光学讲义
《光学》 哈尔滨工业大学出版社 郑植仁,姚凤凤。 讲义。
8. 焦面
物方焦面：
像方焦面：
主光轴与负光轴：
焦面性质：
1)从物方焦面发出的同心光束经过薄透
镜后出射光束为平行光束
2)入射的平行光束经薄透镜后出射光束
会聚在像方焦面上一点
2007-5-1311
2007-5-13
13
（2）一般光线作图法：利用一条特殊光线和焦面性质，找到任意入射光线的出射共轭线。
作图求轴上物点的像
2007-5-13
14
10.薄透镜逐次成像的计算法和作图法
1）计算法与单球折射面逐次成像的计算方法相同2）作图法的步骤如下：
（2）第一次利用特殊光线作图法做图
（3）以后各次均利用任意光线作图法做图（4）按比例测量成像后的各个待求量的值（5）每次均应检验，再进行下一次做图
（1）按比例绘出初始光路图，在图中标出F 、'F Q 、
等已知点和已知光线
2007-5-1321。
光学3(光的衍射)讲义
菲涅耳简介
法国物理学家，主要成就有：
(1)用定量形式建立了惠更斯--菲涅耳原 理，完善了光的衍射理论；
(2)1821年与阿拉果一起研究了偏振光的 干涉，确定了光是横波；
Augustin-Jean resnel ( 1788 ― 1827 )
(3)1823年发现了光的圆偏振和椭圆偏振 现象，用波动说解释了偏振面的旋转；
例 用波长为λ的单色光照射狭缝，得到单缝的夫琅禾费衍射 图样，第3级暗纹位于屏上的P处，问：
求 (1)若将狭缝宽度缩小一半，那么P处是明纹还是暗纹？
a
(k 1,2, )
a sin a t an a xk （2k 1）
f
2
xk
(2k
1) f
2a
(k 1,2, )
单缝衍射明纹角宽度和线宽度 角宽度 相邻两暗纹中心对应的衍射角之差
线宽度 观察屏上相邻两暗纹中心的间距
观测屏
透镜
x2
1
x1
x
1 o
0
x1
x0
衍射屏 f
中央明纹 角宽度 0 21 2 λ a
E
L1
L2
S
a A
f
D
L1、L2 透镜 A：单缝
E：屏幕
缝宽a
缝屏距D（ L2的焦距 f ）
中央 明纹
二、菲涅尔半波带法
o
*
B
f
AC
x
P·x
0
f
菲涅耳根据通过单缝的光波的对称性，提出了半波带理论， 用代数加法或矢量图解代替积分，可简单解释衍射现象。
A, B P 的光程差 AC asin
( a 为缝 AB的宽度 )
一面元都是子波源。 P 点的光振动 是所有面元光振动的叠加：
初中物理光学部分讲义
精锐教育学科教师辅导讲义练习5一棵树在阳光照射下，观察它投在地面上的影子的长短，从早晨到傍晚的变化情况是( )A、先变长后变短B、先变短后变长C、逐渐变短D、逐渐变长练习6某同学举了四个例子说明光是沿直线传播的，其中不正确的是( )A、日食、月食现象B、影子的形成C、太阳落在地平线以下我们还能看见D、看不到不透明物体后面的东西光的反射光的反射现象：光射到物体表面上会发生反射现象。
光由一种介质射向另一种介质表面时，又有部分光返回原介质的传播现象叫做光的反射。
作出图中的反射光线、法线，并指明入射角、反射角。
练习7 一束光线经镜面反射后的反射射角是28°，则入射角为度。
练习8 一束与镜面成35°的光线射到平面镜上，则入射角是度，反射光线与入射光线的夹角是度。
光的反射定律(1)反射光线、入射光线、法线在同一平面内；(2)反射光线和入射光线分别位于法线的两侧；(3)反射角等于入射角。
注意其中的因果关系，因先说反射后说入射。
在光的反射现象中，光路是可逆的。
例2如图，根据画出的入射光线和反射光线，确定平面镜的位置。
例3 潜望镜是利用来改变光路，从潜望镜中看到的是（）。
A 倒立等大的虚像 B正立等大的虚像C倒立放大的实像 D正立缩小的实像光的折射1.定义：光从一种介质斜射入另一种介质中，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射。
2.光发生折射的条件：光从一种介质射入另一种介质中或者光在同种不均匀介质中传播；光必须是斜射入另一种介质中，若光线与分界面垂直，则传播方向不变。
光的折射规律光发生折射时，折射光线与入射光线、法线在同一平面内；折射光线和入射光线分居法线两侧；当光线从空气斜射入其他介质中时，折射角小于入射角。
当光线从其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。
（规律：空气中总是大角）。
当入射角为0o时，折射角也为0o当入射角增大时，折射角也随着增大。
注意：1.光线从一种介质射到另一种介质时，除了发生折射现象，在入射介质的界面上还发生了反射。
高中物理竞赛辅导讲义-第12篇-光学
高中物理竞赛辅导讲义
第 12 篇 光学
【知识梳理】 一、光的直线传播 1. 光在均匀媒质中是直线传播的，光在真空中的传播速度为 c=3.00×108m/s，在其他 媒质中的传播速度都小于 c。 2. 影 光射到不透明物体上，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域，就是物体的 影。在这黑暗区域中完全照不到的区域叫做本影，只有一部分光照不到的区域叫做半影。 二、光的反射 1. 光的反射定律：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 居在法线的两侧，反射角等于入射角 。 2、光路可逆性：当光线逆着原来的反射光线（或折射光线）的方向射到媒质界面时， 必会逆着原来的入射方向反射（或折射）出去，这种性质叫光路可逆性或光路可逆原理。 三、平面镜 1. 