大学物理光学PPT4
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大学物理ppt课件完整版
03
计算机模拟和仿真
利用计算机进行数值模拟和仿真 实验，验证理论预测和实验结果 。
2024/1/25
5
物理学的发展历史
01
02
03
古代物理学
以自然哲学为主要形式， 探讨自然现象的本质和规 律，如古希腊的自然哲学 。
2024/1/25
经典物理学
以牛顿力学、电磁学等为 代表，建立了完整的经典 物理理论体系。
固体的电子论
介绍了能带理论、金属电子论、半导体电子 论等。
30
核物理和粒子物理基础
原子核的基本性质
包括核力、核子、同位素等基本概念。
放射性衰变
阐述了α衰变、β衰变、γ衰变等放射性衰变过程及 其规律。
粒子物理简介
介绍了基本粒子、相互作用、粒子加速器等基本 概念。
2024/1/25
31
THANKS
感谢观看
19
恒定电流的电场和磁场
恒定电流：电流大小和方 向均不随时间变化的电流 。
2024/1/25
毕奥-萨伐尔定律：计算 电流元在空间任一点产生 的磁场。
奥斯特-马可尼定律：描 述电流产生磁场的规律。
磁场的高斯定理和安培环 路定理：揭示磁场的基本 性质。
20
电磁感应
法拉第电磁感应定律
描述变化的磁场产生感应电动势的规律。
01
又称惯性定律，表明物体在不受外力作用时，将保持静止状态
或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律
02
又称动量定律，表明物体加速度与作用力成正比，与物体质量
成反比。
牛顿第三定律
03
又称作用与反作用定律，表明两个物体间的作用力和反作用力
总是大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
大学物理PPT完整全套教学课件pptx(2024)
2
匀速圆周运动的实例分析
3
2024/1/29
13
圆周运动
2024/1/29
01
变速圆周运动
02
变速圆周运动的特点和性质
03
变速圆周运动的实例分析
14
相对运动
2024/1/29
01 02 03
参考系与坐标系 参考系的选择和建立 坐标系的种类和应用
15
相对运动
2024/1/29
相对速度与牵连速度 相对速度的定义和计算
2024/1/29
简谐振动的动力学特征
分析简谐振动的动力学特征，包括回复力、加速度 、速度、位移等物理量的变化规律。
简谐振动的能量特征
讨论简谐振动的能量特征，包括动能、势能 、总能量等的变化规律，以及能量转换的过 程。
32
振动的合成与分解
2024/1/29
同方向同频率简谐振动的合成
分析两个同方向同频率简谐振动的合成规律，介绍合振动振幅、合 振动相位等概念。
5
大学物理的研究方法
03
观察和实验
建立理想模型
数学方法
物理学是一门以实验为基础的自然科学， 观察和实验是物理学的基本研究方法，通 过实验可以验证物理假说和理论，发现新 的物理现象和规律。
理想模型是物理学中经常采用的一种研究 方法，它忽略了次要因素，突出了主要因 素，使物理问题得到简化。
数学是物理学的重要工具，通过数学方法 可以精确地描述物理现象和规律，推导物 理公式和定理。
2024/1/29
适用范围
适用于一切自然现象，包括力学、热学、电磁学 、光学等各个领域。
应用举例
热力学第一定律、机械能守恒定律、爱因斯坦的 质能方程等。
匀速圆周运动的实例分析
3
2024/1/29
13
圆周运动
2024/1/29
01
变速圆周运动
02
变速圆周运动的特点和性质
03
变速圆周运动的实例分析
14
相对运动
2024/1/29
01 02 03
参考系与坐标系 参考系的选择和建立 坐标系的种类和应用
15
相对运动
2024/1/29
相对速度与牵连速度 相对速度的定义和计算
2024/1/29
简谐振动的动力学特征
分析简谐振动的动力学特征，包括回复力、加速度 、速度、位移等物理量的变化规律。
简谐振动的能量特征
讨论简谐振动的能量特征，包括动能、势能 、总能量等的变化规律，以及能量转换的过 程。
32
振动的合成与分解
2024/1/29
同方向同频率简谐振动的合成
分析两个同方向同频率简谐振动的合成规律，介绍合振动振幅、合 振动相位等概念。
5
大学物理的研究方法
03
观察和实验
建立理想模型
数学方法
物理学是一门以实验为基础的自然科学， 观察和实验是物理学的基本研究方法，通 过实验可以验证物理假说和理论，发现新 的物理现象和规律。
理想模型是物理学中经常采用的一种研究 方法，它忽略了次要因素，突出了主要因 素，使物理问题得到简化。
