶Imax Imin(t)1(0)II(0)当sin0 有最大值(1分)1021I(0)当sin1 有最小值(1分)1F2

菲涅耳圆孔衍射（R→∞,r0有限）当r0连续变化时，观察屏上轴上点的光强如何变化？为什么？（R，光源到孔间距；r0观察点到孔间距）(5分)解：开孔半径N2RroN2RroN

∴N(1分)∴当R→∞时，RroRroN21N,当ro连续变化时，N的奇偶性发生变化，而轴上点的复振幅Aa1a2a3a4,由于相邻roAN两带的相位差π而绝对值近于相等∴N为奇数时，(1分)∴光强出现明暗交替的变化。(1分)

a1aNa1aNA光强大(2分)而N为偶数时N光强小，2222在平行光的双缝衍射实验中，缝距d=2a（a是缝宽）。试粗略画出条纹的光强分布。若挡住一缝，条纹有何变化？原来亮条纹处的光强是否会变小？为什么？

解：（1）已知N2，缝距d2a，光强分布为I(p)4I0(sin)2cos22，1kdsin，0kasin，2处，干涉主极大，衍射主极大，∴IImax4I0(1分)衍射主极大内包含2()13 个干涉主极大。条纹的光强分布如下图所示。

da

缝衍射，条纹变宽。(1分)

（3）由于双缝的光强分布为：I(p)4I0((1分)（2）挡住一缝相当于单

sin)2cos22

单缝的光强分布为：I(p)Io(sin)2

双缝亮条纹I(p)4I0(sin)2为单缝的4倍，所以原来亮条纹处的光强会变小。

试比较单缝、双缝、多缝衍射和闪耀光栅的平行光衍射的光强分布，并说明这些光强分布不同的原因。解：单缝衍射的光强分布：I(p)Io(sin)2，1kasin，a--缝宽，θ—衍射角 22

Io--衍射花样中心θ=0处的光强，k双缝衍射的光强分布：I(p)4I0((1分)

Sin)2Cos22，1kaSin，kdSin(1分)d--两缝对应点间距离 2双缝衍射是因为双缝中各单缝的衍射光的双光束干涉。(1分)

sin2sinN2)多缝衍射的光强分布：I(p)Io（N--缝数 sin2多缝衍射是多个单缝衍射光的多光束干涉。(1分)

N2sin2)闪耀光栅的光强分布：I(p)Io((1分)sin22sin2在夫琅和费单缝衍射中，当何条件下可以不考虑缝长方向上的衍射？是何原因？（4分）（试说明为何单缝衍射时只考虑缝宽方向的衍射而不考虑缝长方向的衍射）解：衍射宽度a

a—缝宽，(1分)当λ确定时a增加，减小，衍射效应不显著，(1分)a减小，增加，衍射效应显著。(1分)因为缝长远远大于缝宽，宽度很小，衍射效果不显著，因此不考虑缝长衍射。(1分)为什么在各向异性晶体中光波的相速度与能量传递速度不同？两者在方向和大小上有何关系？

222解：一般晶体中三个主折射率n11，n22，n33，不完全相等，(1分)导致D和E在一般情况下不平行，使得光能流方向(光线方向)ls与光波法线方向lk一般不重合，(1分)即光能不沿波法线方向而是沿光线方向传播，等相面前进的方向（法线方向）既然与光能传播方向（光线方向）不同，(1分)其对应的速度—相速度（Vp）与光线速度（Vr）也就不同，(1分)两者在方向上有一夹角为α（D，E间夹角）大小关系如下：VpVrcos(1分)简述波带片与透镜的区别与联系。

波带片：焦距不是单值的，因此一平行光入射到这种波带片上，在许多位置上都会出现亮点，有一系列虚焦点。成像时在像点周围会形成一些亮暗相间的同心环。(3分)

透镜：焦距是单值的，因此一平行光入射到透镜上只有一个亮点，成像时也只是一个亮点。(2分)利用片堆产生偏振光的方法其原理是什么？(4分)它是由一组平行玻璃片叠在一起构成，自然光以布鲁斯特角入射并通过片堆，因透过片堆的折射光连续以相同条件反射和折射，每通过一次界面，都从折射光中反射掉一部分垂直分量，(3分)最后使通过片堆的折射光接近一个平行于入射面的平面偏振光。(1分)简述利用反射，折射产生偏振光的基本原理是什么？(4分)解：⑴反射：如果光以布鲁斯特角入射到界面上，则反射光无平行分量，只有垂直分量，产生偏振光。（2分）⑵折射：光通过单轴晶体时，在晶体内有一束光分成两束，通常两束光的传播速度不等，传播方向不同，两光束均为100%线偏振光，其光振动方向相互垂直。因此只要能把晶体内的这两个正交模式的光在空间分开，就可利用它制成偏振器。（2分）

平行单色光垂直入射到一光栅上，在满足dsin3时，经光栅相邻两缝沿θ方向衍射的两束光的光程差是多少？经第1缝和第n缝衍射的两束光的光程差又是多少？这时通过任意两缝的光迭加是否都会加强？(5分)解:(1)dsinsinm

当0时 dsinm（1分）而m=3衍射角为时相邻两缝的光程差为dsin3（1分）所以相邻两缝光程差为3.(2)第1和第3条缝光程差2(3)

