新概念光学第一章
新概念光学各章复习答案
复习提纲第一章光和光的传播说明：灰色表示错误。
§1、光和光学判断选择练习题：1. 用单色仪获得的每条光谱线只含有唯一一个波长；2. 每条光谱线都具有一定的谱线宽度；3. 人眼视觉的白光感觉不仅与光谱成分有关，也与视觉生理因素有关；4. 汞灯的光谱成分与太阳光相同，因而呈现白光的视觉效果；§2、光的几何传播定律判断选择练习题：1. 光入射到两种不同折射率的透明介质界面时一定产生反射和折射现象；2. 几何光学三定律只有在空间障碍物以及反射和折射界面的尺寸远大于光的波长时才成立；3. 几何光学三定律在任何情况下总成立；§3、惠更斯原理1. 光是一种波动，因而无法沿直线方向传播，通过障碍物一定要绕到障碍物的几何阴影区；2. 惠更斯原理也可以解释波动过程中的直线传播现象；3. 波动的反射和折射无法用惠更斯原理来解释；§4、费马原理1）费马定理的含义，在三个几何光学定理证明中的应用。
判断选择练习题：§5、光度学基本概念1）辐射通量与光通量的含义，从辐射通量计算光通量，视见函数的计算2）计算一定亮度面光源产生的光通量3）发光强度单位坎德拉的定义。
判断选择练习题：1. 人眼存在适亮性和适暗性两种视见函数；2. 明亮环境和黑暗环境的视见函数是一样的；3. 昏暗环境中，视见函数的极大值朝短波（蓝色）方向移动；4. 明亮环境中，视见函数的极大值朝长波（绿色）方向移动；7. 在可见光谱范围内，相同的辐射通量，眼睛对每个波长的亮度感觉都一样；8. 在可见光谱范围内，相同的辐射通量，眼睛对波长为550nm 光辐射的亮度感觉最强；9. 理想漫射体的亮度与观察方向无关；10. 不同波长、相同辐射通量的光辐射在人眼引起的亮度感觉可能一样；填空计算练习题：计算结果要给出单位和正负1、波长为400nm、500nm、600nm 、700nm 的复合光照射到人眼中，已知这些波长的视见函数值分别为0.004、0.323、0.631、0.004，若这些波长的辐射通量分别为1W 、2W 、3W 、4W ，则这些光在人眼中产生的光通量等于。
光学基础知识详细版.pptx
2. 物像关系基础公式
• 高斯公式：
p 为物距，q 为像距，f 为焦距
在一般摄影时像距其实与焦距非常接近， 但是在微距摄影时，像距则可能大于焦距，此 时放大率会超过 1。利用高斯公式其实也可以 导出放大率公式：
放大率 M﹦p/q
2. 色差
• 透镜最主要像差一般为色差，大家都知道三棱 镜会将白光分散为光谱，透镜的侧面看来其实 也像棱镜，所以会有色差，红光波长较长，结 果红光焦点就比蓝光焦点长，因此焦点不在同 一平面上，所以目镜看红光影像清晰，蓝光影 像就不清晰，反之亦然，用没有消色差的透镜 当物镜就会看到物体镶了红边或蓝边，不够清 晰。
称轴线 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、
二、成像基本概念 1、透镜类型 正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜
会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜
发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转
2、透镜作用－－－成像
1. 焦距
在单透镜而言，如果窗外景物够远，那么透镜到倒立影像之距离 可视为焦距。如要更确实的量测，可以对着太阳在地面呈像，再 量测透镜到影像的距离。
• 要知道真正的焦距，还有一个方法，就是用物距与像距来计算， 因为物距与像距的比与物高与像高的比值是一样的，物高可以找 一个已知高度的物体，像高可以量测，物距可以量测，像距就可 以计算出来，而物距超过焦距五十倍以上时，算出来的像距已经 极接近焦距的数值。
第五节 光学系统类别和成像的概念
各种各样的光学仪器 显微镜:观察细小的物体 望远镜:观察远距离的物体
各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜
光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求
最新物理光学与应用光学第一章 PPT课件ppt课件
一、课程性质、目的和任务
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1. 性质： 专业基础课
后续课： 激光原理、光纤通信原理与系统、光 电传感技术等
2. 目的： 基本原理
知识的应用
分析问题方法
3. 教学内容： 电磁场基本知识 光的干涉、衍射
晶体光学 光与物质的作用 课时分配 48课时
2013/2014(1)
2013/2014(1)
光电工程学院
3
