大学物理竞赛辅导-光学部分教学文案
物理奥赛培训-光学辅导
r
C
O
F
B
2、参照所给光路图，可知 CO x 设 CAO , 有如下几何关系：
sin x ,
(1)
R
rf cot(2)
两式联立，可求得
.
（2）
xRsin(1arctanf ) 2r
.
（3）
3.5.3、 空心激光光镊
可以构造不同中空方式的中空激光光束，用于激光 导管、光镊、光学扳手等
其他两种典型类型
f
f
（a）
4 50 （b）
R
O （c）
利用上述光学器件设计一光学系统，使得一束很细的实心圆 柱形入射激光转化成一束空心的出射激光，且空腔为圆柱形
，半径为 r
请回答如下问题： 1、画出该光学系统的光路图．
2、求该光学系统中锥面镜顶点到球面镜球心的距离 x
参考解答： 1、光路图如下，指出被球面镜反射的光线汇聚于凸透镜的焦点.
法线
1.1、 反折射定律
sin(i) n2 sin(r) n1
折射率大的介质叫光密介质，小的叫光疏介质
i i' r
n2 n1
i i'
r
n2 n1
1.2、全反射
s siir in )n )((n n 1 2,r 2 icascin n n 1 2)(
ic ic r
n2 n1
1.3 、近轴光线的概念
n2
r' n2
n1
O2CB r'i,f*(r'i)R*i
f n1 R n2n12
1.9、 成像法则
焦平面
1.9 成像法则
u
v
f
1.10 成像的公式
透镜、球面镜
光学竞赛教程第二讲物理光学word资料36页
第二讲 物 理 光 学§2.1 光的波动性2.1.1光的电磁理论19世纪60年代，美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论，指出光是一种电磁波，使波动说发展到了相当完美的地步。
2.1.2光的干涉1、干涉现象是波动的特性凡有强弱按一定分布的干涉花样出现的现象，都可作为该现象具有波动本性的最可靠最有力的实验证据。
2、光的相干迭加两列波的迭加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的力迭加，所以，合振动平均强度为其中1A 、2A 为振幅，1ϕ、2ϕ为振动初相位。
3、光的干涉 (1)双缝干涉在暗室里，托马斯·杨利用壁上的小孔得到一束阳光。
在这束光里，在垂直光束方向里放置了两条靠得很近的狭缝的黑屏，在屏在那边再放一块白屏，如图2-1-1所示， 于是得到了与缝平行的彩色条纹；如果在双缝前放一块滤光片，就得到明暗相同的条纹。
A 、B 为双缝，相距为d ，M 为白屏与双缝相距为l ，DO 为AB 的中垂线。
屏上距离O 为x 的一点P 到双缝的距离，阳光图2-1-1由于d、x均远小于l，因此PB+PA=2l，所以P点到A、B的光程差为：若A、B是同位相光源，当δ为波长的整数倍时，两列波波峰与波峰或波谷与波谷相遇，P为加强点（亮点）；当δ为半波长的奇数倍时，两列波波峰与波谷相遇，P为减弱点（暗点）。
因此，白屏上干涉明条纹对应位置为)2,1,0(=⋅⋅±=kdlkxλ暗条纹对应位置为)2,1,0()21(=⋅-±=kldkxλ。
其中k=0的明条纹为中央明条纹，称为零级明条纹；k=1，2…时，分别为中央明条纹两侧的第1条、第2条…明（或暗）条纹，称为一级、二级…明（或暗）条纹。
相邻两明（或暗）条纹间的距离λdlx=∆。
该式表明，双缝干涉所得到干涉条纹间的距离是均匀的，在d、l一定的条件下，所用的光波波长越长，其干涉条纹间距离越宽。
xld∆=λ可用来测定光波的波长。
(2)类双缝干涉双缝干涉实验说明，把一个光源变成“两相干光源”即可实现光的干涉。
大学物理竞赛辅导-光学部分备课讲稿
δ1
ay1 L
c 4ν
y1
cL 4aν
1
a
中央亮纹线宽l0
2y1
cL 2aν
2θ a O'
θ
a 3 δ1
（4）依据瑞利判据，小圆孔衍
4
L
射生成爱里斑的半角宽为
θ1.22λ1.22c
d
νd
所以，可分辨四个小圆孔的最小a值为
aminLθ1.22cνdL
y
y1 O
9
6. [第29届第9题] 费马原理的文字描述为_光__从___空__间___一__点___传__播__到____ _另___一__点__是___沿__着___光__程__为___极__值___的__路___径__传__播___的__ 。如图所示，两条频率