1,n(n1)dsin(n1)3n-缝数（1分）

(3)只考虑干涉因子时任意两缝间光程差都是波长的整数倍,所以相位差为2的整数倍,应是相干加强,但由于衍射作用的存在,有可能不会加强.（2分）

迈克尔逊干涉仪作为等倾干涉仪使用时，如果h连续变化，干涉条纹如何变化？为什么？ 解：h连续变化，将引来圆条纹的收缩或扩散，加粗或变细。(1分)

2nhcos0m（θ0-第m极环对应的半张角）

h减小 cosθ0增大 θ0减小，将引起圆条纹不断向中心收缩，在圆条纹中心周期性的发生明暗变化。(2分)

h增大 cosθ0减小θ0增大，将引起圆条纹不断向外扩张，在圆条纹中心周期性的发生明暗变化。(2分)

写出斯托克斯矢量的通式，并分别写出在水平方向和垂直方向振动的线偏振光、左旋、右旋圆偏振光、与X正方向成45o振动的线偏振光的斯托克斯矢量，并在邦加球上标出它们的位置。22EEsoxoy0sE2E2ox1oy解：s(1分)s22EEcosoxoys32EoxEoysinE0212归一化1E(2分)

如图 A点 水平方向：EoxEo

Eoy0 令δ=0 则 s00000E0212归一化1E垂直方向：Eox0

EoyEo

令δ=0 则s 0(2分)如图B点

0000

(2分),每点1分

右旋圆偏振光：EoxEoyEo

令22m

(m0,1,2)

2Eo21归一化00（2分）

如图 C点（1分）

s 0022Eo1左旋圆偏振光：EoxEoyEo

令2m

(m0,1,2)

22Eo21归一化00（2分）

如图D点（1分）

s 0022E1oo与x正方向成45o： 4

5EoxEocos45o EoyEosin45

(2分)

oE021归一化00令δ=0 则s (2分)如图E点(2分)E21000平面波正入射，光轴平行于正单轴晶体的晶面时，画出折射率椭球和折射率曲面，标出反射波矢（kr）透射波矢（kt）及o光、e光的传输方向（So ,Se）并分析光线通过晶体后偏振态是否改变。（7分）

(3分)分)(d-n曲面（椭球法）

k-n曲面（斯涅耳作图法）∵n0ne

∴有光程差，偏振状态发生改变。(1分)

平面波正入射，光轴垂直于正单轴晶体的晶面时，画出折射率椭球和折射率曲面，标出反射波矢kr，透射波长kt，o光、e光传输方向（So ,Se）并画图说明光线通过晶体后偏振态是如何改变的。（7分）解：

(3 分)(3分)

因为π平面为一个圆，所以no=ne P平面光线没有分开，k0∥ke∥so∥se且no=ne，所以无光程差，无相位差，因此偏振方向不改变，偏振状态不改变。(1分)

画出迈克尔逊干涉仪的原理图，说明产生干涉的原理及补偿板的作用。

解：①扩展光源S发出光束在A面上反射和透射后分为强度相等的两束相干光⑴和⑵。⑴经M1反射后通过A面，⑵经M2反射后通过A面，两者形成干涉，⑴和⑵干涉可看作M2在A面内虚像M2′和M1构成的虚平板产生的干涉。(2分)

②P2作用是补偿光路，相干光⑴一共经过平板P1三次，附加光程差为3nl，相干光⑵一共经过平板P1一次，附加光程差为nl。由于在空气中行程无法补偿，所以加P2使⑵走过的光程同⑴，P1 与P2材料、厚度完全相同且平行。(2分)

(3分)

画图说明片堆产生偏振光的方法其原理是什么？ 解：

(2分)(2分)

菲涅耳曲线

由菲涅耳曲线可知：当入射角θi=θB时，r∥=0,反射光无平行分量，只有垂直分量。(1分)自然光从θB角入射到片堆上，只有平行分量通过，垂直分量部分被反射掉，(1分)再经过平玻璃平行分量通过，垂直分量部分被反射掉，经过一系列平玻璃后出射光只剩平行分量，由此产生了偏振光。(1分)画出菲涅耳曲线，并由图分析反射光和透射光的位相变化。（光由光疏进入光密媒质）（6分）

解：菲涅耳曲线如下图所示

(3分)

t∥，t⊥ 在入射角θ1为任何角度时均大于0，说明透射光的相位与入射光相位相同，既无相位变化；(1分)r⊥<0说明反射光的垂直分量与入射光的垂直分量相位差π；(1分)θ1<θB时r∥>0说明反射光的平行分量无相位变化，θ1>θB时r∥<0说明反射光的平行分量与入射光的平行分量相位差π。(1分)

在平行光的多缝衍射实验中，当缝数N=5时，试粗略画出在相邻干涉主极大间干涉极小和干涉次极大的示意图，并标出相应的位相值。（6分）解：干涉极小：在相邻m间有N-1个极小值，即当N=5时24(N1)2，„„，(1分)NNN2468，，有4个极小值。(1分)5555干涉次极大：有N-2个值，即当N=5时352N3，„„(1分)NNN357，有3个次极大值。如下图所示。555(3分)