数学是物理学的重要工具，通过数学方法 可以精确地描述物理现象和规律，推导物 理公式和定理。
2024/1/29
适用范围
适用于一切自然现象，包括力学、热学、电磁学 、光学等各个领域。
应用举例
热力学第一定律、机械能守恒定律、爱因斯坦的 质能方程等。
(大学物理ppt)光的衍射
ax 1 k 3 f 2
0
Δx
(b)当k=3时，光程差 a sin ( 2k 1 ) 7 2 2 狭缝处波阵面可分成7个半波带。
I / I0
相对光强曲线
1
明纹宽度 中央明条纹的角宽 为中央两侧第一暗条 纹之间的区域:
0.017 0.047 0 0.047
0.017
sin
-2(/a) -(/a)
/a
2(/a)
由a sin k
令k=1 半角宽
a
a
衍射屏 透镜
λ
观测屏 x2 x1 Δx Δx
Huygens-Fresnel’s principle
（1） 惠更斯原理：在波的传播过程中，波阵面（波面）（相位 相同的点构成的面）上的每一点都可看作是发射子波（次波）的 波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就成为新的波阵面。
t 时刻波面
· · · · ·
t+t时刻波面
波传播方向
t + t
· ·· · · · · t · · · ·· · ·
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 圆孔衍射
菲涅尔圆孔衍射
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 各种孔径的夫琅禾费衍射图样 正三 边形 孔 正四 边形 孔
正六 边形 孔
正八 边形 孔
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 圆屏衍射 R S 直边衍射 rk
P
菲涅尔圆屏衍射
直边衍射
2、惠更斯—菲涅耳原理
第 4 章 光的衍射
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理
二、单缝的夫琅禾费衍射
三、光学仪器的分辨本领
四、光栅衍射
五、光栅光谱
六、X 射线衍射
0
Δx
(b)当k=3时，光程差 a sin ( 2k 1 ) 7 2 2 狭缝处波阵面可分成7个半波带。
I / I0
相对光强曲线
1
明纹宽度 中央明条纹的角宽 为中央两侧第一暗条 纹之间的区域:
0.017 0.047 0 0.047
0.017
sin
-2(/a) -(/a)
/a
2(/a)
由a sin k
令k=1 半角宽
a
a
衍射屏 透镜
λ
观测屏 x2 x1 Δx Δx
Huygens-Fresnel’s principle
（1） 惠更斯原理：在波的传播过程中，波阵面（波面）（相位 相同的点构成的面）上的每一点都可看作是发射子波（次波）的 波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就成为新的波阵面。
t 时刻波面
· · · · ·
t+t时刻波面
波传播方向
t + t
· ·· · · · · t · · · ·· · ·
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 圆孔衍射
菲涅尔圆孔衍射
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 各种孔径的夫琅禾费衍射图样 正三 边形 孔 正四 边形 孔
正六 边形 孔
正八 边形 孔
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理 圆屏衍射 R S 直边衍射 rk
P
菲涅尔圆屏衍射
直边衍射
2、惠更斯—菲涅耳原理
第 4 章 光的衍射
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理
二、单缝的夫琅禾费衍射
三、光学仪器的分辨本领
四、光栅衍射
五、光栅光谱
六、X 射线衍射
2024版年度《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
物理光学讲课课件
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
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
《大学物理课程PPT课件》
大学物理课程
欢迎来到大学物理课程的世界！我们将带您探索电学基础与电场力学、磁场 力学、光学基础与介质光学等主题，精心设计以确保让您轻松理解并享受物 理的乐趣。