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Ⅰ、萌芽时期
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对简单光现象进行了记载并做了不系统的研究，制造了简单的光 学仪器（如平面镜、凸面镜、凹面镜)。
代表人物和成 A、就墨：翟：
在他和其弟子所著的 《墨经》中，对 光现象有八条定性记载
墨翟（公元前468～376年）
B、欧几里德： 在其著作 《光学》一书中提出触须学说：
德布罗意（法， 1892～1989 ）提出物质波假说，戴维孙 与革末的电子衍射实验证实电子具有波动性
实物粒子与光一样 具有波（Wave）、粒（Particle）二象性
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Ⅴ 、现代光学时期
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自1960年梅曼（美，1927~2007）制成第一台红宝石激光器，光学进入了新的
发展阶段，激光物理、激光技术、全息摄影术、光纤的应用、光脑的设想、红
光电工程学院
2
一、课程性质、目的和任务 4. 成绩评定
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平时：（ 作业、到课率、答疑、课堂提问等） 30％
期末考试： 70％
5. 学习方法
掌握重点
培养兴趣
独立思考 主动质疑
6. 参考书
《物理光学》， 刘晨 . 合肥工业大学出版社. 2007年 《光学原理与应用》，廖延彪. 电子工业出版社. 2006年 《光学习题课教程》，郑植仁. 哈尔滨工业大学出版社. 2006年
新概念物理光学习题答案
新概念物理光学习题答案新概念物理光学习题答案光学作为物理学的一个重要分支，研究光的传播、反射、折射和干涉等现象。
在学习光学的过程中，我们常常会遇到一些习题，通过解答这些习题可以更好地理解光学的原理和应用。
本文将为大家提供一些新概念物理光学习题的答案，希望能够帮助大家更好地掌握光学知识。
1. 一束光从空气射入玻璃介质，发生折射现象。
如果入射角为30°，折射角为20°，求玻璃的折射率。
解答：根据折射定律，光线从空气射入玻璃介质时，入射角i和折射角r之间的关系为：n1*sin(i) = n2*sin(r)。
其中，n1为空气的折射率，近似为1；n2为玻璃的折射率，待求。
代入已知条件，得到：1*sin(30°) = n2*sin(20°)。
解方程可得，n2 ≈ 1.5。
所以，玻璃的折射率约为1.5。
2. 一束光从空气射入水中，发生折射现象。
已知水的折射率为1.33，求光线从水中射入空气时的折射角。
解答：同样利用折射定律，光线从水中射入空气时，入射角i和折射角r之间的关系为：n1*sin(i) = n2*sin(r)。
其中，n1为水的折射率，n2为空气的折射率。
代入已知条件，得到：1.33*sin(i) = 1*sin(r)。
由于光线从水中射入空气，空气的折射率近似为1。
解方程可得，sin(r) ≈ 1.33*sin(i)。
再利用反正弦函数，可求得折射角r的近似值。
所以，光线从水中射入空气时的折射角约为反正弦(1.33*sin(i))。
3. 一束光从空气射入玻璃球，球的折射率为1.5。
已知入射角为60°，求光线在球内的传播路径。
解答：当光线从空气射入玻璃球时，由于两种介质的折射率不同，光线会发生折射现象。
根据折射定律，入射角i和折射角r之间的关系为：n1*sin(i) =n2*sin(r)。
其中，n1为空气的折射率，n2为玻璃球的折射率。
代入已知条件，得到：1*sin(60°) = 1.5*sin(r)。
新概念光学各章复习答案
新概念光学各章复习答案温习提纲第1章光和光的传播说明：灰色表示毛病。
§1、光和光学判断选择练习题： 1. 用单色仪取得的每条光谱线只含有唯逐一个波长； 2. 每条光谱线都具有1定的谱线宽度； 3. 人眼视觉的白光感觉不但与光谱成份有关，也与视觉生理因素有关； 4. 汞灯的光谱成份与太阳光相同，因此显现白光的视觉效果；§2、光的几何传播定律判断选择练习题： 1. 光入射到两种不同折射率的透明介质界面时1定产生反射和折射现象； 2. 几何光学3定律只有在空间障碍物和反射和折射界面的尺寸远大于光的波长时才成立； 3. 几何光学3定律在任何情况下总成立；§3、惠更斯原理 1. 光是1种波动，因此没法沿直线方向传播，通过障碍物1定要绕到障碍物的几何阴影区； 2. 惠更斯原理也能够解释波动进程中的直线传播现象； 3. 波动的反射和折射没法用惠更斯原理来解释；§4、费马原理 1）费马定理的含义，在3个几何光学定理证明中的利用。
