光学教程(第五版)
合集下载
光学教程5-5、5-6
可见，光在不同媒质中传播速度 不同，则在界面上折射情况不同 折射率
n1 c v1
B
A
n1 n2
i2
c n v
n1 sin i1 n2 sin i2
光在真空中的速度c 光在媒质中的速度v
v1 n2 sin i1 n2 v2 n1 sin i2 n1
c n2 v2
§5—5 光在晶体中的传播方向 用晶体的特点和惠更斯作图法确定晶体中光线传播方向 讨论单轴晶体内o光和e光的传播方向（以例说明） [例1]光轴在入射面内，自然光垂直入射至方解石（负晶体） 表面
E矢量在屏面内的偏振光 对ADB为e光，对CDB 为o光 no ne ∴ 该束光从光疏到光密，向靠近法向MN方向偏折； 从CDB向外偏折时，从光密到光疏，向远离法向MN方向偏折 从沃拉斯顿棱镜出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光 当沃拉斯顿棱镜顶角β不很大时，两束出射光几乎对称地分开 1 2
11
例5.5
12
§5—6 偏振元件 把晶体制成双折射棱镜，从普通光源中获得线偏振光
一、尼克耳棱镜
1、尼科耳棱镜的制作 结构：取长度约为宽度3倍的方解石晶体
尼科耳棱镜的制作过程
A D
71°
B C
13
尼科耳棱镜的制作过程
3°
A’ E A’ E D
F
F B C’
C’
此角从71° 磨成为68°
涂上加拿 大树胶
c no vo
vo：o光在晶体中的传播速度 c e光的主折射率 ne ve ve：e光在晶体中垂直于光轴 方向的传播速度
e 光在晶体中的传播速度与 ve：与光 传播方向有关，ve取垂直于 轴垂直 光轴的特殊方向 ne＞no（ ve＜ vo ）：正晶体，如石英` ne＜no （ ve ＞ vo ） ：负晶体，如方解石
n1 c v1
B
A
n1 n2
i2
c n v
n1 sin i1 n2 sin i2
光在真空中的速度c 光在媒质中的速度v
v1 n2 sin i1 n2 v2 n1 sin i2 n1
c n2 v2
§5—5 光在晶体中的传播方向 用晶体的特点和惠更斯作图法确定晶体中光线传播方向 讨论单轴晶体内o光和e光的传播方向（以例说明） [例1]光轴在入射面内，自然光垂直入射至方解石（负晶体） 表面
E矢量在屏面内的偏振光 对ADB为e光，对CDB 为o光 no ne ∴ 该束光从光疏到光密，向靠近法向MN方向偏折； 从CDB向外偏折时，从光密到光疏，向远离法向MN方向偏折 从沃拉斯顿棱镜出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光 当沃拉斯顿棱镜顶角β不很大时，两束出射光几乎对称地分开 1 2
11
例5.5
12
§5—6 偏振元件 把晶体制成双折射棱镜，从普通光源中获得线偏振光
一、尼克耳棱镜
1、尼科耳棱镜的制作 结构：取长度约为宽度3倍的方解石晶体
尼科耳棱镜的制作过程
A D
71°
B C
13
尼科耳棱镜的制作过程
3°
A’ E A’ E D
F
F B C’
C’
此角从71° 磨成为68°
涂上加拿 大树胶
c no vo
vo：o光在晶体中的传播速度 c e光的主折射率 ne ve ve：e光在晶体中垂直于光轴 方向的传播速度
e 光在晶体中的传播速度与 ve：与光 传播方向有关，ve取垂直于 轴垂直 光轴的特殊方向 ne＞no（ ve＜ vo ）：正晶体，如石英` ne＜no （ ve ＞ vo ） ：负晶体，如方解石
《光学教程》第五版-姚启钧-第六章-光的吸收、散射和0
2021/3/11
3
6.2 吸收定律
6.2.1 一般吸收和选择吸收
一般吸收——吸收比较弱，基本不随波长而变化。
选择吸收——吸收比较强，随波长发生急剧变化。
自然界的物质都具有选择吸收，理想的一般吸收不存在，
只能在一小段范围内。
I
一般吸收区域
选择吸收区域
2021/3/11
4
6.2.2 吸收定律
强度为I0 的平行光束进入厚度为l的均匀物
反映原子、分子结构特征——原子光谱、红外光谱 大气窗口——空间遥感探测、气象等研究
2021/3/11
6
6.3 瑞利散射
6.3.1 非均匀介质中的散射
光的散射——光束通过光学性质不均匀的物质时， 向侧向传播的现象。
原传播方向上的光强：I I0 e a sl I0 e l
a——吸收系数， s——散射系数
散射光强度： I
1
4
——瑞利定律