1. 电学基础与电场力学
1
基本概念
学习电荷、电场和电力线的概念，了解库仑定律和电场强度的计算方法。
2
电场模型
研究静电力场、电场线的性质以及电势的概念和计算方法。
5. 物理学常数与单位
1 自然常数
2 SI单位
3 重要常数
介绍普朗克常数、光速 等自然常数的意义和应 用。
了解国际单位制（SI） 的基本单位，并探索物 理量的衍生单位。
研究一些重要的物理学 常数，如万有引力常数 和电子电荷。
6. 运动学与牛顿定律
运动的描述
学习将运动描述为位置、 速度和加速度的函数。
刚体的旋转运动
研究刚体的转动、力矩和角动 量等概念。
刚体的平衡
了解刚体平衡条件和杆平衡的 问题。
动力学
探索作用力与加速度、动量定 理和动量守恒的应用。
3
电介质Leabharlann 了解电介质的性质，如极化和电介质的电容性能。
2. 磁场力学
磁场的产生
研究电流的产生磁场和磁 场对电荷的作用力。
洛伦兹力
了解磁场对运动带电粒子 的作用力和洛伦兹力的计 算。
安培环路定理
学习安培环路定理以及通 过它计算磁场强度。
3. 光学基础与介质光学
光的反射
研究光线的反射、反射定律以 及镜面反射的特性。
牛顿定律
了解牛顿三定律，探索引 力、摩擦力和惯性的影响。
物体的运动
研究物体的加速度、力和 质量之间的关系以及运动 图表的分析。
7. 动量、能量和功
欢迎来到大学物理课程的世界！我们将带您探索电学基础与电场力学、磁场 力学、光学基础与介质光学等主题，精心设计以确保让您轻松理解并享受物 理的乐趣。
1. 电学基础与电场力学
1
基本概念
学习电荷、电场和电力线的概念，了解库仑定律和电场强度的计算方法。
2
电场模型
研究静电力场、电场线的性质以及电势的概念和计算方法。
5. 物理学常数与单位
1 自然常数
2 SI单位
3 重要常数
介绍普朗克常数、光速 等自然常数的意义和应 用。
了解国际单位制（SI） 的基本单位，并探索物 理量的衍生单位。
研究一些重要的物理学 常数，如万有引力常数 和电子电荷。
6. 运动学与牛顿定律
运动的描述
学习将运动描述为位置、 速度和加速度的函数。
刚体的旋转运动
研究刚体的转动、力矩和角动 量等概念。
刚体的平衡
了解刚体平衡条件和杆平衡的 问题。
动力学
探索作用力与加速度、动量定 理和动量守恒的应用。
3
电介质Leabharlann 了解电介质的性质，如极化和电介质的电容性能。
2. 磁场力学
磁场的产生
研究电流的产生磁场和磁 场对电荷的作用力。
洛伦兹力
了解磁场对运动带电粒子 的作用力和洛伦兹力的计 算。
安培环路定理
学习安培环路定理以及通 过它计算磁场强度。
3. 光学基础与介质光学
光的反射
研究光线的反射、反射定律以 及镜面反射的特性。
牛顿定律
了解牛顿三定律，探索引 力、摩擦力和惯性的影响。
物体的运动
研究物体的加速度、力和 质量之间的关系以及运动 图表的分析。
7. 动量、能量和功
《大学物理学》PPT课件
课程内容包括力学、热学、电磁学、光学和近 代物理等基础知识，涉及物质的基本性质、相 互作用和运动规律等方面。
大学物理学不仅是后续专业课程的基础，也是 培养学生科学素质、创新思维和实践能力的重 要途径。
学习目标与要求
01 掌握物理学基本概念、原理和定律，理解 物理现象的本质和规律。
02
能够运用物理学知识分析和解决实际问题 ，具备实验设计和数据处理的能力。
角动量守恒定律
在不受外力矩作用的封闭系统中，系统的总角动量保 持不变。
能量守恒定律
在封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种 形式转化为另一种形式。
03
热学基础与热力学定律
温度与热量概念
01
温度定义
温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧
烈程度。
02
热量概念
热量是指当系统状态的改变来源于热学平衡条件的破坏，也即来源于系
05
光学原理与现象解析
几何光学基础
光的直线传播
光在同种均匀介质中沿直线传 播，形成影子、日食、月食等
现象。
光的反射
光在两种物质分界面上改变传 播方向又返回原来物质中的现 象，遵循反射定律。
光的折射
光从一种透明介质斜射入另一 种透明介质时，传播方向发生 改变的现象，遵循折射定律。
透镜成像
凸透镜和凹透镜对光线的作用 及成像规律，包括放大、缩小
库仑定律与电场强度
阐述库仑定律的内容，电场强度的定义及计算 。
电势与电势能
解释电势的概念，电势差的计算，电势能的定义及性质。
稳恒电流与电路分析
1 2
电流与电阻
介绍电流的形成，电阻的定义及影响因素。