2. [第29届第14题] 球面半径R1的平凸透镜，平放在半径R2 的玻璃圆柱体侧面上方，两者间最近距离为d。如图所示， 设置固定的O-xyz坐标系，z轴与球心到圆柱体中央轴的垂线 重合，O-xy平面与透镜平面平行，y轴与柱体中央轴平行， x轴朝右。波长为的单色平行光逆着z轴正入射，在球面与 圆柱体间的空气膜上形成类似于牛顿环的干涉图样，图样在 O-xy平面上表现为一系列干涉环。 （1）设一开始观测到图样中心为亮点（注意不是亮环）。 现通过将透镜上下平移使中心向内吞入10个亮环后中心仍为 亮点，试确定透镜平移的方向（上或下）和大小Δd。 （2）此时将透镜与圆柱体最小间距为d/，试导出O-xy平面 上第k级亮环和第k级暗环各自的曲线方程。 （3）今已观测到图样中心为亮点，并测定中心亮点到往外 数第10个亮环的最大间距及中心亮点到往外数第20个亮环的 最小间距皆为ρ，试由ρ和波长确定R1和R2的大小。
B2
nP
奥林匹克高三物理竞赛辅导光的初步知识教案
芯衣州星海市涌泉学校奥林匹克物理竞赛辅导光的初步知识知识要点分析一、光的直线传播1．光的直线传播和光速光在同一种均匀介质中沿直线传播。
在不同介质中，或者者同一种不均匀的介质中，那么不一定沿直线传播。
比方光从空气斜射入水中要发生折射现象。
早晨，当太阳还在地平线以下时，我们就看见了它，就是因为不均匀的大气使光线变弯了的缘故。
光线是由一小光束抽象而建立的物理模型。
光在不同介质中的传播速度不同。
光可以在真空中传播，并且在真空的传播速度最大，速度为C=3.0×108米／秒。
光在空气中的速度非常接近光在真空中的速度，通常也可以近似认为是3.0×108米／秒。
光速C是速度的上限，任何物体的速度不可能超过光速C。
本身能发光的物体叫做光源。
如太阳、电灯等。
光是有能量的，光能可以转化为其他形式的能。
根据光沿直线传播的性质，假设知道一个发光体S射出的两条光线，只要把这两条光线向相反方向延长到它们的交点，就能确定发光体的位置。
如图5—l所示。
人的眼睛在观察物体的时候，根据两只眼睛对物体的视线间的夹角可以判断物体的位置，也是这个道理。
2．影点光源发出的光，照在不透明的物体上时，物体向光的外表被照明，在背光面的前方形成了一个光线照不到的黑暗区域，这就是物体的影。
如图5—2所示，可以看出影是发自光源并与投影物体的外表相切的光线围成的。
假设用一个发光面比较大的光源来代替点光源，影的情形就会不同。
发光面上的每个发光点都可以看做一个点光源，它们都在物体的背后造成影区，这些影一一共有的范围完全不会受到光的照射，叫做本影。
本影的周围还有一个能受到光源发出的一部分光照射的区域，叫半影。
如图5—3所示。
光源的发光面越大，本影区越小。
二、光的反射光在传播过程中遇到两种介质的分界面时仍返回原介质中的现象叫做光的反射。
光的反射遵循反射定律。
其内容是：反射光线，入射光和法线在同一平面内；反射光线和入射光线分居法线的两侧；反射角等于入射角。
《大学物理光学》PPT课件
3
光学仪器的发展趋势 随着光学技术的不断发展，光学仪器正朝着高精 度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型，包括振幅、频率、波长等参现象，是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来 介质中的现象。反射定律：反射光线、入射光线和 法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线 两侧，反射角等于入射角。
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生 改变的现象。折射定律：折射光线、入射光线和法 线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两 侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折 射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度，掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测 了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理，注意实验 过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影 响。
量子纠缠态的制备与观测 熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法，掌握纠缠态的观 测和度量方法，注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等 因素对纠缠态的影响。
大学光学教程的教案模板(3篇)