平面镜只改变光的传播方向，不改变光的会聚或发散程度。 2. 平面镜成像特点：平面镜成像时，像和物关于镜面对称。 对于实物，平面镜使之成一个等大小的正立虚像；对于虚物，平面镜使之成一个等大 小的正立实像。 四、球面镜 1. 反射面是球面的一部分，这种镜叫球面镜。反射面如果是凹面的，叫做凹面镜，简 称凹镜；反射面是凸面的，叫做凸面镜，简称凸镜。 2. 球面的球心叫曲率中心，镜面的中心叫镜的顶点，顶点与曲率中心的连线称为主光 轴，简称主轴。 3. 球面镜的反射仍遵从反射定律。凹镜对光线有会聚作用，凸镜对光线有发散作用。 4. 一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点 F，这 F 点称为凹面镜 的焦点。 一束近主轴的平行光线经凸镜反射后将发散， 反向延长线可会聚于主轴上一点 F， 这 F 点称为凸镜的虚焦点。焦点 F 到镜面顶点 O 之间的距离叫做球面镜的焦距 f。可以证 明，对近轴光线，球面镜焦距等于球面半径的一半，即 f = R/2。 5. 球面镜成像作图中，常用的三条特殊光线为： （1）跟主轴平行的入射光线，其反射光线通过焦点。 （2）通过焦点的入射光线，其反射光线与主轴平行。 （3）通过曲率中心的入射光线，其反射光线和入射光线重合，但方向相反。 6. 球面镜成像公式为： 1 1 1 。符号法则为：实为正值，虚为负值。 u v f 7. 球面镜成像规律。 8. 成像放大率。
物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
《光学》 哈尔滨工业大学出版社 郑植仁,姚凤凤。 讲义。
i (',')exp()a E x y ikr r=（3）傍轴条件和远场条件均满足后复振幅可以简化成：i(',')exp()a E x y ikz z =O 'OO ''y x −这是一束由点源发出的、沿连线方向垂直入射到接收平面上的平面波。
22z z zrK2.4 光波的偏振态1. 光的偏振现象1）光的偏振的含义相对传播方向，光波振动的方向和振幅的不对称性称为光的偏振现象2）偏振片（1）晶体的二向色性（选择吸收性）（2）偏振片及其透振方向和消光方向（3）偏振片的制造（4）偏振片的起偏和检偏性能2. 光的横波性1）机械波的横波性的检验2）光波的横波性的检验3. 光的五种偏振态1）光是横波，才有不同的偏振状态2）光波的五种偏振态：线偏振光、自然光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
4. 线偏振光1)线偏振光的定义：2)振动面与平面偏振光振动面：线偏振光的传播方向与振动方向构成的平面。
同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一振动面上，又称线偏振光为平面偏振光。
线偏振光是偏振程度最强的光，又称线偏振光为全偏振光。
5）起偏器和检偏器起偏器：任何偏振态的光通过后透射光都变为线偏振光的器件。
检偏器：检查入射光偏振态的器件线偏振射光通过此器件后光强变为零。
偏振片既是起偏器，又是检偏器。
5. 自然光1）自然光的定义：在垂直光传播方向的平面上，所有方向均有横振动，各个方向的振动幅度均相等，形成如图所示的轴对称振幅分布。
角内包含的线偏振光的总强度：θ∆θρ∆=∆=∆00i N i I 入射的自然光的总光强：∑∫==∆=0200002ρπθρπi d i I I 设偏振片的透振方向与角内线偏振光的夹角为：θ∆α依据马吕斯定律：θ20cos I I =6. 部分偏振光1）部分偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，所有方向均有横振动，但不同方向的振动幅度不相等，形成如图的振幅分布。
光学讲义
光学讲义1.光的反射定律：（1）组合平面镜 （2）双镜面反射。
如图1-2-3，两镜面间夹角a =15º,OA =10cm ，A 点发出的垂直于2L 的光线射向1L 后在两镜间反复反射，直到光线平行于某一镜面射出，则从A 点开始到最后一次反射点，光线所走的路程是多少？（3）球面镜成像球面镜的焦距球面镜的反射仍遵从反射定律，法线是球面的半径。
一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F （图1-4-1），这F 点称为凹镜的焦点。
一束近主轴的平行光线经凸面镜反射后将发散，反向延长可会聚于主轴上一点F （图1-4-2），这F 点称为凸镜的虚焦点。
焦点F 到镜面顶点O 之间的距离叫做球面镜的焦距f 。
可以证明，球面镜焦距f 等于球面半径R 的一半，即2R f =球面镜成像公式fv u 111=+ 上式是球面镜成像公式。
它适用于凹面镜成像和凸面镜成像，各量符号遵循“实取正，虚取负”的原则。
凸面镜的焦点是虚的，因此焦距为负值。
在成像中，像长和物长h 之比为成像放大率，用m 表示，uv h h m ='= 2.折射定律①折射光线在入射光线和法线所决定平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；③入射角1i 与折射角2i 满足2211sin sin i n i n =；④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C 时，将发生全面反射现象（折射率为1n 的光密介质对折射率为2n 的光疏介质的临界角12sin n n C =）。
