| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
13.1.A |
|
13.1.B |
|
几何光学
AP 物理 2 · 第 13 主题
13.1
反射
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
几何光学(geometric optics)把光当作直线光线。反射定律(law of reflection):当光从一个表面弹回时,入射角(angle of incidence)等于反射角(angle of reflection),两者都从法线(normal)(垂直于表面的线)测量。光滑的表面反射一个清晰的图像;粗糙的表面散射光线。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Geometric optics | 几何光学 | jǐ hé guāng xué |
| law of reflection | 反射定律 | fǎn shè dìng lǜ |
| angle of incidence | 入射角 | rù shè jiǎo |
| angle of reflection | 反射角 | fǎn shè jiǎo |
13.2
镜成像
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
13.2.A |
Boundary statement: AP Physics 2 limits the study of mirrors to plane mirrors, convex spherical mirrors, and concave spherical mirrors. |
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个弯曲的镜子在它的焦点(focal point)聚焦平行光线,距镜子一个距离 $f$。镜面方程(mirror equation)关联物和像的距离:
Form an image with a curved mirror
A concave mirror reflects rays through its focus. The object's distance relative to the focal length decides whether the image is real or virtual, enlarged or reduced.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| concave mirror | 凹面镜 | āo miàn jìng |
| real image | 实像 | shí xiàng |
| convex mirror | 凸面镜 | tū miàn jìng |
| virtual image | 虚像 | xū xiàng |
13.3
折射
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
13.3.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
光在材料之间通过时弯曲,因为它的速率变化——折射(refraction)。每种材料有一个折射率(index of refraction)$n=\dfrac{c}{v}$(它把光减慢多少)。斯涅尔定律(Snell's law):

Worked example. 一条空气($n_1=1.00$)里的光线以与法线 $40^{\circ}$ 撞水($n_2=1.33$)。由斯涅尔定律,
Worked example (critical angle). 对于试图从玻璃($n=1.50$)离开去空气的光,全反射在临界角 $\theta_c$ 开始,那里折射光线掠过表面:
Bend light as it enters glass
Light refracts (bends) when it changes speed between media, following Snell's law. The denser the medium, the more it bends toward the normal.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| refraction | 折射 | zhé shè |
| index of refraction | 折射率 | zhé shè lǜ |
| Snell's law | 斯涅尔定律 | sī niè ěr dìng lǜ |
| total internal reflection | 全反射 | quán fǎn shè |
13.4
透镜成像
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
13.4.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个透镜(lens)通过折射弯曲光。薄透镜方程(thin-lens equation)有与镜面方程相同的形式:


Worked example. 一个物体坐在距一个焦距 $f=10\ \text{cm}$ 的会聚透镜 $30\ \text{cm}$ 处。求像。由薄透镜方程,
Form an image with a converging lens
A converging lens bends parallel rays to its focal point. Move the object and watch the image change from large and inverted to virtual and upright inside the focal length.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| converging | 会聚 | huì jù |
| diverging | 发散 | fā sàn |
13.4
考试技巧
- 从法线、不是表面测量所有的角。
- 进入一个更密介质(更大 $n$)的光朝法线弯曲;用斯涅尔定律 $n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2$。
- 全反射只在进入一个较不密介质、超过临界角($\sin\theta_c=1/n$)时发生。
- 对镜子和透镜用 $\tfrac1{d_o}+\tfrac1{d_i}=\tfrac1f$ 和 $m=-d_i/d_o$:一个正的 $d_i$ 是一个实像,负的是虚的。
- $n=c/v$,所以一个更大的折射率意味着材料里一个更慢的光速。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。