1．如图所示，为了只让e光通过尼科耳（Nicol）棱镜,且使其在棱镜中平行于长边，则棱镜的长边与底面间的夹角应为多大？已知棱镜的ne1.516，no1.658，加拿大树胶的n1.54，并设o光射在加拿大树胶层上的入射角比临界角大145,试求棱镜的长厚比a/b之值。

解：已知棱镜（BDAB，BDCD）由题意

e光//AD//BC

则 

o2e

2()(BD//入射光线的法线)

为o光在BD面上的临界角。

sinn1.5468o15'(2分)no1.658o'已知

145

则

022o(1分)

由折射定律：

sinenesinonosin

则

sinesinonone

将o20o代入则

e22o(2分)

 2e



68o(1分)

CDb

sin aCDba12

cossin

(3分)

abcossinsin2由图中可以看出

coso将68代入得

ab2.88(1分)

2．一束光直径为2mm的He—Ne激光器（λ=623.8nm）自地面射向月球。已知地面和月球相距3.76×105km，问在月球上得到的光斑有多大？如用望远镜做扩束器把该光束扩成直径为5m，应用多大倍数的望远镜？用此扩束镜后再射向月球，问在月球上的光斑是多大？ 解：（1）爱里斑的角宽度 1.22(2分)D光斑大小 2op=2stg2s(1分)

s 是地球到月球的距离

op为光斑半径

23.7610111.220.0006328

(2分)2290公里51032500倍(2分)（2）D由2mm5m

放大倍数为

2（3）光斑大小为2stg2s2s1.22(1分)

D2500倍

D

光斑大小2500倍 即为290/2500=116米。(2分)

3．一观察者站在水池边观看从水面反射来的太阳光，若以太阳光为自然光，则观察者所看到的反射光是自然光，线偏振光还是部分偏振光？它与太阳的位置有什么关系？为什么？

（1）当入射角1B时，反射光为线偏振光，(2分)因此时R//0

tgBRR

1.331B53o即当153o时反射光为线偏振光。(3分)

（2）当10,和190oR//R反射光为自然光。(3分)

（3）其他角度时，反射光为部分偏振光。(2分)

4.欲使线偏振光的激光束通过红宝石棒时，在棒的端面上没有反射损失，则棒端面对棒轴倾角α应取何值？光束入射角φ1等于多少？入射光的振动方向如何？已知红宝石的折射率为n=1.76，光束在棒内沿棒轴方向传播。解：要想没有反射损失，则光沿布鲁斯特角入射(3分)，即tgBn21.76，B60.396(2分)n1并且，入射光的振动方向平行入射面无垂直分量(2分)∴1B60.396,(1分)由于是布鲁斯特角入射，则入射角与折射角互余(1分)。∴160.396(1分)

5.一方解石直角棱镜，光轴平行于直角棱，自然光垂直入射。要使出射光只有一种线偏振光，另一种被完全反射掉，顶角应取在什么范围？出射光振动方向如何？（已知no1.6583，ne1.4864）

解：已知：no1.6583，ne1.4864

全反射临界角为c

sincn2

这里n21.0（空气）（1分）n1

n1为方解石的折射率

当入射角ic时全反射（1分）对于o光：sinco110.6030

co=37.08o（2分）no1.65831110.6727

ce=42.28o（2分）"ne1.4864n对于e光：since当入射角在37.08oi42.28o之间时o光全反射，只有e光一种线偏振光出射。（2分）由图中可知i顶角在37.08o~42.28o之间时，o光全反射e光透射。（1分）又因为e光在主截面内振动所以透射光的振动方向在主截面内。（1分）

6.波长0.63μm的一束激光，穿过一直径D=3.19mm的小圆孔，与孔相距D0=1m处放一白屏，问：⑴屏上正对孔中心的点P0处是亮还是暗？⑵要使P0点光强度变成与⑴相反的情况，则屏应向小孔移动多少距离？ 解：（1）入射光近似认为是平行光，衍射物到屏距离有限，所以认为菲涅耳圆孔衍射。（1分）

r0D01m 0.63m 衍射圆孔半径2NNr0ND 2RRr0当R时2NNr0（1分）

DND02即波带数N=4(偶数)23.19D2N4（1分）334D040.6310102A4a1a2a3a40 所以轴上P0点为暗点.（1分）

(2)N为奇数时, P0点将由暗变亮.（1分）

2Nr0NRRr0当R与N一定时,r0大,N小;r0小,N大（1分）

现在要求屏向小孔方向移动,即r0变小,N变大.取N=5(奇数)（1分）

2NNr0

D2即:54r03.19D2r0807.26mm0.8m（2分）

20200.631032屏向孔移动 1m-0.8m=0.2m（1分）

7.试说明下列各组光波表达式所代表的偏振态。⑴ExE0sin(tkz)，EyE0cos(tkz)⑵ExE0cos(tkz)，EyE0cos(tkz4)

⑶ExE0sin(tkz)，EyE0sin(tkz)解：（1）ExE0sin(tkz)，EyE0cos(tkz)

ExE0cos(tkz∴2)，EoxEoyE0

，∴为右旋圆偏振光（3分）

22（2）ExE0cos(tkz)，EyE0cos(tkz)