全反射全反射光从密度媒质1射向光疏媒质2，当入射角大于临界角211sin n a -=时，光线发图1-2-3αL 1L 2AO图1-4-1 图1-4-2生全反射。
全反射现象有重要的实用意义，如现代通讯的重要组成部分——光导纤维，就是利用光的全反射现象。
费马原理光程：光通过某一媒质的光程等于光在相同时间里在真空中所传播的几何路程。
均匀介质：ns l =非均匀介质：∑⎰→∆=iii nds sn l光总是沿着光程为极值（极大、极小、恒定）的路径从一点传播到另一点。
ZEMAX光学设计讲义
ZEMAX光学设计讲义导言：光学设计是一门重要的工程学科，它主要研究光学系统的设计、分析和优化。
而ZEMAX是光学设计中常用的一种软件工具，它主要用于模拟和优化光学系统的性能。
本篇讲义将介绍ZEMAX的基本原理、使用方法以及一些常见的光学设计案例。
一、ZEMAX的基本原理1.光线追迹ZEMAX的核心原理是光线追迹。
它通过追踪光线在光学系统中的传播路径，并计算出光线经过每个光学元件后的参数变化，如位置、方向、光强等。
通过光线追踪，可以得到光学系统的传输特性，并进行光学系统的性能优化。
2.光学元件建模为了进行光线追踪，需要对光学元件进行建模。
在ZEMAX中，可以通过输入光学元件的参数来进行建模，如曲率半径、折射率、厚度等。
同时，ZEMAX还提供了一套丰富的光学元件库，包括透镜、棱镜、光阑等。
用户可以根据需要选择相应的光学元件进行系统设计。
3.光学系统优化ZEMAX不仅可以进行光学系统的传输特性计算，还可以进行系统的性能优化。
在ZEMAX中，可以设定一系列的优化目标，并通过调整光学系统的参数来达到这些目标。
优化过程主要包括两个阶段，即初始设计和优化迭代。
在初始设计阶段，需要根据设计要求设置光学系统的初值。
在优化迭代阶段，ZEMAX根据预设的优化目标和约束条件，自动调整光学系统的参数，并不断迭代，直到达到最佳设计。
二、ZEMAX的使用方法1.软件安装与启动2.创建新项目在ZEMAX中，每个光学系统都是一个项目。
创建新项目时，需要设定项目的名字和工作目录。
在新建项目后，可以开始进行光学系统的设计。
3.设计光学系统设计光学系统的过程是通过将光学元件拖拽至光学系统的视图中来完成的。
光学元件可以是来自库中的标准元件，也可以根据实际情况进行自定义。
在拖拽元件至视图中后，可以通过双击元件来设置其具体参数。
4.进行光线追踪设计完成后，可以进行光线追踪。
在ZEMAX中，可以选择单个或多个光线进行追踪，并观察光线的传播路径和参数变化。
《光学》讲义笔记习题答案
2k 1
2k 1
2k 1
可见光范围： 400nm 760nm
可见光范围内只能取 k 3 480nm
（2） 2ne 2k 1 k 0,1, 2
2
2
= 4ne 2 1.5 0.4 103 1200
k
k
k
可见光范围内取 k 2 600nm k 3 400nm
2.劈尖干涉
1.12510 2m
（5）由 =2d =k 得 2
k
2d
1 2
2h
1 2
2 2.8 10 6 600 10 9
1 2
9 （取整），明纹有 9
条
由 =2d = 2k 1 得
2
2
k
2d
2h
2 2.8 10 6 600 109
9 （取整），暗纹有 9 1 10 条
题 2.两块平板玻璃构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射，若上面的平玻璃以 棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的（ ）。
7．双缝干涉实验装置如图所示，双缝与屏之间的距离 D=120cm ，两缝之间的距离 d =0.50mm ，
用波长 =500nm （1nm 109 m ）的单色光垂直照射双缝。
(1) 求原点 O （零级明条纹所在处）上方的第五级条纹的坐标 x ；
(2) 如果用厚度 e 3.0103mm ，折射率 n 1.50 的透明薄膜覆盖在图中的 s1 缝后面，求原点
离开平玻璃过程中，可以观察到这些环状干涉条纹将
（填：形状不变，向中心收缩
或向外扩展）。 解： =2nd =k ， d k ，同一位置 k 变大，条纹变密，向中心收缩。
2
题 3.用紫色光观察牛顿环时，测得第 k 级暗环半径 rk 4mm ；第 k 5 级暗环的半径 rk5 6mm ， 所用平凸透镜的曲率半径 R 10m ，求紫光的波长和级数 k 。 解：暗环半径 r kR = kR
静水流深的光学讲义
静水流深的光学讲义一、介绍光学是物理学的一个分支，研究光的产生、传播、相互作用以及光学器件的设计和应用。
静水流深的光学讲义旨在深入探讨光学的基本原理和应用，以帮助读者全面了解光学的基础知识和相关领域的最新进展。
二、光的本质2.1 光的波粒二象性光既可以被看作是波动现象，也可以被看作是粒子流动。
这种波粒二象性是光学研究的基础，它使得光既可以解释干涉和衍射等波动现象，也可以解释光电效应和康普顿散射等粒子特性。
2.2 光的传播速度光在真空中的传播速度是一个常数，即光速。
根据爱因斯坦的相对论理论，光速是宇宙中最快的速度，为299,792,458米/秒。
三、光的传播3.1 光的直线传播光在各向同性介质中的传播遵循直线传播的规律。
当光从一个介质进入另一个介质时，会发生折射现象，即光线的传播方向发生改变。
3.2 光的反射和折射光在与界面相交时，会发生反射和折射。
根据斯涅尔定律，入射角、反射角和折射角之间满足一定的关系。
3.3 光的散射光在与物体相互作用时，会发生散射现象。
根据散射的特点，可以分为弹性散射和非弹性散射。
四、光的干涉和衍射4.1 光的干涉当两束光相遇时，它们会发生干涉现象。