６.3.6 分子散射
分子无规则运动造成物质分子密度的涨落， 即物质分子不规则聚集，尺度小于微粒。 散射光强度与波长成反比的作用更明显。
2021/3/11
10
大气散射，一部分来自微粒散射，大部分由于分子散射 现象：晴朗天空呈兰色
太阳早晚红、中午白
为什么用红色信号灯 云由小水滴组成，颗粒较大，散射与波长关系不大， 则呈白色
第六章 光的吸收、散射和色散
2021/3/11
1
*6.1 电偶极辐射对反射和折射现象的解释 6.2 吸收定律 6.3 瑞利散射 6.4 正常色散和反常色散 *6.5 光的相速度和群速度
2021/3/11
2
光的吸收、散射和色散都是光与物质的相互作用， 真空中无这些现象。
《光学教程》第五版姚启钧第一章几何光学ppt
控制技术
了解利用光进行精确控制的 技术，如激光切割和激光雕 刻。来自激光及其应用1
激光原理
讲解激光的产生原理和特点，如受
医疗应用
2
激辐射和光增强。
了解激光在医学领域的应用，如激
光手术和激光治疗。
3
工业应用
探索激光在工业生产中的应用，如 激光切割和激光焊接。
光学设计和优化方法
光学设计
介绍光学系统的设计原理和 优化方法，如透镜组设计和 光学仿真。
虚拟现实
探索光学技术在虚拟现 实中的应用，如头戴式 显示器和全景投影。
光学产业与发展趋势
光学产业
了解光学产业的现状和发展 趋势，如光学元件制造和系 统集成。
纳米光学
探索纳米光学技术的前沿研 究和应用，如纳米光学器件 和量子光学。
光子集成电路
了解光子集成电路的原理和 应用，如光互连和光纤通信。
波长色散
深入了解光的色散现象以及 如何通过设计进行补偿。
像差校正
探索如何通过适当设计来纠 正光学系统的像差问题，以 实现更好的成像质量。
光学信息处理和显示技术
光学信息处理
介绍光学在信息处理中 的应用，如全息成像和 光学存储器。
光学显示技术
了解各种光学显示技术， 如液晶显示器和有机发 光二极管（OLED）。
《光学教程》第五版姚启 钧第一章几何光学ppt
光学教程第一章的主要内容包括光的本质和传播、光的几何传播、光的反射 和折射，将为你提供光学世界的入门知识。
光的本质和传播
光的本质
深入探索光的性质和行为，了解光的粒子和波 动理论。
光的传播
揭示光在不同介质中的传播规律，包括折射和 反射。
镜子和透镜
《光学教程》第五版姚启钧第七章光的量
光子数与光强度的关系
1 光强度的定义
光强度是单位时间内通过单位面积的光子数。
2 光强度与光子数的关系
光强度和光子数成正比。
能量和功率密度
能量密度的定义
能量密度是单位体积内的 光能量。
功率密度的定义
功率密度是单位时间内通 过单位面积的光能量。
能量和功率密度 之间的关系
功率密度是能量密度与光 的速度的乘积。
《光学教程》第五版姚启 钧第七章光的量
这一章将介绍光的量的基本概念和相应的物理原理。我们将探讨光子与能量 的关系，以及光强度、能量密度、辐射度和亮度等与光的量相关的重要概念。
光的量的定义
光的量
光的量是指光的能量。
光子和能量的关系
光由一系列光子组成，每 个光子携带一定能量。
光子能量与频率 的关系
光子能量与光的频率成正 比。
光的辐射度和光通量
辐射度的定义和 单位
辐射度是单位面积单位立 体角内通过的光通量。
光通量的定义和 单位
光通量是单位时间内通过 某表面的光的总能量。
辐射度和光通量 之间的关系
辐射度等于光通量除以立 体角。
光的强度和亮度
光强度的定义和单位
光强度是单位立体角内的光通量。
亮度的定义
亮度是单位面积单位立体角内的光强度。
光学教程第五 姚启钧 光的衍射PPT学习教案
bsin k
3. 次极大位置：
满足
d I 0 tg u u
du
y
y1 = tgu
·
0
-2
·-
·
·
·
y2 = u
u
2
-2.46
-1.43
0
+2.46
+1.43
解得：
u 1.43， 2.46， 3.47，…
相应：
bsin 1.43, 2.46, 3.47,… 第21页/共66页
衍射花样特点： 1.平行于光源的亮暗直条纹，中央主 最大光 强最大 ，次最 大光强 远小于 主最大 的值， 且随着 级数的 增大而 很快减 小；
光栅方程
谱线的级数
斜入射光栅方程：
dsin sin 0 K
k 0,1,2
光栅 L
d sinθ0
夫琅禾费衍射
第12页/共66页
4.4.2 圆屏衍射
P点合振幅为：
AP ak1 ak2 ak3 ak4 ...