判断选择练习题： 1. 费马原理认为光线总是沿1条光程最短的路径传播； 2. 费马原理认为光线总是沿1条时间最短的路径传播； 3. 费马原理认为光线总是沿1条时间为极值的路径传播； 4. 依照费马原理，光线总是沿1条光程最长的路径传播； 5. 费马原理要求光线总是沿1条光程为恒定值的路径传播； 6. 光的折射定律是光在两种不同介质中的传播现象，因此不满足费马原理。
§5、光度学基本概念 1）辐射通量与光通量的含义，从辐射通量计算光通量，视见函数的计算。
2）计算1定亮度面光源产生的光通量。
3）发光强度单位坎德拉的定义。
判断选择练习题： 1. 人眼存在适亮性和适暗性两种视见函数； 2. 明亮环境和黑暗环境的视见函数是1样的； 3. 昏暗环境中，视见函数的极大值朝短波（蓝色）方向移动； 4. 明亮环境中，视见函数的极大值朝长波（绿色）方向移动； 5. 1W的辐射通量在人眼产生1W的光通量； 6. 存在辐射通量的物体一定可以引发人眼的视觉； 7. 在可见光谱范围内，相同的辐射通量，眼睛对每一个波长的亮度感觉都1样； 8. 在可见光谱范围内，相同的辐射通量，眼睛对波长为550nm光辐射的亮度感觉最强； 9. 理想漫射体的亮度与视察方向无关； 10. 不同波长、相同辐射通量的光辐射在人眼引发的亮度感觉可能1样；填空计算练习题：计算结果要给出单位和正负 1、波长为400nm、500nm、600nm、700nm的复合光照耀到人眼中，已知这些波长的视见函数值分别为0.004、0.323、0.631、0.004，若这些波长的辐射通量分别为1W、2W、3W、4W，则这些光在人眼中产生的光通量等于-------------。
《光学教程》第一章几何光学概述
光焦度的单位称为屈光度，以字母D表 示。若球面的曲率半径以米为单位，其 倒数的单位便是D
如果发光点的位置在P′点，它的像便在 P点。换句话说，如果P和P′之一为物， 则另一点为其相应的像。物点和像点的 这种关系称为共轭，相应的点称为共轭 点，相应的光线称为共轭光线。应该指 出，物像共轭是光路可逆原理的必然结
练习P161 3.10 3.12 3.13
六、球面反射对光束单心性的破坏
从物点发散的单心光束经球面反射后， 将不再保持单心性(即使平行光束入射 时也不例外)。
七、近轴光线条件下球面反 射的物像公式
在球面反射的情况中，物空间与像空间 重合，且反射光线与入射光线的进行方 向恰恰相反。这一情况，在数学处理上 可以认为像方介质的折射率n′等于物方 介 质 折 射 率 n 的 负 值 ， 即 n′=-n( 这 仅 在 数学上有意义)。
问题：平面镜反射能否成虚像？
二、光在平面界面上的折射 光 束单心性的破坏
当x不变时，像点S′的位置x′随y而变， 即 从 S 点 发 出 的 不 同 光 线 经 OM 面 折 射 后并不能相交于同一点。
进一步研究可知折射光线在空间也无同 一交会点，这说明折射光束的单心性已 被破坏。
比较光在平面上的反射
单独的球面不仅是一个简单的光学 系统，而且是组成光学仪器的基本 元素；
研究光经过球面的反射和折射，是 研究一般光学系统成像的基础。
一、基本概念
球面的中心点O称为顶点； 球面的球心C称为曲率中心； 球面的半径称为曲率半径； 连接顶点和曲率中心的直线CO称为主轴；
通过主轴的平面称为主截面；
主轴对于所有的主截面具有对称性，因 而只须讨论一个主截面内光线的反射 和折射。
省略一套公式.
光学基本知识讲座PPT课件
的距离
物方焦距：物方主点到物方焦点
的距离
.
17
3.物像位置、放大率
物像位置：可相对于焦
点或主点来定义
如图所示，
以焦点来定义的物
像公式是：
xx’=ff’
以主点来定义的物
像公式是：
1/l’-1/l=1/f’
.
18
物像位置、放大率
根据上面的成像关系式，可以导出物像 之间放大倍率的计算公式
.
8
三.物像的基本概念
1.光学仪器和激光头 的光学系统都由一系 列折射面和反射面组 成
2.光轴：各个表面的 曲率中心均在同一直 线上的光学系统称为 共轴光学系统，这条 直线称为光轴
.
TOP 66A光 学 系 统 示 意 图 9
物像的基本概念
3.成像：以A为顶点的入 射光束经光学系统一系 列表面折射和反射后， 变为以A’点为顶点的出 射光束，称A为物点，A’ 为像点，A’为物点A的像； 物所在的空间称为物空 间 像所在的空间称为像空 间
反射光线与入射光线 和法线在同一平面内， 入射光线与反射光线 分别位于法线的两侧， 与法线夹角相同
I”=-I
.
7
光的全反射
当光线由光密介质向 光疏介质传播时，根 据折射定律可知，因 n’<n 则 I’>I,当 SinIm=n’/n时，这些 光线不再折射到另一 介质，而按反射定律 在界面上被全部反射
的共轭点必位于该直线的共轭线上。
此假设1841年由高斯建立，故称为高斯光学。
.
