几何光学简介

马吕斯发现光在两种介质界面上反射时的偏振 现象。 菲涅耳认识到光波是一种横波，确立了两种不 同偏振态的光波在界面上的折射、反射公式。
法拉第发现了光的振动面在强磁场中的旋转， 揭示了光学现象和电磁现象的内在联系。 麦克斯韦方程组预言了电磁波，推出电磁波在 真空中的传播速度与光波一致。
二、光的全反射
全反射：一束光从光密介质进入光疏介 质，当入射角大于某临界角时，光将全部 反射回来。
牛顿的微粒说是在什么指导思想下提出来的？ 基于光的直线传播和他的自然哲学思想。牛 顿在研究力学时，他的基本对象是“质点”，研 究化学时，他相信“原子说”；加上微粒说简单 、直观、方便应用（在几何光学中）。所以站在
自然哲学高度，牛顿认为光也是一种粒子，使物
质世界有统一性，也是很自然的。
在用微粒说解释光的折射时，他又用了机械
论观点。他假定速度为光速的微粒进入介质时，
在垂直界面方向受到一个吸引力，获得一个垂直
界面的附加速度，此附加速度与原来的速度相加 的结果，合速度的方向向界面的法线靠拢，发生 了折射。但是造成了合速度的大小将大于空气中 的光速c。 可见测量光在介质中的速度大小将是微粒说 正确与否的“试金石”。可惜当时没有实验能对 此进行判断。
为什么光的微粒说能统治一百多年？
一方面，当时没有实验能测量介质中的光速，判 断微粒说是否正确，相反波动说还存在不少缺陷。 另一方面，牛顿在力学领域的卓越成就和牛顿哲学 思想在社会上的影响，使得微粒说在一百多年内占 统治地位。 值得指出，在这个时期内牛顿也承认对某些光 的光现象（如干涉）纯粹用微粒说无法解释。尤其 在他认识到了光的周期性后，促使他将微粒说与以 太振动的思想结合起来，对干涉条纹作出自己的解 释。
牛顿的色散实验为光谱学的研究和发展开 辟了道路，被美国《物理学世界》评为历史上 “最美丽的十大物理实验”之一。
牛顿发明反射望远镜
牛顿的微粒说
牛顿认为：光是发光体所射出的一群微小粒子，
它们一个接着一个地迅速发射出来，以直线进行，人
们感觉不到相继两个粒子之间的时间间隔。 解释光的反射
微粒说
无法解释干涉，还出现合速度大于真 空光速c 的情况
几何光学简介
人类对光学的研究早在两三千年前就初见端倪 《墨经》中的光学
在《墨经》中记载了丰富的几何光学知识。墨
子在当时就已知道光是沿直线传播的。墨子和他的
学生做了世界上最早的“小孔成像”实验，并对实
验结果做出了精辟的见解。 比《墨经》大约迟一百年，在 希腊数学家欧几里德所著的<<光学 >>中才开始研究平面成像问题。
(1) 光的直线传播定律
光在均匀介质中沿直线传播。
(2) 光的独立传播定律
光在传播过程中与其他光束相遇时，各光
束都各自独立传播，不改变其性质和传播方向
(3) 光的折射和反射定律 2 光路可逆原理
反射定律 ：
反射角＝入射角 θi=θt
折射定律：光从疏介质入射 密介质，折射角小于入射角。
n1 sin i n 2 sin r
光的波动说
惠更斯的波动说
惠更斯在笛卡儿、胡克等人 的基础上提出了光是振动传播的 假说。他认为“光是发光体中微 小粒子的振动在弥漫于宇宙空间 的完全弹性的介质（以太）中的 传播过程。”他称这种波为以太 波。
惠更斯
杨氏最先用干涉原理解释了白光照射下薄膜颜 色的由来，并用双缝显示了光的干涉现象。 惠更斯 — 菲涅耳原理
色散：波速随波长而改变 的性质称为色散。
在岸边看到落水的人，如何用最
短的时间去救他。
选择1绕远必然被放弃，
选择2是最短路线，但我们却 选择3，因为在陆地上速度更 费马，法国数学家物理学 快，这就是费马原理：光所选 家，解析几何学创始人之一。 择的路径是最节省时间的路径。 得到确定光在介质中传播所 光从空间的一点到另一点是沿 走的路径和光程极值原理。 光程为最短的路径传播的。
( n1 n 2 )
n2 i c arcsin n1
应用举例：光纤
光 纤 光纤照片
会传像的光纤
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分 光 试 验
牛 顿 环
早在剑桥大学高年级时，牛顿通过三棱镜实验研究太阳 光的色散现象，认识到不同颜色（波长）的光有不同的折射
率。牛顿通过日光分光实验，发现白光是由红、橙、黄、绿、 蓝、靛和紫七色光组成，这种分解出来的单色光再通过第二 个棱镜时没有增加任何新的成分，而将第一次分解的光也可 以再用另一个棱镜合成白光。
17世纪以来由于天文学研究的需要，光学得到了 较快的发展。在近代科学史上，第一个对光现象进行 系统研究的是开普勒，他首先提出了光度学定理。还 研究了光的折射现象和透镜成像问题。17世纪初，荷 兰数学家斯涅尔(1580——1628)发现了光的反射和折 射定律。
开 普 勒
斯 涅 耳
一、光的传播规律
1 三条实验定律