ak1 ak1 ak2 ak2 ... 222 2
ak1 2
如果圆屏足够小，只遮住中心 带的一小部分，观察屏中心为 一亮点 （泊松点） 。
圆屏衍射 泊松点
第13页/共66页
1 R
1 r0
1 2 k
第14页/共66页
k 2 1 1 R r0
11
1
——与薄透镜物象公式相似
R r0 f '
焦距：
f ' 2
k
波带片焦距的特点： :
1.大小取决于透光孔的半径ρ 2.与波长成反比
3.存在多个次焦距，如f´/3, f´/5
f ' 2
《光学教程》第五版姚启钧第五章光的偏振
我们将探索光的偏振在光学器件 中的实际应用，比如偏振滤光器 和偏振镜。
在通信和显示技术中的应用 对生物学的影响
我们将研究光的偏振在通信和显 示技术中的重要性，如液晶显示 器和光纤通信。
我们将了解光的偏振如何在生物 界中发挥作用，例如蝴蝶的翅膀 颜色和昆虫的视觉系统。
光的偏振实验
1
可视化光的偏振的实验方法
我们将介绍一些通用的实验方法，用于可视化光的偏振现象，如波片实验和波浪 板实验。
2
常用工具和设备
我们将了解一些常用的实验工具和设备，如偏振光源、偏振片和偏振计。
光的偏振现象
偏振光是如何产生的？
我们将探索偏振光是如何通 过选择性吸收和散射来产生 的。
偏振光的特性和传播方 式
我们将了解偏振光的特性， 包括振动方向、强度和光的 传播方式。
偏振片和偏振现象之间 的关系
我们将研究偏振片与偏振现 象之间的联系，以及如何利 用偏振片来改变光的偏振状 态。
光的偏振应用
《光学教程》第五版姚启 钧第五章光的偏振
光的偏振是一个有趣的现象，它使光变得有方向性和振动方向约束。在这一 章中，我们将深入探讨光的偏振的概念、性质和应用。
光的偏振概述
1 光的偏振是什么？
我们将学习什么是光的偏振，以及它是如何 与光的振动方向相关联的。
2 为什么光会发生偏振？
我们将讨论光的偏振产生的原因，包括光的 源头和与介质的相互作用。
大学物理第5版课件 第11章 光学
1
M1 n1 n2
M2 n1
L 2
iD
3
A C
B
E
45
P
d
第十一章 光学
35
物理学
第五版
Δ32
n2
( AB
BC)
n1 AD
2
AB BC d cos γ
AD ACsin i
n2 n1
L
2
P
2d tan sini
1
iD 3
M1 n1 n2
A
C
d
M2 n1
B
C
d
M2 n1
B
E
45
注意：透射光和反 射光干涉具有互补 性 ，符合能量守恒 定律.
第十一章 光学
38
物理学
第五版
当光线垂直入射时 i 0
当 n2 n1 时
Δr
2dn2
2
当 n3 n2 n1 时
Δr 2dn2
第十一章 光学
n1 n2 n1
n1 n2
n3
39
物理学
第五版
四 了解衍射对光学仪器分辨率的影响.
五 了解 x 射线的衍射现象和布拉格公式 的物理意义.
第十一章 光学
7
物理学
第五版
光的偏振
11-0 教学基本要求
一 理解自然光与偏振光的区别.
二 理解布儒斯特定律和马吕斯定律.
三 了解双折射现象.
四 了解线偏振光的获得方法和检验 方法.
第十一章 光学
8
物理学
第五版
第十一章 光学
《光学教程》第五版 姚启钧 第五章 光的偏振
主截面
d—波片厚度为
nod—— o光在波片中的光程 ned—— e光在波片中的光程
光程差：
= （no- ne）d
相位差：
2
no
ne
d
2k
1
2
2k 1
¼波片 ½波片(半波片)
a.自然光入射：
在任意两个垂直方向的分量无固定位相差 o 光和e 光无固定位相差 出射光为自然光
波片
y
Ae
Ax
Ao
光轴
P
Ae A
线偏振光
椭圆偏振光
Ao
d
光轴
Ao Asin
Ae Acos
通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差：
no ne
d 2
一般情形--从晶片出射的两束光合成为一束椭圆偏振光。
特例----当 4（Ao Ae）， 且
, 3
5.3 单轴晶体的双折射
5.3.1寻常光和非寻常光
1.双折射现象
自然光
n1 i
自然光入射到各向异性介质中， 折射光分成两束的现象。
n2
各向异 性介质
ro
o
re e
2.寻常(o)光和非寻常(e)光
{ n1 sin i n2 sin ro
o o 光折射线在入射面内。
遵从折射定律
sin i const.
=0， = /2
Ex Ey
Ax
Ay
线偏振光
{ E
2 x
Ax2
E
2 y
Ay2
1
AxAy 椭圆偏振光
《光学教程》第五版 姚启钧 第三章 光的干涉 ppt课件
V A 2 1 2 A 1 A A 2 2 2 1 2 A A 1 1A A 2 22 1 0A A 1 1 A 2 A 2
600
630 760 nm
紫蓝青绿黄 橙 红
purple blue cyan green yellow orange red
可见光 4~7.6 × 1014Hz
ν——频率，表征发光机制的物理量
真空中， 介质中，
c0
折射率的定义： n c
0
n
c rr
光波
r 1 n r
《光学教程》第五版 姚启钧 第三 章 光的干涉
c3180m/s
b. 有横波的性质，即有干涉、衍射、偏振等现象
电磁波：无线电波 106 Hz
γ 射线
31020Hz
可见光： 41104 7.61104 Hz
结论：光是某一波段的电磁波。
《光学教程》第五版 姚启钧 第三 章 光的干涉
2. 光速、波长和频率三者的关系
400 430 450 500 570