干涉可以分为相干干涉和非相干干涉，其中相干干涉是基于光的波动性质的。
4.2 光的衍射当光通过一个小孔或者绕过一个障碍物时，会产生衍射现象。
衍射是光的波动性质的重要表现。
4.3 光的干涉和衍射应用干涉和衍射广泛应用于光学仪器和光学技术中，如干涉仪、衍射光栅和激光等。
五、光的偏振5.1 光的偏振现象光的偏振是指光波中电场矢量振动方向的特性。
偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭偏振光。
5.2 光的偏振现象解释光的偏振现象可以通过光的波动理论和光的粒子理论来解释。
5.3 光的偏振应用光的偏振在光学仪器、通信和光学材料等领域有着广泛的应用。
六、光的光谱6.1 光的光谱特性光的光谱是指光在频率或波长上的分布特性。
根据光的频率或波长范围，可以分为可见光谱、红外光谱和紫外光谱等。
2024年中考物理专题复习讲义微专题：光学基础
微专题：光学基础练习2024中考物理专题复习讲义第一：考点解读（知识点填空）知识点1：光的直线传播1.光源：能够________的物体叫光源.按获取方式可将光源分成_______光源和__________光源2.规律：光在____________介质中沿直线传播3.现象：小孔成像：成倒立的实像，影子、日食、月食都属于光的直线传播形成的。
4.应用：激光准直、站队看齐、射击瞄准等5.光速：光在真空中的传播速度c=______m/s，光在不同的介质中的传播速度一般不同知识点2：光的反射1.光的反射定律（1）定义：光射到物体表面被__________回原介质中的现象（2）探究光的反射定律①光屏的作用：显示光的_______________________②如何验证三线是否共面：将反射光所在的一半光屏向后折，观察能否看到反射光线③当光线逆着原来的反射光线射到反射面时，必会逆着原来的入射方向反射出去，说明反射时光路是________ 的；（3）反射定律①反射光线与入射光线、法线在__________内；②反射光线和入射光线分居________两侧；③反射角_________入射角；2. 两种反射漫反射镜面反射条件反射面_______反射面________图示反射特点入射光线平行，反射光线向着_________入射光线平行，反射光线___________只能在反射光的方向上看到物体，且物体看起来视觉特征能从各个方向___________明亮、刺眼能否成像不能成像能成像相同点都遵循光的反射定律知识点3：平面镜成像1.平面镜成像（1）成像原理如图所示，光源S向四处发光，一些光经过平面镜________后进入了人的眼睛，引起视觉，我们感到光好像是从图中S′处射来的.S′就是S在平面镜中虚像（2）探究过程①实验中用玻璃板代替平面镜的目的是__________________；②用薄玻璃板的原因是厚玻璃板会出现_____个像;③玻璃板要与水平面，否则找不到像；④用两支完全相同蜡烛的目的是_________________________________（3）成像特点平面镜成的像是虚像，像和物体大小_______，平面镜所成的像和物体到镜面的距离_________，像和物体的连线与镜面__________知识点4：光的折射1.定义：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生的________现象叫光的折射现象2.折射规律：（1）折射光线与入射光线、法线在_______内——三线共面（2）折射光线和入射光线分居________两侧——两线分居（3）当光线由空气斜射入水中时，入射角________折射角；入射角增大，折射角也_____（4）当光线垂直入射时，传播方向_________（5）在光的折射现象中，光路是的_________3.折射现象池底变浅、海市蜃楼等如：从池底A点来的光线在水面处发生折射，折射角_______入射角，眼睛逆着折射光线看去，感觉光是从A′点射来的，A′点就是A点的变_______（填“高”或“低”）的虚像知识点5：光的色散1.光的色散：太阳光被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光的现象叫光的色散2.实验结论色散现象说明：（1）白光是由________混合而成的，白光______单色光；（2）不同色光通过棱镜时偏折程度不同，红光偏折程度最小，紫光偏折程度最大3.三原色色光的三原色：____、绿、蓝颜料的三原色：红、____、蓝4.物体的颜色透明体的颜色是由它______的色光决定的；不透明体的颜色是由它______的色光决定的；白色物体反射______色光，黑色物体________所有色光知识点6：看不见的光1.光谱：太阳通过棱镜分解成红橙黄绿青靛紫七种不同颜色的光，这七种色光按顺序排列起来就是光谱.2.红外线（1）定义：我们把红光之外的辐射叫做红外线.（2）红外线的特点：热作用强；穿透云雾的能力比较强.（3）应用①根据热效应：医用红外热像仪、红外温度计、红外夜视仪、红外线加热.②根据穿透性强：遥控器、红外远程遥感.3.紫外线（1）定义：光谱中紫光外侧的不可见光叫做紫外线.（2）紫外线的特点及应用：①能杀死微生物，用来灭菌在医院里经常用紫外线杀菌；②紫外线可以使荧光物质发光，鉴别钞票的真假；③紫外线有利于人体合成维生素D，促进钙的吸收【注意】（1）一切物体都在不停地向外辐射______.（2）物体的温度升高时，它向外辐射的红外线就会_______.第二：课堂重点一、物体的颜色1.透明物体（其颜色由它所透过的色光决定）显色原理：同色光透过→人眼，异色光吸收——同色透过，异色吸收注意：无色透明物体可以透过所有色光。