课程名称：大学物理授课对象：大学本科生课时安排：2课时教学目标：1. 使学生掌握光学的基本概念和原理，包括光的干涉、光的衍射、几何光学基础、光的偏振、光的吸收、光的散射和色散等。
2. 培养学生运用光学知识解决实际问题的能力。
3. 提高学生的实验操作技能和数据分析能力。
教学内容：一、光的干涉1. 光的相干性2. 杨氏双缝干涉实验3. 光的干涉现象及其应用二、光的衍射1. 单缝衍射2. 孔径衍射3. 衍射光栅4. 光的衍射现象及其应用教学步骤：第一课时：一、导入1. 引入光学的重要性，介绍光学在科技、生活和科研领域的应用。
2. 提出教学目标，让学生明确学习重点。
1. 光的干涉a. 讲解光的相干性，介绍相干光源的产生方法。
b. 讲解杨氏双缝干涉实验，分析实验原理和现象。
c. 介绍光的干涉现象及其应用，如干涉显微镜、干涉光谱仪等。
三、讨论1. 学生分组讨论，分析光的干涉现象及其应用。
2. 教师引导学生总结讨论结果，纠正错误观念。
四、实验演示1. 演示杨氏双缝干涉实验，让学生观察实验现象。
2. 讲解实验原理和操作步骤，让学生了解实验过程。
第二课时：一、讲解1. 光的衍射a. 讲解单缝衍射，分析衍射条纹的形成原理。
b. 讲解孔径衍射，介绍衍射极限的概念。
c. 讲解衍射光栅，介绍光栅衍射的特点和应用。
d. 介绍光的衍射现象及其应用，如衍射光谱仪、衍射光学元件等。
二、讨论1. 学生分组讨论，分析光的衍射现象及其应用。
2. 教师引导学生总结讨论结果，纠正错误观念。
三、实验演示1. 演示单缝衍射实验，让学生观察实验现象。
2. 讲解实验原理和操作步骤，让学生了解实验过程。
四、课堂小结1. 总结光学干涉和衍射的基本概念和原理。
2. 强调光学在科技、生活和科研领域的应用。
3. 鼓励学生在日常生活中发现光学现象，提高对光学的兴趣。
教学评价：1. 学生对光学基本概念和原理的掌握程度。
2. 学生运用光学知识解决实际问题的能力。
大学物理课件光学
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括 光源、双缝、屏幕等，以及实验的操 作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。 光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为 一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普 朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应 当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也 可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
物理光学讲课课件-2024鲜版
理论解释
根据惠更斯-菲涅尔原理， 单缝处各点发出的球面 波在屏幕上叠加形成衍
射条纹。
2024/3/28
04
光的偏振
15
偏振现象和分类
2024/3/28
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。
2024/3/28
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。
现代光学
包括量子光学、非线性光学、光电子学 等领域的飞速发展。
4
物理光学的研究对象和内容
光的传播
研究光在真空和介质中的传播 规律，包括直线传播、反射和 折射等。
光的衍射
研究光波遇到障碍物或小孔后 发生的衍射现象及其规律。
24
量子光学简介
光的量子性质
阐述光的波粒二象性，以及光子、 光的相干性、压缩态等基本概念。
量子光学实验技术
介绍量子光学实验中的常用技术， 如单光子源、单光子探测器、量
子干涉等。
量子信息应用
概述量子信息中的基本协议和应 用，如量子密钥分发、量子计算、
量子隐形传态等。
2024/3/28
25
光纤通信原理及应用
26
激光技术及应用
2024/3/28
激光产生原理
阐述激光产生的基本原理，包括受激辐射、粒子数反转、激光振 荡与放大等。
激光技术
介绍激光技术中的关键技术，如激光调制技术、激光稳频技术、 激光非线性效应等。
激光应用
概述激光在各个领域的应用，如工业加工、医疗诊断与治疗、科 研与测量等。
大学物理竞赛辅导(光学)
掌握基本的光学实验操作 技巧，如调节光路、使用 光学仪器等。
了解实验误差分析和控制 的方法，培养严谨的科学 态度。
题型分类练习