14
2.理想光学系统的基点、焦距
平行于光轴的入射光线AE,经 系统后，沿G’F’方向射出， 交于像方F’点，沿光轴入射的 光线经系统后仍沿光轴出射。 由于像方的出射光线G’F’和 OkF’分别与物方的入射光线 AE1和FO1共轭，故像方F’点 在物方的共轭点必是光线AE1、 和FO1的交点，它位于左方无 穷的光轴上，故F’即为无穷远 轴上点的像，称为光学系统 的像方焦点。
基础光学第1章几何光学1课件
2）透射次波
当入射光n从An入射至Bn 反射次波面：A1C1 = v1tn , B2C2 = v1 (tn - t2), ……, Bn , 波面为C1Bn。 透射次波面：A1D1 = v2tn , B2D2 = v2 (tn - t2), ……, Bn ,波面为D1Bn。
利用惠更斯原理解释 反射和折射定律：
1.1几何光学的基本概念和基本定律
1.1-1 光源、光波与光线的概念
光源：能够发光或能够辐射光能量的物体
光线：发光点发出的携带能量并具有方向的几何线，它的位 置和方向代表了光能向外传播的领域和方向。
光束：光线的集合体，分为平行光束、同心光束
1.1-2 光线传播的基本定律
光的直线传播定律:
光在均匀媒质中沿直线传播。
惠更斯 （1629～1695）
波动的几个基本概念
波动是扰动在空间里的传播 波面
光扰动同时到达的空间曲面称为波面。 波面上的各点具有相同的相位（等相位面）
波线
球面波
平面波
波线
波面
波场中的一组线，线上每点切线方向代表该点处光扰动传播的方向。
波线代表能量流动的方向，于波面正交。
球面波的波线构成同心波束，平面波的波线构成平行波束；
折射定律
折射率与光速比
由： sin i1 n2 sin i2 n1
sin i1 v1 sin i2 v2
得到： n2 v1
n1
v2
设入射方为真空，n1 = 1，v1 = c 。则媒质的绝对折射率为：
n c v
或：
v
c
n
光在媒质中的速度小于光在真空中的速度
1.3 费马原理
1.3-1 光程的概念
光的独立传播定律:
光学第一章新-精品
求出射光线参数
n
像方截距S'、像方孔径角U'（轴上像点）
物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为 像空间，物空间和像空间的范围均为（-∞，+∞）
共轴光学系统：系统的各个光学零件的表面曲率 中心都在同一直线上。
23
第一章 几何光学的基本定律
1.2 成像的基本概念与完善成像条件2 完善成像的ຫໍສະໝຸດ 件从物点到像点的所有光路等光程
L A A ' L A 1 L 1 2 L 2 A '
四边形AEDF -- D
⊿ EDF --
i2i2' D
i2i2'
☆ i2i2'
☆ ☆ (i1i1')
随入射角i1的变化而变化, 在某个入射角， 最小
最小偏向角 min
利用关系式 ☆ 和 ☆ ☆ 及折射定律，可求出最小偏向角。
(i1i1')
在各光束的交汇点上，光的强度是各光束强度 的简单叠加
当这两束光“相干”时，总强度将不再是简单 叠加的关系
7
第一章 几何光学的基本定律
1.1 几何光学基本定律
1.1.2 几何光学基本定律（3）
3．光的折射定律和反射定律
当光的传播碰到两种均匀介 质的分界面时要用折射定律 和反射定律来描述光的传播 情况
4）光线与法线的夹角（如I、I’、I”）
光线转向法线
5）光轴与法线的夹角（如φ ）n
E I
n’
光轴转向法线
I’
-U
f U’
A
O rC
A’
-S
S’
31
第一章 几何光学的基本定律
1.3 光路计算与近轴光学系统
新概念光学各章复习答案
新概念光学各章复习答案复习大纲第一章光和光传播注意:灰色表示错误。
1.光与光学判断并选择练习题:1.单色仪获得的每条谱线只包含一种波长；2.每条谱线都有一定的谱线宽度；3.人类视觉的白光感知不仅与光谱成分有关，还与视觉生理因素有关。
4.汞灯的光谱组成与太阳光相同，呈现白光的视觉效果；(2)光的几何传播定律判断并选择练习题:1.当光入射到折射率不同的两种透明介质的界面上时，会发生反射和折射；2.几何光学的三大定律只有在空间障碍物和反射折射界面的尺寸远大于光的波长时才会出现(a)立法；3.几何光学的三个定律在任何情况下都是成立的。
3、惠更斯原理1.光是一种波动，所以它不能沿着直线传播。
当通过障碍物时，它必须绕到障碍物的几何阴影区域。
2.惠更斯原理也可以解释波动过程中的线性传播现象；3.波的反射和折射不能用惠更斯原理来解释。
(4)费马原理1)费马定理的意义及其在证明三个几何光学定理中的应用。
判断并选择练习题:1.费马原理认为光总是沿着光路最短的路径传播；2.费马原理认为光总是以最短的时间沿着一条路径传播。
3.费马原理认为光总是沿着时间极端的路径传播。
4.根据费马原理，光总是沿着光路最长的路径传播。
5.费马原理要求光总是沿着一条光路不变的路径传播。
6.光的折射定律是光在两种不同介质中的传播现象，因此不符合费马原理。
5.光度学的基本概念1)辐射通量和光通量的含义。
光通量由辐射通量计算，视觉函数计算。
2)计算具有一定亮度的面光源产生的光通量。