IE2E •E E 1E 2•E 1E 2
E2
E
E12E22E 1•E 2E 2•E 1
A12A222A 1•A 2cos21
β2
β β1 E1
干涉因子
2 A 1•A 2co 2 s1 0 0
非相干 相干
2 A 1 •A 2co csosAA11AA22，，cocsos=00
章 光的干涉
光程(△)
光在介质里通过的路程 × 介质的折射率 = r ×n
在均匀介质里, 光程：
nr c r ct
∴光程也可认为相同时间内光在真空中通过的路程。
光程差(δ)
n2r2n1r1
《光学教程》第五版姚启钧第三章光
I
K级亮纹位置
条纹宽度
当k级亮纹与当k+1级亮纹连起来时，见不到条纹
相干长度—
相干长度
两列波能发生干涉的最大波程差叫相干长度。
S
S1
S2
c1
c2
b1
b2
a1
a2
·
P
S1
S2
S
c1
c2
b1
b2
a1
a2
P
·
波列长度就是相干长度
只有同一波列分成的 两部分，经过不同的路 程再相遇时，才能 发生干涉。
1
解：
2
I=I1+I2
3
由光强公式
4
总光强为： 由于1 和2的频率不同，它们之间不相干。
3.5菲涅耳公式
n1
n2
i1
i’1
i2
Ap1
Ap2
A’p1
As1
A’s1
As2
图中s,p的方向为规定的正方向
S,p,和光线传播方向构成右螺旋
3.5 菲涅耳公式
n1
n2
i1
i’1
i2
Ap1
Ap2
光波
能流密度:是指在单位时间内通过与波的传播方向垂直的 单位面积的能量。
01
光强度I（平均能流密度）正比于电场强度振幅A 的平方。
02
通常:
03
3.光 强
3.2 波动的叠加性和相干条件
波
球面波（点光源） 柱面波（柱形光源） 平面波（光源在无穷远或经过透镜)
平面波公式：
光矢量
O 点的振动:
o
s
n
r
k
r
k
l
光学教程第五版教学设计
光学教程第五版教学设计引言光学是物理学中的一个重要分支，研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象，具有广泛的应用和研究价值。
本文旨在为光学教程第五版的教学设计提供一些参考意见和建议，以帮助教师更好地组织教学内容和课程安排。
教学目标学习光学的基本概念、理论和实验方法，掌握光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象与规律，并能够应用理论方法和实验手段解决光学问题。
教学内容第一章光的基本概念和量度介绍光的本质和基本特征，如光的波粒二象性、色散和极化等现象，以及光速和光程等物理量的概念和计算方法。
第二章光的传播和反射讲授光在不同介质中的传播规律和过程，重点讨论光的反射现象和反射定律，以及反射的应用，如镜面成像和反光镜。
第三章光的折射和透镜介绍光的折射现象和折射定律，以及透镜的原理和分类，如凸透镜、凹透镜、单透镜和复合透镜等。
第四章光的干涉和衍射讨论光的干涉现象和干涉定律，如杨氏双缝干涉和光栅谱仪等；介绍光的衍射现象和衍射定律，如菲涅尔衍射和菲涅尔衍射积分等。
第五章光的偏振和光学仪器介绍光的偏振现象和规律，如偏振光的产生和特性，以及偏振器、波片和偏振显微镜等光学仪器的原理和应用。
教学方法理论讲授理论部分采用授课、讲解、演示、提问等教学方法，强调概念和原理的逻辑性和系统性，激发学生的思维和兴趣。
实验实践实验部分采用大量实验操作和数据分析，培养学生的实验技能和科学精神，加深理论认识和应用能力。
讨论交流讨论环节采用小组讨论、案例分析、演讲比赛等形式，促进学生之间和师生之间的沟通交流和合作共同，提高教学效果。
教学评估教学评估旨在全面测评学生的学习成果和教学效果，采用平时成绩、实验报告、期末考试、兴趣作业等多项考核指标评估学生的学习效果。
同时，借助学生评价、同行评议、教学反思等手段评估教学质量和效果，并进行必要的调整和改进。
总结光学教程的教学设计涉及多方面的内容和要求，需要教师综合考虑学科特点、教学目标、教学内容、教学方法和教学评估等方面的因素，全面设计和组织好教学计划和实施方案。
《光学教程》第五版 姚启钧 第三章 光的干涉
激光干涉
光的自聚焦、自引导。
光的干涉实验
杨氏双缝干涉
讲述干涉装置和原理。
尘埃粒子干涉
动态相干与空间相干的本质区别。
莫尔斯干涉调制
利用调制器进行干涉测量的实例解释。
干涉模式
光程差干涉 弯曲水平面上的干涉环 薄膜干涉
牛顿环干涉 冷热空气层的干涉 该干涉的原理，双玻片干涉
光栅干涉 干涉过程的向量计算 干涉条纹的旋转
干涉仪器
牛顿环、菲涅耳衍射、光栅涉仪、弗劳恩霍弗干涉仪。
总结
1 同一光源引起的干涉
平行光管干涉、牛顿环干涉、艾里斑、双棱镜干涉。
2 两个光源引起的干涉
杨氏双缝干涉、双光束干涉、自转干涉。
3 应用与发展
干涉光谱学、干涉测量和成像、干涉激光雷达、以及灰度干涉。
交叠效应
平行光管干涉（由同 一光源引起）
研究平行光管的干涉图案与装 置。
双光束干涉（由两个 光源）
解释夫琅禾费衍射现象、夏普 利示波器和干涉仪。
激光干涉（单色相干 光）
描述激光测距、激光飞行时间、 激光干涉仪和激光成像。
应用和意义
干涉技术
干涉测量和成像、干涉光谱学、 干涉激光雷达和灰度干涉。
干涉图案
光学教程：第五版，姚启 钧，光的干涉
光的干涉：介绍干涉理论和实验、相干性、模式、交叠效应和应用。
干涉理论介绍
1
波的叠加原理
相消干涉、相长干涉。
晶格干涉
2
布拉格方程和多晶体衍射。
3
光栅干涉