4，∴Ey超前Ex

 4，EEE2x2y20，Ey超前Ex 且tgcosEoyEox

1，∴4

tg2tg2costg24，∴4∴ 为右旋椭圆偏振光，长轴在y=x方向上（3分）

（3）ExE0sin(tkz)，EyE0cos(tkz)

EyE0sin(tkz)，，EoxEoyE0

tgEoyEox1，∴4，tg2tg2costg2cos∴4

∴ 为线偏振光，振动方向为y=-x（4分）

8.将迈克耳逊干涉仪调到能看到定域在无穷远的圆干涉条纹，一望远镜焦距为40cm，在焦平面处放有直径为1.6cm的光阑，两反射镜到半镀银镜的距离为30cm和32cm。问对λ=570.0nm 的入射光波，在望远镜中能看到几个干涉条纹？ 解：

用迈克耳逊干涉仪看到的圆干涉条纹为等倾干涉(1分)

等倾干涉

NoN 为第N环的光束入射角

h2oN(1)(2分)

 是纯小数 且1

1可以忽略(1分)oNtgoND20.02f(5分)2oN0.0004

h32302cm570.0nm5.7105cmN20.0004145.7105

即可以看见14条条纹(1分)

10.如果玻璃板是由两部分组成（冕牌玻璃n=1.50和火石玻璃n=1.75），如图，平凸透镜是用冕牌玻璃制成的，而透镜与玻璃板之间的空间充满着二硫化碳（n=1.62）这时牛顿环是何形状？

解：

右边 ：n1=n2小角度入射有半波损失(1分)

右2n3h 22rmhm(1分)

2R当 h=0时对应的是中央条纹

第m个暗条纹的光程差为

2为暗条纹

右边中央条纹为暗条纹(1分)

2rm2m1

m=0，1，2„„(1分)

m2n3hm2n322R22

rmmR

（第m个暗条纹的半径）(1分)n3左边：n1n4

无半波损失(1分)

左2n3h

中央条纹为h=0时

=0时应为亮条纹(1分)

2rmm

m=0，1，2„„(1分)第m个亮条纹光程差为m2n3hm2n32R2rmm

rm 2n32RmR（第m个亮条纹的半径）(1分)n3可见，右边第m个暗环恰是左边第m个亮环(1分)

11.如图用棱镜是光束方向改变，要求光束垂直于棱镜表面射出，入射光是平行于纸面振动的He—Ne激光（波长λ=3628Å）。问，入射角φi等于多少时，透射光为最强？并由此计算此棱镜底角α应磨成多少？？已知棱镜材料的折射率n=1.52。若入射光是垂直纸面振动的He—Ne激光束，则能否满足反射损失小于1%的要求？ 解：要使透射光最强则要求反射光最弱，则光沿布鲁斯特角入射，1B(2分)

tgBn21.52，B156.66(1分)由折射定律n1sin1n2sin2 n1可求出2=33.340(2分)

因为出射光垂直于棱镜表面，所以由几何关系可知，1 ∴56.66(1分)

sin2(12)若入射光垂直于纸面振动，则R15.7%(2分)

sin2(12)无法满足反射损失小于1%的要求。(2分)

12.利用牛顿环的干涉条纹可以测定凹曲面的曲率半径。方法是把已知半径的平凸透镜和凸面放在待测的凹面上，在两镜面间形成空气隙，可以观察环状的干涉条纹。如图，试证明第m个暗环的半径rm和凹半径R2 凸半径R1以及光波波长λ之间的关系为rmm02R1R2。

R2R1

解：如图所示

(2分)22rmrm

h2

h1(1分)

2R22R111

hh1h2r(1分)2R2R212m

又2h1212rm(1分)22R12R22

第m个暗环有2m1

有rm22

11 m2R1R222

rmmR1R2(2分)

R2R12rmm0对于空气隙 n10R1R2(3分)

R2R19.如图所示，一光栅的上部为等间距光栅，栅距为0.02mm。下部某栅距带有误差0.01mm。此光栅受到一个平面波照射，如果只考虑一级衍射，求栅距为d处衍射光线所产生的附加相 差。解：

光栅方程：dsinm(2分)

1dsin1 1——m=1时的衍射角(1分)

0.02sin1d0.02mm(2分)

2(d0.01)sin10.03sin1(1分)2231223(2分)2，(1分)相位差：所以，附加光程差21 22(1分)

第三篇：光学实例与高中物理教学

光学实例与高中物理教学

摘 要：知识来源于生活，学生在生活中学习，能够有效提高学生的学习兴趣、学习效率以及解决问题的能力，实现学生学以致用的目的。对于提高学生的科学探究能力、学习自觉性、主动性有重要作用。教师可以从高中物理教学中的光学问题出发，研究和探讨学生如何运用生活中的光学实例理解和掌握物理光学知识，提高学习效率。

关键词：光学；物理教学；自主探究

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）34-0107-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.34.064