欧姆定律与焦耳定律
大学物理学不仅是后续专业课程的基础，也是 培养学生科学素质、创新思维和实践能力的重 要途径。
学习目标与要求
01 掌握物理学基本概念、原理和定律，理解 物理现象的本质和规律。
02
能够运用物理学知识分析和解决实际问题 ，具备实验设计和数据处理的能力。
角动量守恒定律
在不受外力矩作用的封闭系统中，系统的总角动量保 持不变。
能量守恒定律
在封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种 形式转化为另一种形式。
03
热学基础与热力学定律
温度与热量概念
01
温度定义
温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧
烈程度。
02
热量概念
热量是指当系统状态的改变来源于热学平衡条件的破坏，也即来源于系
05
光学原理与现象解析
几何光学基础
光的直线传播
光在同种均匀介质中沿直线传 播，形成影子、日食、月食等
现象。
光的反射
光在两种物质分界面上改变传 播方向又返回原来物质中的现 象，遵循反射定律。
光的折射
光从一种透明介质斜射入另一 种透明介质时，传播方向发生 改变的现象，遵循折射定律。
透镜成像
凸透镜和凹透镜对光线的作用 及成像规律，包括放大、缩小
库仑定律与电场强度
阐述库仑定律的内容，电场强度的定义及计算 。
电势与电势能
解释电势的概念，电势差的计算，电势能的定义及性质。
稳恒电流与电路分析
1 2
电流与电阻
介绍电流的形成，电阻的定义及影响因素。
欧姆定律与焦耳定律
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
物理光学简明教程PPT
前者认为光是具有有限速度的粒子流，后者认为光是在“以 太”（一种假想的弹性媒质）中传播的波。
由于当时牛顿在物理学界享有至高无尚的权威，人们普遍地 接受光的微粒说。
三、波动光学发展历史
到了19世纪前半叶，一连串的实验事实和根据波动说对 这些实验的成功解释，才使人们完全地抛弃微粒说，确
信光的波动说。 这些实验主要是：杨氏和菲涅耳等人的干涉实验、衍射
3.曲林杰等《物理光学》，北京：国防工业出版社，1980 4.叶玉堂 《光学教程》，北京：清华大学出版社
5.章志鸣等，《光学》, 北京： 高等教育出版社，2009 6.M.玻恩，E.沃耳夫《光学原理》（第七版）, 杨葭荪译 北京：
电子工业出版社, 2009 7.A.加塔克，光学，梁铨廷等译，机械工业出版社，1984
中 国 光 学 薄 膜 在 线 中国光学光电子行业网
中国光学期刊网
国外 光学快报 /EJ（期刊中心） / / （MIT光物理实验室） /Optics/publications/ （ 英 国 University of Glasgow） http://mapageweb.umontreal.ca/hamamh/teach.htm ( 光 、 电信 号处理英文教程) /cm/new/viewleot.htm（激光，光电英文教程） /photonicslab/Resources/tutor ial/Alignment/alignment_tutorial.htm（在线教程） /index.html（在线教程） /library.html /（光子工业资源）
这种状态的改变一直延续到 19 世纪60年代，其时， 麦克斯韦在总结前人在电磁学方面的研究成果的基 础上，建立起一套完整的电磁场理论。他预言了电 磁波的存在，并指出光是一种波长很短的电磁波。
由于当时牛顿在物理学界享有至高无尚的权威，人们普遍地 接受光的微粒说。
三、波动光学发展历史
到了19世纪前半叶，一连串的实验事实和根据波动说对 这些实验的成功解释，才使人们完全地抛弃微粒说，确
信光的波动说。 这些实验主要是：杨氏和菲涅耳等人的干涉实验、衍射
3.曲林杰等《物理光学》，北京：国防工业出版社，1980 4.叶玉堂 《光学教程》，北京：清华大学出版社
5.章志鸣等，《光学》, 北京： 高等教育出版社，2009 6.M.玻恩，E.沃耳夫《光学原理》（第七版）, 杨葭荪译 北京：
电子工业出版社, 2009 7.A.加塔克，光学，梁铨廷等译，机械工业出版社，1984
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这种状态的改变一直延续到 19 世纪60年代，其时， 麦克斯韦在总结前人在电磁学方面的研究成果的基 础上，建立起一套完整的电磁场理论。他预言了电 磁波的存在，并指出光是一种波长很短的电磁波。
光的衍射
( f---焦距 ) 焦距