熟悉题型和解题方法
01
02
学习解题技巧和方法， 提高解题速度和准确性 。
03
04
针对不同的题型，如选 择题、填空题、计算题 等，进行分类练习。
光的方向性
光沿直线传播，遇到障碍物会发生反射、折射等现象。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波相遇时，会因相位差异产生加强或减弱的现象。
干涉条件
相干光波的频率、振动方向和相位差相同。
光的衍射
衍射现象
光波遇到障碍物或缝隙时，会绕过障碍物或穿过缝隙继续传 播的现象。
衍射与波长关系
光的衍射现象与光的波长密切相关，波长越长，衍射越明显 。
光学实验数据处理
数据整理
将实验数据整理成表格或图形形式，以便分 析和比较。
结果解释
根据数据处理结果，解释实验现象和规律， 得出结论。
数据处理
运用数学方法对实验数据进行计算、拟合和 统计分析。
误差分析
分析实验误差来源，提高实验精度和可靠性。
03
光学竞赛题目解析
基础题目解析
光线的传播方向和路径
考察光在均匀介质中的直线传播，以及 在不同介质界面上的反射和折射现象。
沟通交流
团队成员之间要保持密切 的沟通交流，及时分享思 路和想法，以便更好地协 同完成任务。
互相鼓励支持
在团队竞赛中，成员之间 要互相鼓励支持，共同面 对挑战，增强团队凝聚力 和战斗力。
竞赛答题技巧
1 2
先易后难
高中物理竞赛辅导-光学导学
光学导学【竞赛大纲】1、几何光学。
掌握光的直进、反射、全反射、折射、色散。
掌握折射率与光速的关系。
平面镜成像。
球面镜成像公式及作图法。
薄透镜成像公式及作图法。
眼睛。
放大镜。
显微镜。
望远镜。
2、波动光学。
掌握光的干涉和衍射，光谱和光谱分析。
电磁波谱。
3、光的本性。
了解光的学说的历史发展。
掌握光电效应，爱因斯坦方程，波粒二象性。
第一部分 几 何 光 学§1.1 几何光学基础1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。
2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。
3、光的反射定律：①反射光线在入射光线和法线所决定平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。
4、光的折射定律：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 =）。
§1.2 光的反射1.2.1、组合平面镜成像：1.组合平面镜 由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。
先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O 点）镜间放一点光源S （图1-2-1），S 发出的光线经过两个平面镜反射后形成了1S 、2S 、3S 三个虚像。
用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O 为圆心、OS 为半径的圆上，而且S 和1S 、S 和2S 、1S 和3S 、2S 和3S 之间都以平面镜（或它们的延长线）保持着对称关系。
用这个方法我们可以容易地确定较复杂的情况中复像的个数和位置。
两面平面镜AO 和BO 成60º角放置（图1-2-2），用上述规律，很容易确定像的位置：①以O 为圆心、OS 为半径作圆；②过S 做AO 和BO 的垂线与圆交于1S 和2S ；③过1S 和2S 作BO 和AO 的垂线与圆交于3S 和4S ；④过3S 和4S 作AO 和BO 的垂线与圆交于5S ，51~S S 便是S 在两平面镜中的5个像。
物理竞赛辅导讲座物理光学
物理竞赛辅导讲座（物理光学）（Ⅰ）基础知识一、光的本性的认识过程简介微粒说（牛顿·英国）→电磁说（麦克斯韦·英国）→波动说（惠更斯·荷兰）光子说（爱因斯坦·美籍德国人）→波粒二象性（德布罗意·法国）二、光的波动性1、光的速度v，波长λ，频率υ和折射率n1）光的速度，真空中的光速为C=3.0×108m/s在折射率为n的介质中的光速为v=C/n2）光的频率υ，波长λ，波速v三者之间的关系为v=λ·υ2、惠更斯——菲涅耳原理1）惠更斯——菲涅耳原理：由波源发出的波，在同一时刻t时，波所达到的各点的集合所构成的面，叫做此时刻的波阵面（简称波面，又称波前），在同一波阵面上各点的相位都相同，且波阵面上各点都可看作为新的波源（次级波源，所以这些波源都是相干波源）向外发射子波，子波相遇时相互叠加历时△t后，这些子波的包络面就是t+△t时刻的新的波阵面，且波的传播方向与波阵面垂直。