3)发光强度单位坎德拉的定义。
判断并选择练习题:11.人眼有两种视觉功能:明亮和黑暗。
2.3.4.5.明亮环境和黑暗环境的视觉功能是一样的。
在昏暗的环境中，视觉功能的最大值向短波(蓝色)移动。
在明亮的环境中，视觉功能的最大值向长波(绿色)移动。
1W的辐射通量在人眼中产生1W的光通量。
6.有辐射通量的物体肯定能引起人类视觉；7.在可见光谱范围内，在相同的辐射通量下，眼睛对每种波长都感觉到相同的亮度；8.在可见光谱范围内，在相同的辐射通量下，眼睛对波长为550纳米的光辐射具有最强的亮度感；9.理想漫射体的亮度与观察方向无关；10.不同波长的光辐射和相同的辐射通量可能在人眼中引起相同的亮度感觉；填空计算练习:计算结果应给出单位和正负1、波长为400纳米、500纳米、600纳米和700纳米的复合光照射到人眼。
光学教程第一章New-
(L)
B
ndl 0
A
9
光学教程第一篇 几何光学
正则邻域：
费马原理中，光线的比较曲线应该属于该 光线的正则邻域内。
正则邻域：可以被光线覆盖的一个邻域， 其中每一点有且仅有一条光线通过。
实际光线与其他曲线的差别：积分是一个
稳定值。当不满足正则邻域条件时，光线的光
程可能不再是一个极小。
M 反射、
折射
P
故: n1siin 1n2siin 2
2020/8/21
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光学教程第一篇 几何光学
例题：
媒质中光线路径方程： 当媒质折射率n沿x方向
dx dl
连续改变时，光线路径如何？
dz
（海市蜃楼……）
由折射定律（为入射角）：
n (x)sin (x)n 1si1 n
而：(dl)2 (dx)2 (dz)2
11
光学教程第一篇 几何光学
nld在r小Q2三角n形dQ1Q Ql22Q2'中：
Q1Biblioteka nl drQ1 Q2'
0
Q1
O1
Q2
Q 2' Q2
P2 O2
ndQl2' ndOl2
Q1
O1
P1 费马原理证明图示
根据拉格朗日积分不变式：
n ld r Q 2n ld r Q 2'nQ d 2' l0
Q 1
Q 2
后面还将看到偏振棱镜；
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光学教程第一篇 几何光学
反射棱镜：
利用玻璃介质面与空气介质 面的折射率差异，用全反射原理 或镀银的方式进行反射。
1. 直角棱镜：
直角棱镜通常来实现光 束 的 90 转 向 和 180 的 转 向 。 图 为 通 过 90 转 向 的 棱 镜 成 象。即为全反射棱镜。
《光学》课程教学大纲
《光学》课程教学大纲一、课程说明本课程总授课时数为64学,周学时4，学分4分，开课学期第三学期。
1.课程性质：专业必修课光学是物理学专业本科生必修的基础课程。
光学是物理学中最古老的一门基础学科，又是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。
学好光学，既能为物理学专业学生进一步学习原子物理学、量子力学、相对论、电动力学、现代光学、光电子技术、激光原理及应用、光电子学、光子学等课程准备必要的前提条件，又有助于进一步探讨微观和宏观世界的联系与规律。
通过本课程的教学，使学生系统地掌握基本原理和基本知识，培养分析问题、解决问题的能力，通过讲授（包括物理学的历史和前沿的讲授）帮助学生建立辩证唯物主义的观点，提高学生的科学素质。
从兰州大学物理学院课程的整体设置出发，考虑到物理基地班与普通班的各自办学特点和人才培养的要求，对光学课程的教学内容进行适当的调整，适当压缩几何光学部分，删除原课程中与其他学科相重复的部分以及相对陈旧的内容，吸收利用最新科学研究成果，着重加强现代光学部分的讲授内容，并注意介绍光学研究前沿新动态，按照物理学近代发展的要求和便于学习的原则组织课程体系。
通过本课程的教学，使学生系统地掌握基本原理和基本知识，培养分析问题、解决问题的能力，通过讲授（包括物理学的历史和前沿的讲授）帮助学生建立辩证唯物主义的观点，提高学生的科学素质。
2.课程教学目的与要求(1)了解光学发展的基本阶段，培养科学研究的素质，加深辩证唯物主义的理解。
(2)了解光学所研究的内容和光学前沿研究领域的概况，培养有现代意识、有远见的新一代大学生。
(3)掌握光学的基本原理、基本概念和基本规律。
培养掌握科学知识的方法。
(4)掌握处理光学现象及问题的手段和方法。
培养科学研究的方法。
(5)光学是当前科学领域中较活跃的前沿学科之一，它与科学和技术结合日益加强，在教学中要展现现代光学技术的成就。
(6)在教学中要注意培养学生严谨的治学态度，引导学生逐步掌握物理学的研究方法和培养浓厚的学习兴趣。
最新光学课件第一章.教学讲义ppt
1.1.4 干涉现象是波动的特征
在对光的研究和观察中，人们发现了在 光传播过程中，光具有携带能量传播的本领。 波动在传递能量时，能量以振动的形式在物 质中依次转移，物质本身并不随波动而移动； 微粒要传递能量就必须移动微粒本身，也就 是微粒和能量一起移动。波动和微粒传递能 量的主要区别在于：波动是物质不动，微粒 则物质必须移动，但是仅从能量的传递还不 能确定光时波动还是微粒的，还必须寻找更 多的证据来说明光的波动性或微粒性。