静水流深的光学讲义
静水流深的光学讲义
摘要：
1.引言：光学的重要性
2.光的性质：波动性和粒子性
3.光学原理：几何光学和物理光学
4.应用领域：成像、通信、能源等
5.结论：光学的发展前景
正文：
【引言】
光学是一门研究光的性质、产生、传播、转换和作用的科学。
在现代科技领域，光学发挥着举足轻重的作用，涉及到众多学科，如物理学、化学、生物学、电子工程等。
本文将从光的性质、光学原理以及应用领域等方面，介绍光学的基本知识。
【光的性质：波动性和粒子性】
光既具有波动性，也具有粒子性。
波动性表现为光的传播具有干涉、衍射和偏振等现象。
粒子性则表现为光具有能量量子化的特点，光的粒子称为光子。
这一特性使得光学研究具有挑战性，同时也为光学技术带来了多样性。
【光学原理：几何光学和物理光学】
光学原理主要包括几何光学和物理光学两个方面。
几何光学主要研究光在传播过程中的成像和放大等问题，涉及到凸透镜、凹透镜、平面镜等光学元件。
物理光学则关注光的波动性和粒子性，研究光的传播、干涉、衍射等性
质。
【应用领域：成像、通信、能源等】
光学在众多领域具有广泛的应用。
在成像方面，光学成像技术为摄影、显微镜、望远镜等领域提供了重要支持。
在通信领域，光纤通信已成为现代通信网络的重要组成部分。
此外，光学在能源领域也发挥着重要作用，如太阳能电池、光催化等。
【结论】
光学作为一门跨学科的科学，对于现代科技的发展具有举足轻重的地位。
静水流深的光学讲义
静水流深的光学讲义摘要：一、引言：光学讲义的魅力与价值二、静水流深的光学原理1.水流与光线的相似性2.静水与光学的联系3.深入理解光学现象三、光学在日常生活中的应用1.光学镜头与摄影2.光导纤维与通信3.光学传感器与智能设备四、光学发展前景与挑战1.量子光学与量子通信2.光学纳米技术及其应用3.光学在生物医学领域的创新五、总结：静水流深的光学讲义对我们的启示正文：【引言】光学作为一门自然科学，其研究领域广泛，涵盖物理、化学、生物等多个学科。
而静水流深这一自然现象，恰恰体现了光学原理的深邃与神秘。
今天，我们就来探索一下静水流深的光学讲义，感受其中的魅力与价值。
【静水流深的光学原理】静水流深，这个名字给人一种宁静而深不可测的感觉。
实际上，这与光学有着密切的联系。
首先，我们可以从水流与光线的相似性来理解。
水流如同光线一般，在传播过程中会受到各种因素的影响，如阻力、折射、反射等。
这些现象在水流和光线中都有所体现。
其次，静水与光学的联系可以从光在静水中的传播过程来分析。
在静水中，光线传播时会发生折射、反射等现象，这些现象与我们日常生活息息相关。
深入理解这些光学现象，有助于我们更好地把握光的传播规律。
【光学在日常生活中的应用】光学原理在日常生活中的应用无处不在，以下举例说明。
首先，光学镜头与摄影。
现代摄影技术离不开光学镜头的应用，通过光学镜头的折射和聚焦作用，可以将景物的形象清晰地呈现在照片上。
其次，光导纤维与通信。
光导纤维利用光的折射和反射原理，实现信息的传输。
如今，光导纤维已成为现代通信领域不可或缺的技术。
最后，光学传感器与智能设备。
光学传感器广泛应用于各类智能设备中，如智能手机的触摸屏、面部识别等，都离不开光学传感器的支持。
【光学发展前景与挑战】随着科技的不断发展，光学领域面临着诸多发展机遇与挑战。
首先，量子光学与量子通信。
量子光学是研究光与量子系统相互作用的一门学科，量子通信则利用量子光学原理实现安全、高效的通信。
光学讲义-几何光学基本公式
20. 一侦察卫星的轨道高度 h = 220km ，在可见光波段（取 λ = 550nm ）能分辨地 面上 l = 6.25cm 的间隔。 求：卫星成像系统的孔径（直径） D 。
衍射光栅 光栅：周期分布的全同衍射单元构成的衍射屏。 多缝光栅：
光栅常数 d ：两个相邻衍射单元（如：狭缝）对应位置（如：狭缝中心） 的间距。 光栅公式 d sinθK = Kλ θK ：第 K 级衍射波的衍射角
光学•习题
1. 如图，已知三棱镜的顶角 A 和三棱镜材料的折射率 n 。 求：经过三棱镜的光线的偏向角的最小值。
i
3. 光线入射到玻璃半圆柱的平面上，光线方向与半圆柱 的 轴 垂 直 。 玻 璃 的 折 射 率 n = 1.414 ， 光 线 入 射 角 i = 45D 。 求：光线离开柱面的位置。
4. 一个调节良好的分光计的平行光管和望远镜物镜的焦距分别为 f1 = 250mm 和 f2 = 200mm 。平行光管的狭缝宽度为 b = 1.4mm ，三棱镜顶角为 A = 60D 。 对某两条相邻的谱线，三棱镜材料的折射率分别为 n1 = 1.498 和 n2 = 1.502 。 问：通过望远镜看到的这两条谱线是否重叠？
13. 在成像系统和像面之间插入两个薄透镜，使得在保持像的位置不变的条件下 将像放大，并且放大倍数连续可调。已知两透镜的焦距分别为 f1 和 f2 ，求两 透镜位置间的关系。
14. 在水深 S = 1.0m 的水池有一长度 l = 10cm 的物体。物体经一透镜成像于水面 上 方 H = 80cm 处 的 屏 幕 上 。 已 知 透 镜 焦 距 F = 10cm ， 透 镜 材 料 折 射 率 n = 1.50 ，水的折射率 nw = 1.33 。 求：透镜到水面的距离 h ，以及像的长度 l′ 。