(如图1所示) 2）惠——菲原理是波动光学的理论基础，光的干涉与衍射现象是光的波动性的体现。
3）平面波、球面波及柱向波（1）平面波：波阵面是一个平面的波，其传播方向与平面垂直。
（2）球面波：波阵面是一个球面的波，其传播方向为沿球面的半径方向。
（3）柱面波：波阵面是一个柱面的波。
3、光程1）光程：光在介质中传播的几何路程r与介质折射率n的乘积n·r。
2）引入光程这个概念后，就可以将其在介质中走过的几何路程换算为光在真空中（同一时间间隔内）的等价路程，从而可以对光在不同介质中所走的路程折算为真空中的光程进行比较。
例，在t时间内，光在折射率为n的介质中走过的几何路程为r=mλ（λ为光在该介质中的波长，并设光在真空中的波长为λ0，且n=λ0/λ，则在时间t内光在真空中的几何路程r0=m·λ0=m·nλ=n·mλ=n·r。
3）由于光在两介质界面上发生反射时，可能会出现“半波损失”，即反射光与入射光相位可能相差π，计算光程时应增加（或减小）半个波长，即可能要加上一个附加光程差δ’=2λ=n20λ，而是否出现半波损失，需不需要增加此项，则由界面两侧的介质的折射率决定。
光学42011,
0 ⋅ 02 π a πa sin θ π = = π= α= 0 ⋅1 5 d λ
Iθ =( π I0 sin π 5 5 ) 2 (cos π ) 2
= 86%
几条完整的明条纹？ （4）中央明纹的包线中，共包含了 几条完整的明条纹？ ）中央明纹的包线中， λ ' 包线的第一极小的衍射角： 包线的第一极小的衍射角： a sin θ 1 = k λ sin θ 1 = 设中央明纹中共有 k 级明纹 d sin θ 1 = kλ λ d 0⋅1 d = kλ ⇒k= = =5 (第 5 级缺级 ！） 第 a a 0 ⋅ 02 包含了 2 × 4 + 1 = 9 条明条纹 5）若要中央明纹的包线中恰好 条明纹， （5）若要中央明纹的包线中恰好 有 11 条明纹，应如 何 设计 a 、 d ?
（2）： x = Dtgθ 1 ≈ D sin θ 1 = D λ = 12mm ）： a
d
第
（3）双缝衍射的第 1 级明纹的相对强度 ）
Iθ sin α 2 ) cos = ( I0 α
2
一
β
级 明 纹
根据题意： 根据题意： d sin θ = 1λ
πd sin θ β= λ
=π
sin θ =
λ
θk
∆θ k
d sin( k + ∆θk) = (k + 1 )λ θ N λ 两式相减可得： 两式相减可得： ∆θ k = Ndcosθ k
∆θ 中央主极大： 中央主极大： 0 = λ Nd 2 主极大强度： 主极大强度：Iθ ∝ N （6）复色光入射，得彩色条纹 ）复色光入射，
k 级主极大的半角宽度
衍射因子使得每个衍射极大的光强不再相等。 衍射因子使得每个衍射极大的光强不再相等。
2024版大学物理物理学波动光学ppt教案
大学物理物理学波动光学ppt教案•波动光学基本概念与原理•干涉现象及其应用•衍射现象及其应用•偏振光及其应用目录•波动光学实验方法与技巧•课程总结与拓展延伸01波动光学基本概念与原理光具有电磁波的基本性质，包括电场和磁场的振动以及传播速度等。
光是一种电磁波光的波动性表现光的波粒二象性光具有干涉、衍射、偏振等波动性质，这些性质是光作为波动现象的重要表现。
光既具有波动性质，又具有粒子性质，这种波粒二象性是量子力学中的基本概念。
030201光的波动性质1 2 3描述光波传播的基本方程，包括振幅、频率、波速等参数。
波动方程波速等于波长乘以频率，这一关系在波动光学中具有重要意义。
波速、波长、频率关系不同波长的光在介质中传播速度不同，导致光的色散现象。
色散现象波动方程与波速、波长、频率关系光的偏振现象及原理偏振现象光波中电场矢量的振动方向对于光的传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。
偏振光的产生通过反射、折射、双折射和选择性吸收等方法可以获得偏振光。
偏振光的检测通过偏振片、尼科耳棱镜等可以检测偏振光。
干涉和衍射现象概述干涉现象01两列或几列光波在空间某些区域相遇时相互加强，在某些区域相互减弱，形成稳定的强弱分布的现象。
产生干涉的条件是波的频率相同，振动方向一致，相位差恒定。
衍射现象02光绕过障碍物继续向前传播的现象叫做光的衍射。
产生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长相差不大或比波长小。
干涉和衍射的应用03干涉和衍射现象在光学测量、光学信息处理等领域有广泛应用。