强度相加而成，其实不是。从推导过程看，
最后的合振动都是从振幅平方的瞬时相加，
最后求平均而成的。这两者是完全不同的，
应加以注意。
19
（3）结论 1）相干
当相位差仅随空间各点位置变化时， 合振动的强度就会随空间各点作周期变化， 使得有些点加强，有些点减弱。这样，空 间就显示出干涉花样，发生了干涉现象。
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2、合振动的强度
IA210A2d t10
A2A22AAcosd
1
2
12
2
1
A12A222A1A210cos21dt
（1）:
= 常数，则：
2
1
10 co 2s1d tco 2s1
I
A2
A2 1
A2 2
2A1 A2cos
2
1
15
1) 相位相同
2
1
2
j
,
j 0, 1, 2, 3,
cos2
1
1
I
A2 1
A2 2
2 A1 A2
A1 A2
2
— —干涉相长
或加强
2) 相位相反
2j1, j0,1,2,3 , co s1
21
最新应用光学第一章PPT课件
Applied Optics
❖ 按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性， 那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光 抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统 成像。
问题变得简单 而且实用！
20
Applied Optics
几何光学：以光线为基础，用几何的方法来研究光在
介质中的传播规律及光学系统的成像特性。
《墨经》 欧几里德《反射光学》 阿勒·哈增《 光学全书》 开普勒、斯涅尔、笛卡儿、费马
折射定律的确立，使几何光学理论得到很快的 发展。
13
Applied Optics
应用光学研究内容
❖研究光传播的基本规律和光通过光学系统成像的 原理和应用。 ❖“应用”包含两层意思：
1、作为粒子看待 2、涉及具体的光学系统
24
Applied Optics
三、光束 一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光向 四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位相 同的点构成的面 称为波面
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方 向，波面上的法线束称为光束
25
Applied Optics
❖ 同心光束：发自一点或会聚于一点，为球面波
54
Applied Optics
物像的虚实
在凸透镜2f 外放一个点燃的蜡烛，后面放一个纸屏， 当纸屏放到某一位置时，会在屏上得到蜡烛清晰的 像。
※ 由实际光线成的像，称为实像。
如电影，幻灯机，照相机成像
55
Applied Optics
有的光学系统成的像，能被眼睛看到，却无法 在屏上得到
F’ F’
40
Applied Optics
n' B
新概念物理教程-光学
§2 光的几何光学传播规律
一．几何光学是关于物体所发出的光线经光学系统后成像的 理论。 二．几何光学中光的物理模型 光线：任意一点可以向任一方向发出直线，称为光线。光的 直线传播、反射和折射都可以用直线段及其方向的改变表示。 几何光学是关于光的唯象理论 无数光线构成光束 在几何光学领域，也无法定义诸如波长、频率、能量等物理 量。
19世纪末20世纪初是物理学发生伟大变革的时代，从牛顿力 学热力学和统计力学到麦克斯韦的电磁理论，经典物理学已形成 一套严整的理论体系。人们认为物理学中的各种基本问题在原则 上都已得到完善解决，经典物理理论体系囊括了一切物理现象和 基本规律，剩下的似乎只是解微分方程和具体应用的问题了（大 厦已建成，后人只做修补就行了）。然而，“正当人们欢庆这座 宏伟的经典物理学大厦落成的时候”，一个个惊人的发现使经典 物理学理论重新陷入困境。 1887年，迈克尔逊（A.A.Michelson）利用光的干涉效应， 试图探测地球“以太风”的存在，但得到了否定的结果。以“以 太（静止、充满整个宇宙）”为背景的绝对时空观遇到了根本性 的困难。 随后瑞利（L.Rayleigh）和金斯(J.H.Jeans)根据统计力学 和电磁波理论，导出了黑体辐射公式，该公式要求辐射能量随频 率的增大而趋于无穷（紫外灾难)。
中波
•可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色 波长(nm) 红 橙 黄 绿 青 760~622 622~597 597~577 577~492 492~470 频率(Hz) 中心波长 (nm) 660 610 570 540 480
第一章 光学导言