一、高中生的学习习惯和思维特点

高中阶段的学生大致在15-17岁，他们精力无限，个性张扬，但是思维发展还不够完善，思考问题还不够全面，对于自己的行?椴荒芄缓芎玫脑际?，对于学习不能够全面投入，因此，对于这个阶段的学生，教师还需要注意引导他们学习的兴趣，促进他们学习能力的发展和思维的发展。就思维方式来说，这个阶段学生正处于形象思维向抽象思维发展的阶段，抽象思维还不是很完善，因此教师在教学中应该根据这一特点，注重运用学生形象思维、有效促进学生抽象思维发展。在物理学教学中，物理实验的观察和教学对于学生的学习有很大的帮助作用，而能够运用于物理实验的生活实例，又能够很好地提高学生的学习兴趣，有助于提高学生在生活中注意观察和思考的习惯。因此教师要在教学中充分利用生活现象，大量引用生活实例对学生进行教育教学，促进学生主动探究相关知识，将灌输与兴趣激发结合起来，达到最优的教学效果。

二、运用生活实例进行物理教学的基本原则

（一）科学原则

物理学是科学科目，在教学实践中，不管采用何种方法，举何种实例，必须要符合科学，同时要用科学的态度去对待所讲述的内容或者举到的实例。同时，教师在传授时无论是理论介绍还是实例说明，这种教授的方式方法必须科学，也就是尽可能让学生产生兴趣，激发学生的学习欲望，提高学习效率。教师教学过程中的科学态度也是能够影响和教育学生的具体内容，它能够帮助学生形成务实、求真的科学态度，掌握严谨、细致的科学方法，帮助他们在学习和生活中找到符合科学标准的结论。

（二）真实原则

科学性原则决定了教师在教学中运用生活实例进行教学必须坚守真实性原则，科学性原则要求在教学中采用科学的实例，运用科学的方法得出科学的结论。科学必须是严谨的，这就决定了在物理教学中，教师不能为了活跃气氛或者说明什么道理，幻想一些“完美的”科学“实例”，而是要采用一些真实的生活实例进行教学，因为“真实”是“科学”的第一要素，在不真实的素材中获得的科学结论是不可靠的，同时，只有采用来源于生活的真实实例才能真正促进学习提高学习兴趣，帮助他们在生活中观察、思考和学习，才能使学生观察生活实例的时候找到问题，探究问题，解决问题，提高自己的学习能力，提高学习主动性。

（三）有序原则

教学中要坚持从实际情况出发，按照学生的认识能力和认识水平采取循序渐进的原则，知识讲解要由浅入深，由易到难，在物理学教学中，更是要让学生在科学的安排下进行，不能让学生对知识的认知没有层次，没有台阶。有序的课堂教学和课后练习安排，更有助于学生认识所学的内容、知识。在光学知识的讲解中，学生不仅要熟悉多彩的光学实验，更加要有序安排学习过程，掌握科学、有序的学习方法。

（四）完整原则

知识的学习必须全面，在物理学教学中，学生要全面、系统地掌握知识。教师在运用光学实例进行物理教学时，要避免出现碎片化认知，合理安排、科学实施，让学生在全面掌握知识的基础上深入思考和认识所见到的光学现象，从现象看本质，从某一现象来思考和复习所有有关的物理知识，确保知识系统的完整性。

三、将光学实例运用于物理教学，促进物理教学效率提高

心理研究表明，高中学生的思维模式属于简单唯物主义阶段，教师可以充分利用这一特点，从学生的生活实际中选择一些学生熟悉的实例，例如照相机成像的原理，闪电现象的形成，潜望镜的特点及其功能实现原理等问题，这些问题的提出和思考，可以让学生的好奇心和求知欲得到很大的刺激。教师在上课时，应根据学生的反应进行发挥，让学生自己解释所看到的现象，或者讨论现象背后的物理学原理，同时教师应该鼓励学生自己举出一些与所讲知识有关的光学实例并作出理论解释，提高学生举一反三的能力，让学生能够掌握通过生活实例进一步思考和更加清晰的掌握光学知识的目的，让学生在学习中把条目化、抽象化的物理理论知识与生活趣事儿联系起来，这样学生就能够提高对于物理学知识的兴趣，学生的学习动机和学习效率都会有很大的提高，这就保证了学生学习的动力，提高了学生学习的能力。下面举一些光学实例运用与物理教学的具体事例。

（一）光波的长短变化与吸收现象

所有的学生都能够看到交通灯，知道交通灯在雨雾天气也能看的较为清楚，这又是怎么实现的呢？在物理学教学中，学生学习到了红光的光波最长，这一特点导致红光最容易发生衍射，因此，哪怕是在雨雾天气，所有交通参与者都能够很好的看清交通红灯，学生就能够理解交通灯正是利用了红光的光程远，不容易被散射的道理，有效防止了交通参与者因看不清交通指示灯而发生交通事故的可能。

（二）光的折射现象

不仅夏日雨后会出现彩虹，其实出现彩虹的还有洒水车的后面，学生都注意到了彩虹的出现与空气中的水雾有关，其实彩虹之所以是平滑的曲线，与我们的眼睛视力范围有关，那么由里到外或者由外到里的不同颜色又是怎么出现的呢？其实这就是折射造成的，太阳光是一种复合光，由不同颜色的光组成，但是当这些光发生折射的时候，由于光的波长不同所以他们对同一介质的折射率不同，导致折射后的光发生色散现象，因此太阳光便会被分解成红橙黄绿蓝锭紫的不同颜色。