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光的折射 色散 全反射【考点梳理】1．折射现象 光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象．2．折射定律(1)内容：如图3所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．图3(2)表达式：sin θ1sin θ2＝n . (3)在光的折射现象中，光路是可逆的．3．折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量．(2)定义式：n ＝sin θ1sin θ2. (3)计算公式：n ＝c v ，因为v <c ，所以任何介质的折射率都大于1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角．4．全反射现象(1)条件：①光从光密介质射入光疏介质． ②入射角大于或等于临界角．(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光．5．临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C ＝1n. 6．光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象．(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列．(3)光的色散现象说明：①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢．(4)棱镜①含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同．②三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散．基础习题讲解【例1】如图1所示，光线以入射角θ1从空气射向折射率n＝2的玻璃表面．图1(1)当入射角θ1＝45°时，求反射光线与折射光线间的夹角θ.(2)当入射角θ1为何值时，反射光线与折射光线间的夹角θ＝90°？【例2】很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是()【例3】雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图2中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是()图2A．紫光、黄光、蓝光和红光B．紫光、蓝光、黄光和红光C．红光、蓝光、黄光和紫光D．红光、黄光、蓝光和紫光【例4】如图4所示是一种折射率n ＝1.5的棱镜，现有一束光线沿MN 的方向射到棱镜的AB 界面上，入射角的正弦值为sin i ＝0.75.求：图4(1)光在棱镜中传播的速率；(2)通过计算说明此束光线射出棱镜后的方向并画出光路图(不考虑返回到AB 面上的光线). 考点分类讲解【考点一 折射定律的理解与应用】解决光的折射问题的一般方法：(1)根据题意画出正确的光路图．(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角．(3)利用折射定律建立方程进行求解．例1 如图5所示，ABCD 为一直角梯形棱镜的截面，∠C ＝60°，P 为垂直于直线BC 的光屏，现用一宽度等于AB 边的单色平行光束垂直射向AB 面，经棱镜折射后在屏P 上形成宽度等于23AB 的一条光带，求棱镜的折射率．【例2】如图6所示，在坐标系的第一象限内有一横截面为四分之一圆周的柱状玻璃体OPQ ，OP ＝OQ ＝R ，一束单色光垂直OP 面射入玻璃体，在OP 面上的入射点为A ，OA ＝R 2，此单色光通过玻璃体后沿BD 方向射出，且与x 轴交于D 点，OD ＝3R ，求该玻璃的折射率．【考点二全反射现象的理解与应用】1．在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．2．当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了．3．全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射．【例1】如图7所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周，圆心为O，光线从AB面上的某点入射，入射角θ1＝45°，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点．图7(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图；(2)求该棱镜的折射率n；(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s)．【例2】为测量一块等腰直角三棱镜ABD的折射率，用一束激光沿平行于BD边的方向射向直角边AB边，如图8所示．激光束进入棱镜后射到另一直角边AD边时，刚好能发生全反射．该棱镜的折射率为多少？图8【考点三光路控制问题分析】1．玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图9所示．图9图102．三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为δ，如图10所示．