由此可见：中央明纹的宽度正比于波长λ，反比于缝宽a 由此可见：中央明纹的宽度正比于波长λ 反比于缝宽a 级暗纹对应的衍射角) •中央明条纹的半角宽 θ1(1级暗纹对应的衍射角) 中央明条纹的半角宽 (1级暗纹对应的衍射角 中央明条纹的
a sin θ 1 = λ
•中央明纹角宽度 中央明纹角宽度
大学 物理学
•当θ 再↑ ，δ =3λ/2时，可将缝分成三个“半波带”， 当 /2时 可将缝分成三个“半波带” B a A
θ
B a
θ
λ/ 2
A
λ/ 2
其中两个相邻的半波带发的光在 P 点处干涉 相消，剩一个“半波带” 点处合成， 相消，剩一个“半波带”发的光在 P 点处合成，P 处即为中央亮纹旁边的那条亮纹的中心。 点 处即为中央亮纹旁边的那条亮纹的中心。 • 当δ = 2λ 时，可将缝分成四个“半波带”，它 可将缝分成四个“半波带” 们发的光在 P 处两两相消，又形成暗纹…… 处两两相消，又形成暗纹
(2) 条纹宽度
相邻两级暗纹间的距离
•中央明纹宽度∆x0 中央明纹宽度 中央明纹宽度 两个一级暗纹间的距离 的两暗纹间） （ k =1 的两暗纹间） 由第一暗纹距中心的距离 λ x1 = θf = f
a
观测屏 x2 衍射屏透镜 ∆θ x1
λ
θ1
Δx Δ x0
0
∆θ0
I
f
∆x0 = 2λ ⋅ f / a
大学 物理学
R
A
A 1
A 2
θ L
C
λ/2
P
Q
BC = a sin θ λ
= ±k 2
个半波带） （ k 个半波带）
o
西安电子科技大学-物理光学与应用光学-ppt-01-图文
(1.1-8) (1.1-9)
(1.1-10)
(1.1-11)
1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程
对(1.1-10)式两边取旋度，并将(1.1-11)式代入，可得
利用矢量微分恒等式
对于各向同性均匀介质并考虑到 (1.1-8)式，可得 (1.1-12a)
同理得
(1.1-12b)
1.1.1 光电磁波及Maxwell电磁方程
f2(r+vt) — 向原点(点光源)传播的会聚球面光波。 可以看出：球面光波的振幅与球面的曲率半径 r成反比。
单色球面光波的波函数
复数形式为
1.1.2 几种特殊形式的光波
3. 柱面光波
一个各向同性的无线长线光源，向外发射柱面光波，等 相位面是以线光源为中心轴、随距离的增大而逐渐展开的同 轴圆柱面。
称频谱。
1.1.3 光波场的时域频率谱
因此可理解为：一个随时间变化的光波场振动E(t)，可以
视为许多单频成分简谐振荡的叠加，各成分的振幅为E()，
一般情况下，由上式计算出来的E()为复数，它就是
频率分量的复振幅， 可表示为：
式中，|E()|为模，()为辐角。因而，|E()|2就表征了 频率 分量的功率，称|E()|2为光波场的功率谱。可见，一个时域
圆柱坐标系中波动方程
单色柱面光波
(1.1-19)
1.1.2 几种特殊形式的光波
4. 高斯光束
概念： 研究表明，从稳定球面腔和共焦腔中所发出的激光束是
高斯激光束。这种高斯激光束最显著的特征就在于，它的外 轮廓是圆形双曲面（即旋转双曲面）或者椭圆形双曲面。
特点：
·等相面曲率半径在正无限大和负无限大之间连续变化；
(1.1-1) (1.1-2) (1.1-3) (1.1-4)
北京理工大学光学工程专业物理光学课件与习题答案
a0 a0 2
4
rect
b0
a
f , f
a0b0exp
j 0
2
sinc
a0 x
2 f
cos
a0x 2 f
0
2
sinc
b0
y f
E x,
y
a0b0
j f
exp
j
f
x2 y2 2f
0
2
sinc
a0
2
x f
cos
a0x 2 f
④ 对于夫琅和费衍射： E (P) (x, y)， E (P) E (P) (x, y) (x, y) (当x y 0) E (P) E (P)(当x and (or) y 0)
或
(x, y) (x y 0)
L L (x, y)(x y 0以外的一切点)
⑤ 菲涅耳衍射：公式 E (P) E (P) E (P) 仍然成立，但
3．直边夫琅和费衍射
A step
E x, y
1
j f
exp jk
f
x2 2f
y2
f j2
x
1 2
x
f
y
f
1
L
x,
y
4
2
x
2
（当x, y 0)
x, y 当x=y=0
4．位相物体的夫琅和费衍射
A
,
rect
a0 a0 2
4
exp
j0
rect
Hole
Diffraction
pattern pattern
Square holes
Round holes
Moon coronas are due to diffraction.