另外，光的镜面反射、漫反射、光的干涉与衍射现象，光谱效应等都能够在生活中找到很有趣的实例，这些实例能够很好地提高学生对于光学知识的兴趣，也大大提高了学生自主学习的能力和运用知识解决实际问题的能力。

总之，生活是最好的老师，只要我们留意，处处都是知识。培养学生观察和分析的能力，有效提高学生对于物理知识的兴趣，是每一个物理老师不可错过的教学方式。

参考文献：

[1] 王化银，张东雨.几例有趣光学现象的定量分析[J].科教文汇，2013（8）：149-150.[2] 王文麒，乐永康.光盘结构及实验中的光学现象[J].物理实验，2013（4）：44-47.[ 责任编辑 胡雅君]

第四篇：光学教案

光学知识点

（一）光源：能发光的物体。

1、光源可分为自然光源。如 ：太阳、萤火虫。

2、人造光源。如： 篝火、蜡烛、油灯、电灯、电视机屏幕。

3、月亮、平面镜、放电影时所看到的银幕本身不会发光，它们不是光源。

（二）光的传播：光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。

1、表示光的传播方向的直线叫光线，光线是带箭头的直线，箭头表示光传播的方向。

2、用光的直线传播解释简单的光现象

1）影的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，由于光是沿直线传播的，所以在不透光的物体后面，光照射不到，形成了黑暗的部分就是影。2）日食、月食的成因。

3）小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形状与孔的形状无关。

（三）光速

81、光在真空中的传播速度是3×10 m/s.2、光在其他各种介质中的速度都比在真空中的小.3、光在空气中的速度可认为是3×108 m/s.（四）色散：复色光分解单色光的现象，叫做光的色散。

1、白光是复色光。白光通过棱镜不能再分解的光叫做单色光

2、红、绿、蓝是色光的三原色

3、红、黄、蓝是颜料的三原色。

（五）光的反射：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。

1、反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居于法线的两侧，反射角等于入射角。光的反射过程中光路是可逆的。

2、分类：

⑴ 镜面反射：射到物面上的平行光反射后仍然平行。

迎着太阳看平静的水面，特别亮。黑板“反光”等，都是因为发生了镜面反射 ⑵ 漫反射：射到物面上的平行光反射后向着不同的方向 每条光线遵守光的反射定律。

（六）平面镜：

1、成像特点：①物体在平面镜里所成的像是虚像。②像、物到镜面的距离相等。③像、物大小相等。④像、物的连线与镜面垂直。

2、“正立”“等大”“虚象”像、物关于镜面对称。

3、成像原理：光的反射定理。

4、作用：成像、改变光路。

5、实像和虚像：实像：实际光线会聚点所成的像。

虚像：反射光线反向延长线的会聚点所成的像。

（七）光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化；这种现象叫光的折射现象。

1、光的折射定律：

⑴折射光线，入射光线和法线在同一平面内。⑵折射光线和入射光线分居与法线两侧。⑶

光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角。光从水中或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。光从空气垂直射入（或其他介质射出），折射角=入射角= 0度。

2、在折射时光路是可逆的。

3、应用：从空气看水中的物体，或从水中看空气中的物体看到的是物体的虚像，看到的位置比实际位置高。

（八）透镜成像：

1、透镜及分类： 凸透镜： 边缘薄，中央厚。

凹透镜： 边缘厚，中央薄。

2、主光轴，光心、焦点、焦距。

主光轴：通过两个球心的直线。

光心：主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不变。焦点：凸透镜能使跟主轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这点叫透镜的焦点，用“F”表示

焦距：焦点到光心的距离叫焦距，用“f”表示。

虚焦点：跟主光轴平行的光线经凹透镜后变得发散，发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点，这一点不是实际光线的会聚点，所以叫虚焦点。每个透镜都有两个焦点、焦距和一个光心以及一条主光轴。