波动说 惠更斯原理
惠更斯在1690年出版的《光论》一书中正 式提出了光的波动说，建立了著名的惠更 斯原理。在此原理基础上，他推导出光的 反射和折射定律，圆满的解释了光速在光 密介质中减小的原因，同时还解释了光进 入冰洲石所产生的双折射现象。
Christiaan Huygens(1629-1695)
sin i1 sin CAC sin i2 sin ACA
CC / AC AA / AC
CC AA
v1 v2
9
◈折射定律和速度比 波动说：
sin i1 v1 const sin i2 v2
粒子说：
sin i1 v2 const sin i2 v1
Augustin Jean Fresnel 1788-1827
14
Denis Poisson 1781-1840
Poisson 斑
支持微粒说的 Poisson 从 Fresnel 的理论得出圆屏 阴影中心为亮斑的结论，并得到了实验证实。
15
光是电磁波
1865年，麦克斯韦是建立了电磁场理论， 预言了电磁波的存在，电磁波传播的速度 等于光速。
Ex (P,t) Ey (P,t) U (P,t)
Ez (P, t)
P代表场点位置
我们简化了光波场的数学描述，建立光传播的标量波理论。 光传播的标量波理论是一个初级理论，但在很多场合适用。
28
一维简谐波的数学表达式
U
A cos (t
x v
)
A cos (t
B ; u
r
1
rr
其中 u 为介质中的光速。这样电场力与磁场力之比约为 u 与 v 之比。一般情况下 u >> v, 电场力远大于磁场力。
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二、惠更斯原理的表述
次波OR 子波
三、惠更斯原 理对反射定律 和折射定律的 解释（略去 P16-17）
惠更斯原理
惠更斯理论解释反射、折射
四、直线传播问题
大孔径障碍物光的传播方向
本质： 次波源激发的 波之间的干涉。 近似性： CD之外仍有 波动，即衍射。
用惠更斯原理解释光直进性
五、光的衍射问题
4、量子光学时间（1900～1960）
①光的粒子性 黑体辐射、光电效应、康普顿效应等 ②光的波动性 大量的干涉、衍射、偏振现象 ③德布罗意物质波 每一物质粒子都与一定波相联系 戴维孙——革未电子衍射实验 1927年 ④光的波粒二象性 E=hν ； P=h/λ ⑤玻恩 1925年，波粒二象性的几率解释——概率波
费马原理
三、由费马原理推导 几何光学三定律
1、反射定律
（1）定性证明 反射定律 ★假设在入射面内有两条 光线：QMP 和QM′P ★由于镜像对称，有光程 QM′P ≡QM′P′ 显然，QMP'≤QM'P'，故光程 QMP≤QM′P
★ 即QMP最短！
由费马原理推导反射定律
2、折射定律
（1）证明折射定律 ★设： QQ′⊥分界面Σ； PP′ ⊥分界面Σ
热电偶 吸收光子转化为 热能。
不同光电器件的响应灵敏度
3、视见函数
（主观量） v（）
⑴ 含义：客观辐射通量引起人眼主观视觉强度的物理量 任一波长的光和波长为555nm的光产生同样亮暗感觉所需要的 通量为 和 555 ⑵ 视见函数的表式
555 v ） （
/Å
视见函数曲线
第一章 光和光的传播 §1 光和光的传播
一、光的本性(绪论)
1、萌芽时期 (公元前5世纪～公元15世纪末)
人眼发出的触须样；物体发出的——争论…
2、几何光学时期 (AC16～AC18世纪)
微粒说；波动说；微粒说占上风——因为牛顿太伟大了……
3、波动光学时期 (AC19～20世纪初)
1865，麦克斯韦方程：电磁波波速为C→光也是电磁波 1888，赫兹实验： 弹性媒质以太中的横波 ★成就：光与电磁波统一，自然现象相互联系的辩证思 想，对光的本性认识前进了一大步。 ★遗留问题：以太的问题；光波到底是什么波？
附近 内： 为辐射通量谱密度
⑶
2 1 2内：1， 2 1 ( )d ；
2、光谱的响应曲线 （光电仪器）
客观辐射通量引起光电仪器（不同器件）响应灵敏度的物理量
光电（吸收率、 量子效率） 电子吸收光子跃 迁或发射，比如 光电二极管，光 电阴极
★磷光——受电磁波或电子束作用后的持续发光„„夜光表指针
★化学发光——化学反应，如腐物在空气中氧化……“鬼火” ★生物发光——特殊类型的化学反应„„萤火虫
★可见光:波长范围
400nm 760nm
c
可见光：400 ~ 760 nm；频率范围： ★光速——常数
7.5 1014 Hz 4.11014 Hz
i
Q
ndl
( L)
QP ni li
光程
二、费马原理的表述
1、文字表述：光沿着所需时间为极值的方向传播。 或： 光沿着光程为极值的方向传播。 2、数学表述： 或
Q
P
Q
ds 0 实际路径上，时间变分为零 v
nds 0 实际路径上，光程变分为零
PHale Waihona Puke 极 值极大 极小 恒定
小孔径障碍物光的传播方向
衍射问题
衍射问题 用惠更斯原理可以定性解释光的衍射
水波的衍射——开孔越小，衍射现象越明显
第1次作业
• P32-P34：1-13；1-19；
一、光程
§4 费马原理