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哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
三 光学仪器的分辨本领 （两光点刚好能分辨）
光学仪器的通光孔径 D
s1 *
s 2*
f
d 2 1.22
f
D
d 2
d 2 1.22
f
D
最小分辨角 1.22
D
光学仪器分辨率 R 1 D D, 1
1.22
哈ห้องสมุดไป่ตู้滨工程大学理学院
符号表示
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
偏振光（线偏振光）
第1第章6质篇点光力学学
光振动只沿某一固定方向的光 .
E v
振动面
符号表示
部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方 向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .
符号表示
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm， 而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问
（1）人眼的最小分辨角有多大？
（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则 两物点间距为多大时才能被分辨？
解（1）
1.22
D
1.22 5.510 7 m 310 3 m
2.2104 rad
第1节 光的偏振现象及马吕斯定律
一 . 自然光 偏振光 自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方
向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴
对称）这样的光叫自然光 .
自然光以两互相垂直的互 为独立的 （无确定的相位关 系）振幅相等的光振动表示 , 并各具有一半的振动能量 .
v
E
注意
二互相垂直方向是任选的 . 各光矢量间无固定的相位关系 .
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
第4节 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领
一 圆孔衍射
HP
L
艾 里 斑
d
L
D
哈尔滨工程大学理学院
P
d
f
d ：艾里斑直径
d 2 1.22
f
D
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
二 瑞利判据
第1第章6质篇点光力学学
0.8I0
对于两个强度相等的不相干的点光源（物点）， 一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源 衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或 物点）恰为这一光学仪器所分辨.
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分
辨角 0.1"，在大气层
外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿个 星系 .
哈尔滨工程大学理学院
第1第章6质篇点光力学学
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽
度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直
径为2.33m .
解（1）
1
c
3108 m/s 220 109 Hz
1.36 10 3 m
1
2.44
1
D1
2.44
1.36103 m 55102 m
0.00603rad
（2） 2
2.44
2
D2
2.441.57102 m 2.33m
dA B
C
布拉格公式
2d sin k
k 1,2,
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
布拉格公式 2d sin k k 1,2,
用途 测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原 子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如 对大分子 DNA 晶体的成千张的X射线衍射照片的分析， 显示出DNA分子的双螺旋结构.
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
1913年英国布拉格父子提出了一种解释Ｘ射线
衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物
理学诺贝尔奖．
布拉格反射
入射波
散射波
o
晶格常数 d 掠射角
AC CB
2d sin
相邻两个晶面反射的 两X射线干涉加强的条件
E E0 cos
I I0
E2 E02
马吕斯定律 强度为 I0 的偏振
光通过检偏振器后, 出射光的强度为
I I0 cos2
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例1 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检
偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为 30时 , 一束单色
自的然夹光角穿 为过60它时们,,另出一射束光单强色为自I1然; 光当穿它过们它偏们振化, 出方射向光间
DNA 晶体的X衍射照片
哈尔滨工程大学理学院
DNA 分子的双螺旋结构
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
第5章 光的偏振
光的波动性
光的干涉、衍射 .
光波是横波
光的偏振 .
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
起 偏
I0
哈尔滨工程大学理学院
起偏器
1 2 I0 偏振化方向
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
检 偏
起偏器
第1第章6质篇点光力学学
检偏器
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
三 . 马吕斯定律（1880 年）
N
I0
第1第章6质篇点光力学学
M EI
起偏器
E0
检偏器
N
M
E
E0
哈尔滨工程大学理学院
（2） d l 25cm 2.2104
0.0055cm 0.055mm
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例2 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，
这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击. （1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，
发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；
二 . 偏振片 起偏与检偏
第1第章6质篇点光力学学
二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振 动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质 称二向色性 .
偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 .
偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，
它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振 片的偏振化方向 .常用“↕”表示.