3、透镜对光的作用

凸透镜：对光起会聚作用。

凹透镜：对光起发散作用。

4、凸透镜成像规律

注意：

u>f： 物距增大、像距减小、像变小、成倒立实像；物距减小、像距增大、像变大、成倒立实像。

U

第五篇：光学教案

6.1 光的吸收和散射

教 案

主讲： 朱 辉 单位：物电学院

2010-12-08【教学目的】

掌握光在传播中与物质的相互作用之一——能量变化（吸收和散射）。掌握朗伯定律。

掌握吸收光谱及其应用。

能够利用瑞利散射理论解释朝阳、蓝天现象。能够利用米氏散射理论解释白云和雾的现象。了解散射光的偏振性。

培养学生利用光的吸收和散射原理解释自然现象的能力。提高学生对环境保护的认识。【教学内容】

朗伯定律。

一般吸收和选择吸收。

吸收光谱及其应用。

光的散射定义。瑞利散射和米氏散射。蓝天、朝阳和白云现象。【教学重点】

朗伯定律、吸收光谱。

用散射理论解释自然界中的光学现象。【教学难点】

吸收光谱。电偶极辐射理论。

散射和漫射、反射和衍射的区别。散射光的偏振性。【课时安排】 45分钟 【预习要求】

观察自然界中的吸收和散射现象。【教学方法】

实验演示法、讲授法、谈话法等。【实验演示】

通过实验演示光的吸收和散射现象

通过PPT显示光的吸收和吸收光谱的动画或图片。【教学手段】

采用多媒体教学。【参考书目和参考文献】

1.赵凯华.新概念物理教程光学.北京:高等教育出版社,2004.11.2.钟锡华.现代光学基础.北京：北京大学出版社，2003.8.3.赵凯华,钟锡华.光学.北京:北京大学出版社,1984.4.母国光,战元龄.光学.北京:人民教育出版社,1979.5.郭光灿等.光学.北京:高等教育出版社,1997.6.张志军, 熊维巧.原子吸收分光光度法测定微量铬[J].化学工程师 , 2000,(03)7.孙立民, 郭丽娟.氢化物原子吸收分光光度法测定水中的汞[J].吉林水利 , 2002,(06)8.伯广宇等.探测大气温度和气溶胶的瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达[J].光学学报,2010（01）.【作业】

Page291 6.2 [教学内容] 导入：

除了真空，没有一种介质对电磁波是绝对透明的。光的强度随穿进介质的深度而减少的现象，称为介质对光的吸收（absorption）。仔细的研究发现光不仅有吸收而且还有散射两种情况，前者是光能量被介质吸收后转化为热能，后者则是光被介质散射到四面八方。

演示1：光通过液体以后的变化，引入光与物质相互作用中的吸收和散射问题。发现

光束越深入物质，强度将越减弱

结论：

⑴ 光的能量被物质吸收——光的吸收现象

⑵ 光向各个方向散射 ——光的散射

6.1 光的吸收和散射

一、光的吸收 1.朗伯定律

实验表明，当光沿X方向均匀通过介质的时候，设光的强度在经过厚度dx的一层介质时强度由I减为I-dI。在相当广阔的光强范围内，-dI正比于I和dx，有

dIIdx

（1）

式中α是个与光强无关的比例系数，成为该物质的吸收系数。

为了求出光束穿过厚度为l的介质后的强度

图一 光的吸收

改变，（1）改写为

并在0到l区间对x进行积分。得

le

(2)

II0dIIdx

在光强不太强的情况下，大量的实验证明这个定律相当精确。

激光出现后，由于人类掌握的光强增加了几个甚至十几个数量级——这时候就出现光与物质作用的非线性效应（非线性光学）。

在液体中吸收系数α与液体浓度C的关系为

AC

(3)那么(2)式可以改写为

II0eACl

(4)公式(3)可以作为液体浓度测量的理论依据。2.一般吸收和选择吸收

在吸收的过程中，如果所有的波长的吸收都是一样的，我们称为普遍吸收，也可以称之为一般吸收。

a）一般吸收

吸收很少，并且在某一给定的波段内几乎不变。如：空气、无色玻璃和纯水都是在可见光范围内产生一般吸收。

不是所有的物质都是如此，对于广阔的电磁波了范围，一般吸收介质不可能存在。比如我们看一束白光通过一个滤光片，那么就会产生一些特殊的效果。如红色滤光片后变成红光，这种物质对某些波长吸收特别强烈的过程，我们称为选择吸收。

b)选择吸收

特点表现为：吸收很多，并且随着波长的变化而剧烈的变化。任何一种物质对光的吸收都是有这两种吸收组成。c）吸收曲线的应用。（如光纤吸收曲线）

图二 光纤的工作波长分段图

图二是光纤的吸收曲线，从图中可以看出吸收比较少的，而且应用最好是波长1550nm的窗口。这也是高锟的重要贡献。

图三 大气窗口

一般将大气的衰减作用相对较轻、透射率较高、能量较易通过的电磁波段定义为大气窗口。只有位于大气窗口的波段才能被用于生成遥感图像。在VIS—IR区段，常用的大气窗口有：0.3—1.3μm、1.5—1.8 μ m、2.0—2.6 μ m、3.0-4.2 μ m、4.3—5.0 μ m、8—14 μ m。在微波区段，主要采用的大气窗口为8mm附近和频率低于20GHz的波段。

3.吸收光谱

产生连续光谱的光源所发出的光，通过有选择吸收的介质后，用分光计可以看出默写线段或某些波长的光被吸收。这就形成了吸收光谱。

a)实验装置

图4 观察吸收光谱的实验装置

b)吸收光谱

当连续的白光通过吸收物质后再经过光谱仪器的分析，即可将不同波长的光被吸收的情况显示出来，形成“吸收光谱”。

c)吸收光谱与发射光谱的关系

图五 氢原子在可见光区域的发射光谱和吸收光谱

从图五中可以看出，吸收谱中的暗线和发射谱中明线意义对应，也就是说某种物质自身发射那些波长的光，它就强烈的吸收那些波长的光。

d)吸收光谱的应用

我们知道不同的元素对应有不同的发射谱线，就如同条形码一样。很多的时候我们无法也不能把元素加上高温让其发射谱线，如恒星表面覆盖的一层气体。

利用吸收谱观察太阳表面的元素构成：1868年法国人让桑（J.P.Janssen）发现太阳光谱中出现了不知来源的暗线；后有英国天文学家洛尔基（J.N.Lockyer）取名为氦，源于希腊语意为太阳(helios)。这种物质1894年才有英国化学家莱姆赛（W.Ramsay）从亿铀矿蜕变的气体中发现。