杨氏干涉、菲涅尔衍射、菲涅尔–柯西公 式。
光的相干性
相干光
时间相干性和空间相干性。
非相干光
部分相干、完全非相干。
《光学教程》第五版 姚启钧 第三章 光的干涉.解析
2
r2 r1
2
3.3.2 干涉图样
2 I A12 A2 2 A1 A2 cos 2 A1 A2 2 A1 A2 2
2 j
干涉相长
2 j 1 干涉相消
j 干涉相长（明纹） 1 j 2 干涉相消（ 暗纹）
1 A1 A2 2 A1 A2 2 A1 A2 V 2 2 2 A1 A2 1 A1 A2 0 A1 A2
——验证了干涉条件之一 振幅相差不能太大 令
I 0 I1 I 2 A A
2 1
2 1 2 2
2 2
2 A1 A2 I A A 1 2 cos 2 A1 A2 I 0 1 V cos
由光强公式
1 I1 4 I10Cos , 2 2 2 I 2 4 I 20Cos 2
2
1
2
1 2 2 2
I I1 I 2
,
yd l
dy 2dy 4 I10Cos 4 I 20Cos l1 l2
2
3.5菲涅耳公式
As1 n1 n2 Ap1 A’s1 A’p1
400 430 450 500 570 600 630 760 nm
紫
蓝
青
cyan
绿
green
黄
橙
红
purple blue
yellow orange red
可见光 4~7.6 × 1014Hz
ν——频率，表征发光机制的物理量 真空中， 介质中，
c 0
0
n
折射率的定义：
r2 r1
2
3.3.2 干涉图样
2 I A12 A2 2 A1 A2 cos 2 A1 A2 2 A1 A2 2
2 j
干涉相长
2 j 1 干涉相消
j 干涉相长（明纹） 1 j 2 干涉相消（ 暗纹）
1 A1 A2 2 A1 A2 2 A1 A2 V 2 2 2 A1 A2 1 A1 A2 0 A1 A2
——验证了干涉条件之一 振幅相差不能太大 令
I 0 I1 I 2 A A
2 1
2 1 2 2
2 2
2 A1 A2 I A A 1 2 cos 2 A1 A2 I 0 1 V cos
由光强公式
1 I1 4 I10Cos , 2 2 2 I 2 4 I 20Cos 2
2
1
2
1 2 2 2
I I1 I 2
,
yd l
dy 2dy 4 I10Cos 4 I 20Cos l1 l2
2
3.5菲涅耳公式
As1 n1 n2 Ap1 A’s1 A’p1
400 430 450 500 570 600 630 760 nm
紫
蓝
青
cyan
绿
green
黄
橙
红
purple blue
yellow orange red
可见光 4~7.6 × 1014Hz
ν——频率，表征发光机制的物理量 真空中， 介质中，
c 0
0
n
折射率的定义：
《光学教程》第五版 姚启钧 第一章 几何光学
A
三. 应用举例
由费马原理可以直接推出直线传播定律以及反射和折射定律。
• 最小光程 • 恒定值 • 最大光程
反射定律
A
B
最小值 C C′
恒定值
AB 最大值
1.3 棱镜和最小偏向角 全内反射和光学纤维
一. 棱镜
定义
棱镜角
A
折射面
主截面 三角棱镜: 主截面是三角形的棱镜
棱镜的作用：1)使光路发生转向：全反射棱镜、正四面体直角棱镜 2)色散n=n()，形成光谱。
x f'
β的讨论：
n'
f'
x' P’
i’ F•' p'
•
-y’
β >0,正立象 β <0, 倒立象
|β| >1, 放大 |β| <1, 缩小
2. 角放大率
p.27 fig1-26
tan u' u'
tan u u h (u)( p) u' p'
3. 亥姆霍兹-拉格朗日定理
理想近轴成像
u p
n' r n'n nr n'n 1
p'
p
2. 牛顿公式
f ' f 1 p' p
（3）
焦物距x：物方焦点到物点的距离。 焦象距x'：象方焦点到象点的距离。
n
-x -f
• P
F•
-p
n'
f'
x'
P′
F'•
•
p'
f ' n'r n'n
f nr n'n
《光学教程》第五版姚启钧第一章几何光学PPT课件
新 笛 卡 儿 符 号 法 则
以主轴转向考虑的光线 顺时针为正 逆时针为负
｛Leabharlann (4) 全正图形 图中标记的是线段或角度的绝对值（如上)
二、傍轴条件下单球面折射的物象公式
二. 费马原理
A
B
dl=nds
L n ds
A
B
光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。 也就是说，光沿光程为最小值、最大值或恒定值的路程传播。 这就称为费马原理。
公式：
L n ds =极值（最大、最小或稳定值）
A
B
三. 应用举例
由费马原理可以直接推出直线传播定律以及反射和折射定律。 • 最小光程 • 恒定值 • 最大光程 反射定律
P’
·
同心光束
2. 折射
例1：处于液体中深度为y处有一点光源P,作PO垂直于液面，试 求射出液面折射线的延长线与PO交点P′的深度y′与入射角的 关系
n2 n1
y
o
i2 y' i1
y y
P
· P’ ·
y
tgi1 sin i1 cosi2 y tgi2 sin i2 cosi1
yn2 1 (
*共轭关系 由光路可逆原理，光线方向逆转，物像互换。 物像一一对应 物像共轭 物像互换（光线逆转） 入射光线、出射光线一一对应 光线共轭 入射光线、出射光线互换 （光线逆转）
*物像间所有光线光程相等
1.5 单球面上的傍轴成像
一、符号法则
y
P
1. 几个基本物理量