(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折．(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图11所示．图11①当光线从一直角边垂直射入时,在斜边发生全反射,从另一直角边垂直射出(如图11甲).②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出(如图11乙)，入射光线和出射光线互相平行．特别提醒不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同．【例1】如图12所示，MNPQ是一块截面为正方形的玻璃砖，正方形的边长为30 cm，有一束很强的细光束AB射到玻璃砖的MQ面上，入射点为B，该光束从B点进入玻璃砖后再经QP面反射沿DC方向射出．其中B为MQ的中点,ABM＝30°，PD＝7.5 cm，∠CDN＝30°.试在原图上准确画出该光束在玻璃砖内的光路图，并求出该玻璃砖的折射率.【例2】如图13是透明圆柱介质的横截面，C、D为圆上两点．一束单色光沿BC方向入射，从D点射出．已知∠COD＝90°，∠BCO＝120°.图13(1)求介质的折射率；(2)改变∠BCO的大小，能否在介质的内表面发生全反射？【平行板玻璃砖模型的分析】【例1】如图14所示，两块相同的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中，两者的AC面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，通过两棱镜后，变为从a、b两点射出的单色光，对于这两束单色光，下列判断错误的是()图14A．红光在玻璃中传播速度比蓝光大B．从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光C．从a、b两点射出的单色光不平行D．从a、b两点射出的单色光仍平行，且平行于BC 【例2】频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图15所示，下列说法正确的是()图15A．单色光1的波长大于单色光2的波长B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C．单色光1垂直通过玻璃板所需的时间小于单色光2垂直通过玻璃板所需的时间D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角【高考题组】1．半圆形玻璃砖横截面如图16所示，AB为直径，O点为圆心．在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O的距离相等．两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示,关于a、b两束光的说法错误的是()图16A．在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大B．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大C．若a光照射某金属表面能发生光电效应，则b光也一定能D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大2．如图17所示，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方．一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带．若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失．在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是()图17A．减弱，紫光B．减弱，红光C．增强，紫光D．增强，红光3．如图18所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点．已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则()图18A．该棱镜的折射率为 3 B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变长D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行模拟题组1、高速公路上的标牌常用“回光返照膜”制成，夜间行车时，它能将车灯照射出去的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目，这种“回光返照膜”是用球体反射原件制成的．如图19所示，返照膜内均匀分布着直径为10 μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为3，为使入射的车灯光线经玻璃的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角是()图19A．60°B．45°C．30°D．15°2、如图20所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°.