定义： 光在介质中的几何路径长度与该介质折射率的乘积
c L nL L c ct Lc v v
QP P
⑶ 光纤通信就是利用全反射原理
全反射
⑵ 利用全反射改变光路在生产和科研上有广泛的应用。
2、光导纤维—— 光学纤维
⑴ 原理：全反射
⑵ 结构：纤芯的折射 率大于包层的照射率
n1 n2
光导纤维的原理
3、利用全反射改变光路
利用全反射棱镜改变光路
4、光在渐变折射率介质中传播——海市蜃楼
n0 sin i0 n1 sin i1 n2 sin i2 常量 n0 cos0 n1 cos1 n2 cos2 常量
★两条物像光线 QM′P ；QMP
★注意 M′M ⊥ Q′P′ ★显然， 光程 QM< QM′ PM< PM′
★ 光程最短在竖直平面内
由费马原理推导折射定律
在竖直平面∏内 ★物像光程： QMP为
(QMP) n1 QM n2 MP n1 h12 x 2 n2 h12 ( p x) 2
3、折射定律
(1) 文字表述（略）；
(3) 讨论
n1 sin i1 n2 sin i2 (2) 数学表式 sin i v1 n2 c 1 , n v2 n1 v sin i2
n1 ① 色散现象 sin i2 sin i1 f (n) f ( ) n2
4、棱镜作用
(1) 改变光路—— 科研、军事、生产、航天等
(2) 色散—— 重要的分光元件 两类光谱仪之一，棱镜、光栅
三棱镜的色散
光谱仪原理
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 光纤连接口 狭缝 滤波片 准直镜 分光原件（光 栅、或棱镜） 准直镜 聚光透镜 探测器 CCD、光电探 测器等
在光波频段： r 1
r 0 E r 0 H
c 1
0 0
n r
0 r 0 n 2 2 S EH E E r E E 0 r 0 c0
1 I S S T
T
0
2 nE0 Sdt Tc0
T
0
n 2 cos (t )dt E0 2c0
⑵ 1909年，“国际烛光”，英法美协议，白炽灯 ⑶ 1937年，国际计量委员会（CIPM）， 规定“新烛光”：1940.1.1执行 ⑷ 1948年，第九届国际计量大会。 规定“坎德拉”为发光强度单位
i 90
光在渐变折射率介质中传播
三、棱镜与色散
1、色散：折射角随波长而不同—— 色散光谱
2、三棱镜：横截面是三角形棱镜 3、三棱镜的最小偏向角 过程略（见课本P12-13） 当 有 三棱镜的折射
, i1 i1
n sin
亦i2 i2
min
sin
2 2
★此时，入射光与出射光对称，棱镜内光线与棱镜底边平行
c 299792458m/s 3 108 m/s
★单色光——谱线宽度：
连续光谱
线光谱
★复色光——谱密度
dI i ( ) d
I
元素 钠（Na） 汞（Hg）
0
dI i( )d
0
典型谱线
谱线波长/nm 589.0，589.6 404.7，407.8 435.8 546.1（最强） 577.0，579.1 634.8 605.7 颜色 黄（D双线） 紫 蓝 绿 黄 红 橙
② 光疏媒质与光密媒质之相对性 (4) 应用：改变光路方向：航天器、 精密光学仪器等
光的折射
二、全反射
1、全反射
光学纤维（光导纤维）
⑴ 当光从光密介质进入 光疏介质，入射角达到某 一值（临界角）时，不再 有折射光而全部被反射— —全反射，其临界角的大 小为
n2 ic arcsin n1 n1 sin ic n2 sin 90
新概念物理教程
光 学
课程介绍
• 期末成绩构成
平时（20）+期中考试（20）+期末考试（60）
• 平时成绩
课堂考勤及表现10+作业10分 作业需在后一周之内上交，过期不予批改。
第一章 光和光的传播
§1 光和光学 §2 光的几何光学传播规律 §3 光的波动光学传播基础——惠更斯原理 §4 费马原理
§5 光度学基本概念
§2 光的几何光学传播规律
一、几何光学三定律
1、直线传播定律：各向同性均匀介质
物体的影子
针孔成像
2、反射定律 (1) 文字表述（略） (2) 数学表式 (3) 讨论： ① 与 n 无关；无色散。
i i
② i i 则 i i ， 对称：光路可逆 ③ 漫反射现象之解释 光的反射与折射
d (QMP) dx
n1 x
2 h1 x2
n2 ( p x)
2 h2 ( p x) 2
0
★得
n1 sin i1 n2 sin i2
由费马原理推导折射定律
§5 光度学基本概念
一、辐射通量和光通量（主、客观量）
☆光度学 研究发光强弱的学科„；
☆辐射度量学 研究各种电磁辐射强弱的学科„； 1、辐射通量（客观量） ⑴ 定义：文字表述…； 单位：瓦（W ）； 符号ψ=ψ (λ) ⑵ 光源表面
d ★数学表式 I d
I 应当是可以测量 发光强度物理意义
d I d
dS dS 'cos ' d 2 2 r r
Id
光源光辐射空间分布
电灯发光强度的角分布
3、光度学基准的界定及其演变 ——烛光——发光强度
⑴ 1881年,“烛光”，国家电工技术委员会（用蜡烛发光）
即：Km 683lm W
/nm
辐射能量对波长的分布函数