主
n1
n2
╭ u'
•
-u ╮
-p
O
P’ •
二. 几何光学的基本定律
光学复习资料
光学教程（第五版）（姚启钧编著 高等教育出版社）第一章 光的干涉1、折射率p9：/n c v ==2、光强p11：2I A =3、合振幅和初相位p12：2221212112211222cos Δsin sin tan cos cos A A A A A φA φA φφA φA φ⎧=++⎪+⎨=⎪+⎩4、光程p15：Δnr =5、波数p15：2/k πλ=6、干涉：光程差为半波长的偶数倍（相位差为π的偶数倍）为亮条纹光程差为半波长的奇数倍（相位差为π的奇数倍）为暗条纹 7、三种干涉类型：（1）分波面干涉：杨氏双缝干涉（2）分振幅干涉：等倾干涉、等厚干涉、迈克尔逊干涉仪、牛顿环 （3）分偏振面干涉：偏振光的干涉 8、杨氏双缝干涉：图1.8 杨氏双缝干涉r y jλd=（j = 0, ±1, ±2, …） 当光源宽度为00''r d λd =（r 0’是光源到缝的距离）时，可见度为零。
p29图1.9 等倾干涉9、等倾干涉p35：02222cos (21),2(2),2d d n i λj λj =⎧+⋅⎪⎪=⎨⎪⋅⎪⎩有半波损失时相长,反之相消有半波损失时相消,反之相长等倾干涉（迈克耳逊干涉仪）的零级条纹在无穷远处。
10、等厚干涉p39：0012d j d ⎧⎛=+ ⎪⎝⎪⎨⎪=⎪⎩j = 0, 1, 2, 3, …） 当光线垂直入射时，i 1 = 0，则光程差2022n d =-λδ11、法布里-珀罗（FP ）干涉仪，多束透射光叠加的合振幅p47~49：222202221sin 2411sin sin (1)22N φA A A ρφφρ==+-（ρ是反射率，N 为光束总数） 12、牛顿环p54：r =（j = 0, 1, 2, …）13、半波损失p24：（1）光在介质上反射，且入射角接近90°（掠射）时（2）光从光疏介质表面上垂直反射时第二章 光的衍射1、惠更斯-菲涅尔原理p71：()()d cos()d K θA Q E Ckr ωt S r=- C ：比例常数；K (θ)：倾斜因子；A (Q )：分布函数2、衍射分为两类p72：第一类是菲涅耳衍射（近场衍射）：障碍物到光源和考察点的距离都是有限的，或其中之一是有限的；第二类是夫琅禾费衍射（远场衍射）：障碍物到光源和考察点的距离都可以认为是无限远的。
光学教程(第五版)
第一章 光的干涉
1 . 波长为 500nm 的绿光投射在间距 d 为 0.022cm 的双缝上，在距离 180cm 处的光屏
上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离 .若改用波长为 700nm 的红光投射到此双缝上 , 两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第 2 级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式
f f f , , f 1 r 1m 10 3 mm (3) 光强极大值出现在轴的位置是(即 3 5 7 ) 1 f 1 f 1 f f 2 1 m f 3 1 m f 5 1 m 3 3 5 5 7 7
6. 波长 为 λ 的点 光 源 经 波 带 片 成 一 个 像 点 , 该波 带 片 有 100 个透 明 奇 数 半 波 带 (1,3,5,……)。另外 100 个不透明偶数半波带 .比较用波带片和换上同样焦距和口径的透镜时 该像点的强度比 I:I0.
k kr0
将
r0 400cm, 5 10 -5 cm 代入，得
k 400 5 10 5 k 0.1414 k cm
当 k 为奇数时，P 点为极大值； k 为偶数时，P 点为极小值。 （2）P 点最亮时，小孔的直径为 2 1 2 r0 0.2828cm
y y j 1 y j
r0 d
得 y1
y 2
y 22
r0 180 2 700 10 7 0.573cm d 0.022 r0 j 2 2 2 0.573 1.146cm d
r0 180 500 10 7 0.409cm 1 0.022 d r y 21 j 2 0 1 2 0.409 0.818cm d y j 2 y 22 y 21 1.146 0.818 0.328cm
1 . 波长为 500nm 的绿光投射在间距 d 为 0.022cm 的双缝上，在距离 180cm 处的光屏
上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离 .若改用波长为 700nm 的红光投射到此双缝上 , 两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第 2 级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式
f f f , , f 1 r 1m 10 3 mm (3) 光强极大值出现在轴的位置是(即 3 5 7 ) 1 f 1 f 1 f f 2 1 m f 3 1 m f 5 1 m 3 3 5 5 7 7
6. 波长 为 λ 的点 光 源 经 波 带 片 成 一 个 像 点 , 该波 带 片 有 100 个透 明 奇 数 半 波 带 (1,3,5,……)。另外 100 个不透明偶数半波带 .比较用波带片和换上同样焦距和口径的透镜时 该像点的强度比 I:I0.