一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB，以下对介质的折射率值及折射光线中恰好射到M点的光线能不能发生全反射的说法正确的是()图20 A.3，不能发生全反射B.3，能发生全反射C.233，不能发生全反射D.233，能发生全反射 ►题组1 光的折射现象与光的色散1．实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n 随波长λ的变化符合科西经验公式：n ＝A ＋B λ2＋C λ4，其中A 、B 、C 是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图1所示，则( )图1 A ．屏上c 处是紫光 B ．屏上d 处是红光 C ．屏上b 处是紫光 D ．屏上a 处是红光2．红光与紫光相比 ( )A ．在真空中传播时，紫光的速度比较大B ．在玻璃中传播时，红光的速度比较大C ．玻璃对红光的折射率较紫光的大D ．从玻璃到空气的界面上，红光的临界角较紫光的小3．已知介质对某单色光的临界角为θ，则下列说法错误的是( )A ．该介质对此单色光的折射率等于1sin θB ．此单色光在该介质中的传播速度等于c ·sin θ(c 为真空中的光速)C ．此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sin θ倍D ．此单色光在该介质中的频率是真空中的1sin θ4. 如图2所示，红色细光束a 射到折射率为2的透明球表面,入射角为45°,在球的内壁经过一次反射后，从球面射出的光线为b ，则入射光线a 与出射光线b 之间的夹角α为( )图2A ．30°B ．45°C ．60°D ．75°5．一束光从空气射入折射率n＝2的某种玻璃的表面，则下列说法错误的是() A．当入射角大于45°时，会发生全反射现象B．无论入射角多大，折射角都不会超过45°C．欲使折射角等于30°，应以45°角入射D．当入射角等于arctan 2时，反射光线恰好跟折射光线垂直►题组2光的全反射6．公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯，在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积，下列说法正确的是() A．红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小B．红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小C．红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大D．红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大7．如图3所示，MN是位于竖直平面内的光屏，放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏平行．由光源S发出的一束白光从半圆沿半径射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上．在水平面内以O点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带．当玻璃砖转动角度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失．有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是()图3A．左紫右红，紫光B．左红右紫，紫光C．左紫右红，红光D．左红右紫，红光8．某物理兴趣小组用实验探究光的色散规律，他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内，在其左方竖直放置一个很大的光屏P，让一复色光束SA射向玻璃砖的圆心O后，有两束单色光a 和b射向光屏P，如图4所示．他们根据实验现象提出了以下四个猜想，你认为正确的是()图4A．单色光a的波长小于单色光b的波长B．在玻璃中单色光a的传播速度大于单色光b的传播速度C ．单色光a 通过玻璃砖所需的时间大于单色光b 通过玻璃砖所需的时间D ．当光束SA 绕圆心O 逆时针转动过程中，在光屏P 上最早消失的是a 光9．为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r 的圆形软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图5所示．已知水的折射率为43，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h 为 ( )图5 A.73r B.43r C.34r D.377r ►题组3 光的折射与光的全反射的综合问题10.如图6所示，直角三角形ABC 为一三棱镜的横截面，∠A ＝30°.一束单色光从空气射向BC 上的E 点，并偏折到AB 上的F 点，光线EF 平行于底边AC .已知入射光与BC 边的夹角为θ＝30°.试通过计算判断光在F 点能否发生全反射．图611.如图7所示，AOB 是由某种透明物质制成的1/4圆柱体的横截面(O 为圆心)，其折射率为2.今有一束平行光以45度的入射角射向柱体的OA 平面，这些光线中有一部分不能从柱体的AB 面上射出．设凡射到OB 面的光线全部被吸收，也不考虑OA 面的反射，求圆柱AB 面上能射出光线的部分占AB 表面的几分之几？图7。