0.0164rad
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牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
§X射线的衍射
第1第章6质篇点光力学学
1895年伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射
一种穿透性很强的射线称Ｘ射线．
X 射线 (0.04 ~ 10nm)
冷却水
K<
P
E2
E1
劳厄斑点
铅板
照
单晶片的衍射
像
1912年劳厄实验
底 单晶片 片
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
三 光学仪器的分辨本领 （两光点刚好能分辨）
光学仪器的通光孔径 D
s1 *
s 2*
f
d 2 1.22
f
D
d 2
d 2 1.22
f
D
最小分辨角 1.22
D
光学仪器分辨率 R 1 D D, 1
1.22
哈ห้องสมุดไป่ตู้滨工程大学理学院
符号表示
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
偏振光（线偏振光）
第1第章6质篇点光力学学
光振动只沿某一固定方向的光 .
E v
振动面
符号表示
部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方 向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .
符号表示
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm， 而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问
（1）人眼的最小分辨角有多大？
（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则 两物点间距为多大时才能被分辨？
解（1）
1.22
D
1.22 5.510 7 m 310 3 m
2.2104 rad
第1节 光的偏振现象及马吕斯定律
一 . 自然光 偏振光 自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方
向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴
对称）这样的光叫自然光 .
自然光以两互相垂直的互 为独立的 （无确定的相位关 系）振幅相等的光振动表示 , 并各具有一半的振动能量 .
v
E
注意
二互相垂直方向是任选的 . 各光矢量间无固定的相位关系 .
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
第4节 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领
一 圆孔衍射
HP
L
艾 里 斑
d
L
D
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P
d
f
d ：艾里斑直径
d 2 1.22
f
D
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
二 瑞利判据
第1第章6质篇点光力学学
0.8I0
对于两个强度相等的不相干的点光源（物点）， 一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源 衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或 物点）恰为这一光学仪器所分辨.
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牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分
辨角 0.1"，在大气层
外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿个 星系 .
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第1第章6质篇点光力学学
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽
度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直
径为2.33m .
解（1）
1
c
3108 m/s 220 109 Hz
1.36 10 3 m
1
2.44
1
D1
2.44
1.36103 m 55102 m
0.00603rad
（2） 2
2.44
2
D2
2.441.57102 m 2.33m
dA B
C
布拉格公式
2d sin k
k 1,2,
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牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
布拉格公式 2d sin k k 1,2,
用途 测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原 子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如 对大分子 DNA 晶体的成千张的X射线衍射照片的分析， 显示出DNA分子的双螺旋结构.
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牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
1913年英国布拉格父子提出了一种解释Ｘ射线
衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物
理学诺贝尔奖．
布拉格反射
入射波
散射波
o
晶格常数 d 掠射角
AC CB
2d sin
相邻两个晶面反射的 两X射线干涉加强的条件
E E0 cos
I I0
E2 E02
马吕斯定律 强度为 I0 的偏振
光通过检偏振器后, 出射光的强度为
I I0 cos2
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例1 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检
偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为 30时 , 一束单色
自的然夹光角穿 为过60它时们,,另出一射束光单强色为自I1然; 光当穿它过们它偏们振化, 出方射向光间
DNA 晶体的X衍射照片
哈尔滨工程大学理学院
DNA 分子的双螺旋结构
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
第5章 光的偏振
光的波动性
光的干涉、衍射 .
光波是横波
光的偏振 .
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
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牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
起 偏
I0
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起偏器
1 2 I0 偏振化方向
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
检 偏
起偏器
第1第章6质篇点光力学学
检偏器
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牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
三 . 马吕斯定律（1880 年）
N
I0
第1第章6质篇点光力学学
M EI
起偏器
E0
检偏器
N
M
E
E0
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（2） d l 25cm 2.2104
0.0055cm 0.055mm
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第1第章6质篇点光力学学
例2 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，
这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击. （1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，
发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；
二 . 偏振片 起偏与检偏
第1第章6质篇点光力学学
二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振 动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质 称二向色性 .
偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 .
偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，
它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振 片的偏振化方向 .常用“↕”表示.
0.0164rad
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牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
§X射线的衍射
第1第章6质篇点光力学学
1895年伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射
一种穿透性很强的射线称Ｘ射线．
X 射线 (0.04 ~ 10nm)
冷却水
K<
P
E2
E1
劳厄斑点
铅板
照
单晶片的衍射
像
1912年劳厄实验
底 单晶片 片