k kr0
将
r0 400cm, 5 10 -5 cm 代入，得
k 400 5 10 5 k 0.1414 k cm
当 k 为奇数时，P 点为极大值； k 为偶数时，P 点为极小值。 （2）P 点最亮时，小孔的直径为 2 1 2 r0 0.2828cm
y y j 1 y j
r0 d
得 y1
y 2
y 22
r0 180 2 700 10 7 0.573cm d 0.022 r0 j 2 2 2 0.573 1.146cm d
r0 180 500 10 7 0.409cm 1 0.022 d r y 21 j 2 0 1 2 0.409 0.818cm d y j 2 y 22 y 21 1.146 0.818 0.328cm
光学第五版课后答案
光学第五版课后答案【篇一：第五版有机化学-华北师范大学-李景宁-全册-习题答案】3、指出下列各化合物所含官能团的名称。
(1) ch3ch=chch3答：碳碳双键 (2) ch3ch2cl 答：卤素(氯) (3) ch3chch3答：羟基(4) ch3ch2 c=o 答：羰基 (醛基)ch3cch3(5)o答：羰基 (酮基)(6) ch3ch2cooh 答：羧基 (7)2答：氨基(8) ch3-c≡c-ch3 答：碳碳叁键4、根据电负性数据，用和标明下列键或分子中带部分正电荷和负电荷的原子。
答：6、下列各化合物哪个有偶极矩？画出其方向（1）br2 （2） ch2cl2 （3）hi（4） chcl3（5）ch3oh （6）ch3och3 答：以上化合物中（2）、（3）、（4）、（5）、（6）均有偶极矩（2） h2c（6）h3ccl （3）i（4）cl3 （5）h3cohch37、一种化合物，在燃烧分析中发现含有84%的碳[ar（c）=12.0]和16的氢[ar（h）=1.0]，这个化合物的分子式可能是（1）ch4o（2）c6h14o2 （3）c7h16（4）c6h10 （5）c14h22 答：根据分析结果，化合物中没有氧元素，因而不可能是化合物（1）和（2）；在化合物（3）、（4）、（5）中根据碳、氢的比例计算（计算略）可判断这个化合物的分子式可能是（3）。
习题解答1、用系统命名法命名下列化合物（1）2，5-二甲基-3-乙基己烷（3）3，4，4，6-四甲基辛烷（5）3，3，6，7-四甲基癸烷（6）4-甲基-3，3-二乙基-5-异丙基辛烷2、写出下列化合物的构造式和键线式，并用系统命名法命名之。
（3）仅含有伯氢和仲氢的c5h12答：符合条件的构造式为ch3ch2ch2ch2ch3；键线式为；命名：戊烷。
3、写出下令化合物的构造简式 (2)由一个丁基和一个异丙基组成的烷烃(4) 相对分子质量为100，同时含有伯、叔、季碳原子的烷烃答：该烷烃的分子式为c7h16。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3．波长为 500nm 的单色点光源离光阑 1m，光阑上有一个内外半径分别为 0.5mm 和 1mm 的透光圆环，接收点 P 离光阑 1m，求 P 点的光强 I 与没有光阑时的光强度 I0 之比。 解：根据题意
R 1m r0 1m R hk1 0.5mm R hk 2 1mm 500nm
2．在杨氏实验装置中,光源波长为 640nm ,两狭缝间距为 0.4mm ,光屏离狭缝的距离为
50cm .试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离； （2）若 p 点离中央亮条纹为 0.1mm ，问两束光在 p 点的相位差是多少？（3）求 p 点的光强度和中央点的强度之比.
r0 50 6.4 10 5 8.0 10 2 cm d = 0 .4 （2）由课本第 20 页图 1-2 的几何关系可知 r r d sin d tan d y 0.04 0.01 0.8 105 cm 2 1 r0 50 2 2 (r2 r1 ) 0.8 10 5 5 6.4 10 4
K 3 3, r2 至 r3 不透光; K 4 4, r3 至 r4 透光; K 5 5, r4 至无穷大不透光.
r1 : r2 : r3 : rr 1 : 2 : 3 : 4
R0 单色平行光 500nm
(1)
f r0 103 mm 1m 1000mm r 0 1 第一条最亮的像点在 的轴上,即
有光阑时，由公式
k
Rh2 ( R r0 ) Rh2 r0 R
1 1 r R 0 1 1 4 1000 1000
2 2 0.5 2 1 Rhk 1 1 1 Rhk 1 12 1 2 1 1 k 得 6 2 6 r0 R 500 10 1000 1000 r0 R 500 10 1 1 1 1 1 a p a1 a3 a1 a 2 a 2 a 3 a1 按圆孔里面套一个小圆屏幕 2 2 2 2 2
2
I1 2 I 2
A 2A
2 1
2 2
A1 2 A2
2 2 0.9427 0.94 1 2
5. 波长为 700nm 的光源与菲涅耳双镜的相交棱之间距离为 20cm， 棱到光屏间的距离L 为 180cm,若所得干涉条纹中相邻亮条纹的间隔为 1mm，求双镜平面之间的夹角θ0
将
r0 400cm, 5 10 -5 cm 代入，得
k 400 5 10 5 k 0.1414 k cm
当 k 为奇数时，P 点为极大值； k 为偶数时，P 点为极小值。 （2）P 点最亮时，小孔的直径为 2 1 2 r0 0.2828cm
解： （ 1）由公式
y
r0 d
得 y
(3) 由公式
2 I A12 A2 2 A1 A2 cos 4 A12 cos 2
2 得
Ip
1 cos 2 1 cos 2 2 2 4 cos 4 2 2 0.8536 2 2 0 I 0 A0 8 cos 0 2 4 4 A12 cos 2 2
P2 P1 P0
题 1.6 图
y
解： （ 1）干涉条纹间距 （2）产生干涉区域
r0 1500 500 10 6 0.1875mm d 4
P 1P 2 由图中几何关系得：设 p2 点为 y 2 位置、 P 1 点位置为 y1
1 d 1 1 2 y y2 y1 y r r tan r r 2 0 2 0 则干涉区域 1 2 2 r0 r 2 d r0 r 2(1500 400) 3800 3.455mm 2 r0 r 1500 400 1100 1 d 1 1 d (r0 r ) y1 (r0 r ) tan 1 (r0 r ) 2 1 2 2 (r0 r ) 2 (r0 r ) 2 2(1500 400) 1.16mm 1500 400
k1
没有光阑时
a0
a1 2
所以
a1 I ap 4 a /2 I 0 a0 1
2
2
4．波长为 632.8nm 的平行光射向直径为 2.76mm 的圆孔，与孔相距 1m 处放一屏。试问： （1）屏上正对圆孔中心的 P 点是亮点还是暗点？（2）要使 P 点变成与（1）相反的情况， 至少要把屏幕分别向前或向后移动多少？ 解： （ 1） P 点的亮暗取决于圆孔中包含的波代数是奇数还是偶数.当平行光如射时,
2 Ap
4 A12 cos 2
3 . 把折射率为 1.5 的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第 5 级亮条纹所
在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为 6×10-7m.