利用吸收光谱测量：元素比例的定量分析。

二、光的散射

1.光的散射

在光学性质均匀的介质中或两种折射率不同介质的分界面上，无论光的直射、反射和折射都仅局限在某一个特定的方向上，而在其他方向上的光强则等于零，我们沿着光束的侧向观察就应该看不到光。

但光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧向却可以看到光，这种现象叫光的散射。

2.电偶极辐射理论

光通过物质的时候，由于电场的作用，物质中的原子、离子或分子在入射光电场的作用下做受迫振动。设p=ez，z=Acoswt经典的理论告诉我们。

EHeA40cRE2sincos(t2Rc)

(5)

0czSHzpOpOEI

图六 电偶极辐射

图七 波的强度与角度的关系

能量可以用坡印廷矢量表示

SEHEH10cE(6)则波的强度的平均值为

SI10cE20eA32cR22224sin2

(7)有此可知，光在半径为R的球面上各点的相位都相等(球面波)，相位落后园心R/c，但是振幅随着角度变化。

3.散射与介质不均匀的关系

当光入射到介质上，将激起其中的电子作受迫振动，从而发出相干次波。注意这里的次波和惠更斯——菲涅耳原理假设的次波不同，这里是真是的振源。理论上可以证明，只要分子的密度是均匀的，次波相干叠加的结果，只剩下遵守几何光学规律的光线，沿着其余方向的振动完全抵消。但是，在微观的尺度，由于分子的涨落，没有物质是均匀的。那么当尺度达到波长量级的邻近小块之间的光学性质有较大差异时，在光波的作用下它们将成为强度差别较大的次波源，而且从它们到空间个点已有不可忽略的光程差，这些结果就远远不同于均匀介质的情况。如图八所示：

图八 散射、衍射和反射

图中可以看出，介质比较大的情况下，散射可以看作反射和折射。介质比较小的情况下，可以看作衍射。4．瑞利散射和米氏散射

瑞利在1871年针对细微质点的散射，通过大量的实验，提出了散射光强与波长的四次方成反比的规律。

从电动力学的结果我们也可以看出，偶极子的辐射功率也是正比与频率的四次方。究其原因，瑞利认为是热运动破环了分子之间的关联。

同样我们从上面的分析也可以看出，较大颗粒对光散射，不能仅仅看成独立的电偶极子的振荡合成了，它们有很大的一部分是相关的。对应大颗粒散射，米(C.Mie)和德拜(P.Debye)以球形质点为模型计算了电磁波的散射，给出了适用于任何球体的散射公式。如图九所示。

图九 瑞利散射和米氏散射

5.蓝天、朝阳和白云 首先，白昼天空之所以是亮的，完全是大气散射阳光的结果。如果没有大气，即使在白昼，人们仰观天空，将看到光辉夺目的太阳悬挂在漆黑的背景中。这景象是宇航员司空见惯了的。由于大气的散射，将阳光从各个方向射向观察者，我们才看到了光亮的天穹，按瑞利定律，白光中的短波成分（蓝紫色）遭到散射比长波成分（红黄色）强烈得多，散射光乃因短波的富集而呈蔚蓝色。瑞利曾对天空中各种波长的相对光强作过测量，发现与反比律颇相吻合。大气的散射一部分来自悬浮的尘埃，大部分是密度涨落引起的分子 散射，后者的尺度往往比前者小得多，瑞利反比律的作用更加明显。所以每当大雨初霁、玉宇澄清的时候，天空总是蓝得格外美丽可爱，其道理就在这里.由于白光中的短成分被更多地散射掉了，在直射的日光中剩余较多的自然是长波成分了。早晚阳光以很大的倾角穿过大气层，经历大气层的厚度要比中午时大得多，从而大气的散射效应也要强烈得多，这便是旭日初升时颜色显得特别殷红的原因（图十）。白云是大气中的水滴组成的，因为这些水滴的半径与可见光的波长相比已不算太小了，瑞利定律不再适用，按米-德拜的理论，这样大小的物质产生的散射与波长的关系不大，这就是云雾呈白色的缘故。

图十 蓝天和朝阳的形成

6.散射光的偏振性

虽然从光源发出的光是自然光。但从正侧方（Z）观察时发现散射光是线偏振。斜方向观察发现是部分偏振的，唯有在X方向才是自然光。如图十一。

图十一 散射光的偏振性

先假定入射光是线偏振的，传播方向沿X轴，电矢量E沿平行Y轴的方向振动。根据电偶极振荡理论所有的受迫振动都是平行与Y轴的，由此产生的次级电磁波是球面波，向各个方向传播时，波的电矢量E’都是在电偶极子轴线DD’所在的平面内。由于光是横波，E’还必须垂直与波的传播方向。根据(7)式，在赤道面各点的振幅最大，两极为零。

同样可以把自然光的另外一部分沿着Z轴振荡处理。就可以得到上述的实验结果。

应用：蜜蜂利用偏振光和生物钟来辨别方向。

开车时司机带有偏光的太阳镜。