r S S 可知为 Δr = r2 r1 5 2 5 解：未加玻璃片时， 1 、 2 到 P 点的光程差，由公式 2 2 S 现在 1 发出的光束途中插入玻璃片时， P 点的光程差为 r2 r1 h nh 2 2 0 0 所以玻璃片的厚度为 h r2 r1 5 10 6 10 4 cm n 1 0.5
4. 波长为 500nm 的单色平行光射在间距为 0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量 为另一个的 2 倍,在离狭缝 50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度.
y
解：
r0 500 500 10 6 1.25 0.2 d mm
V 2 A1 / A2 1 A1 / A2
解：
(r L) (200 1800) 700 10 6 35 104 2r y 2 200 1 弧度 12
到劳 6. 在题 1.6 图所示的劳埃德镜实验中,光源 S 到观察屏的距离为 1.5m， 埃德镜面的垂直距离为 2mm。劳埃德镜长 40cm，置于光源和屏之间的中央.(1) 若光波波长λ=500nm,问条纹间距是多少?(2)确定屏上可以看见条纹的区域大 小,此区域内共有几条条纹?(提示:：产生干涉的区域 P1P2 可由图中的几何关系 求得.)
第一章 光的干涉
1 . 波长为 500nm 的绿光投射在间距 d 为 0.022cm 的双缝上，在距离 180cm 处的光屏
上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离 .若改用波长为 700nm 的红光投射到此双缝上 , 两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第 2 级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式
而
r k r0 k
将上式两边平方，得 略去 k 项，则
2 2
k 2 k 2 2 2 2 2 k r0 r0 kr0 4 rk r0
将
2
k2 r02 r0
k 2
k kr0
k 1, r0 100cm, 4500 10 -8 cm 带入上式，得 0.067 cm
r r0 r 100cm - 75cm 25cm
当 P 点向后移离圆孔时,波带数减少,减少为 2 时, P 点也变成暗点。 与此对应的 P 到圆孔的距离为
2 1.38 2 r0 mm 1500mm k 2 632 8 10 6 .
则 P 点移动的距离为
y y2 y1 3.46 1.16 2.30mm
y N 暗 y =12
第二章 光的衍射
1. 单色平面光照射到一小圆孔上，将其波面分成半波带。求第к个带的半径。若极点到 观察点的距离 r0 为 1m，单色光波长为 450nm，求此时第一半波带的半径。
r 2 k2 r02 解： k
2. 平行单色光从左向右垂直射到一个有圆形小孔的屏上，设此孔可以像照相机光圈那样 改变大小。问： （1）小孔半径满足什么条件时，才能使得此小孔右侧轴线上距小空孔中心 4m 的 P 点的光强分别得到极大值和极小值； （2）P 点最亮时，小孔直径应为多大？设此时的 波长为 500nm。 解： （ 1）根据上题结论
f f f , , f 1 r 1m 10 3 mm (3) 光强极大值出现在轴的位置是(即 3 5 7 ) 1 f 1 f 1 f f 2 1 m f 3 1 m f 5 1 m 3 3 5 5 7 7
6. 波长 为 λ 的点 光 源 经 波 带 片 成 一 个 像 点 , 该波 带 片 有 100 个透 明 奇 数 半 波 带 (1,3,5,……)。另外 100 个不透明偶数半波带 .比较用波带片和换上同样焦距和口径的透镜时 该像点的强度比 I:I0.
2 Rh r2 r1 r0 k 103 1 500 10 6 0.5 0.707 1 k 1 2 2 2 I 4a 2 16 I 0 (2) 像点的光强: I P AP ( a 2 a 4 ) 4a 所以 p
f r0
r r0 r0 150cm - 100cm 50cm
５.一波带片由五个半波带组成.第一波带片为半径 r1 的不透明圆盘,第二半波带是半径 r1 至 r2 的透明圆环,第三半波带是 r2 至 r3 的不透明圆环,第四半波带是 r3 至 r4 的透明圆环,第五 半波带是 r4 至无穷大的不透明区域,已知 r1:r2：r3:r4=1: 2 : 3 : 4 ,用波长 500nm 的平行单色 光照明,最亮的像点在距波带片 1m 的轴上.试求:(1) r1; (2) 像点的光强 ; (3) 光强极大值出现 在轴上哪些位置上. 解 ： 因 为 5 个 半 波 带 组 成 的 半 波 带 片 上 , K1 1, r1 不 透 光 ; K 2 2, r1至r2 透 光;