02干涉现象及其应用03干涉条纹特点等间距、等光程差、明暗相间。
01双缝干涉实验装置与原理通过双缝的相干光源产生干涉现象，观察干涉条纹的分布和变化。
02干涉条件分析满足相干条件的光源，如单色光、点光源等，以及合适的双缝间距和屏幕距离。
双缝干涉实验及条件分析光在薄膜上下表面反射后产生干涉现象，形成彩色条纹。
薄膜干涉原理肥皂泡、油膜等薄膜干涉现象的观察和分析。
物理竞赛 第7讲 物理光学.教师版
1.惠更斯原理。
2.光的干涉3.光的衍射4.光的偏振5.光电效应。
引入：惠更斯原理惠更斯指出，由光源发出的光波，在同一时刻t 时它所达到的各点的集合所构成的面，叫做此时刻的波阵面（又称为波前），在同一波阵面上各点的相位都相同，且波阵面上的各点又都作为新的波源向外发射子波，子波相遇时可以互相叠加，历时△t 后，这些子波的包络面就是t +△t 时刻的新的波阵面。
波的传播方向与波阵面垂直，波阵面是一个平面的波叫做平面波，其传播方向与此平面垂直，波阵面是一个球面（或球面的一部分）的波叫做球面波，其传播方向为沿球面的半径方向,如图2）菲涅耳对惠更斯原理的改进（惠—菲原理）波面S 上每个面积单元ds 都可看作新的波源，它们均发出次波，波面前方空间某一点P 的振动可以由S 面上所有面积所发出的次波在该点迭加后的合振幅来表示。
面积元ds 所发出各次波的振幅和位相符合下列四个假设：①在波动理论中，波面是一个等位相面，因而可以认为ds 面上名点所发出的所有次波都有相同的初位相②次波在P 点处的振幅与r 成反比。
③从面积元ds 所发出的次波的振幅正比于ds 的面积，且与倾角θ有关，其中θ为ds 的法线N 与ds 到P 点的连线r 之间的夹角，即从ds 发出的次波到达P 点时的振幅随θ的增大而减小（倾斜因数）。
④次波在P 点处的位相，由光程nr =∆决定∆=λπϕ2。
本讲导学知识点睛第7讲 物理光学SPNr θ ds一、光的干涉1．干涉现象频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光，在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。
（1）产生干涉的条件：①若S 1、S 2光振动情况完全相同，则符合21r r n δλ=-=，（0123n =⋅⋅⋅、、、）时，出现亮条纹；②若符合21(21)2r r n λδ=-=+，（0123n =⋅⋅⋅、、、）时，出现暗条纹。
相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为λdLx =∆。
大学物理(光学篇)教学文案
(2)同一分子在不同时刻所发光的频率、振动方向不一定相 同。（随机性、独立性）
(3)各分子在同一时刻所发光的频率、振动方向、相位也不 一定相同.(独立性、随机性)
2.激光光源：受激辐射
= (E2-E1)/h
E2
E1
(频率、相位、振动方向) 完 全一样
激光光源能发出频率、相位、振动方向、传播 方向相同的光。
P'
P
s1
2a
ML
s2
D
半波损失 ：光从光速较大（光疏介质）的介质射向
光速较小（光密介质）的介质时反射光的相位较之入
射光的相位跃变了 ,相π当于反射光与入射光之间附加
了半个波长的波程差，称为半波损失.
例2 D 、2 a 一定时，若 变化，则 将 x 怎样变化？
例3 单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝 与屏幕的垂直距离为1m。 求（1）从第一条明纹到同侧旁第四明纹间的距离 为7.5mm，求单色光的波长；
解（1）根据双缝干涉明纹分布条件：
xkD k0， 1， 2，
2a
明纹间距： x1、 4x4x1D 2a (k4k1)
6 条纹的重叠
第k级光谱的宽度 复色光的波长范围
xk 2Dak(2 1)
1 ~ 2
k越大，光谱越宽，级数较高的谱线会发生重叠。
当波长1的第k1级谱线与波长2的第k2级谱线重叠时，
它们有相同的光程差。
谱线重叠满足的条件为
k11 k22
例1 在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光 源，它的波长范围为 = 100 nm，平均波长为 = 490 nm. 试估算从第几级开始，条纹将变得无法分辨。
干涉加强 干涉减弱
清泉州阳光实验学校奥林匹克高三物理竞赛辅导光的初步知识教案
清泉州阳光实验学校奥林匹克物理竞赛辅导光的初步知识知识要点分析一、光的直线传播1．光的直线传播和光速光在同一种均匀介质中沿直线传播。
在不同介质中，或者者同一种不均匀的介质中，那么不一定沿直线传播。
比方光从空气斜射入水中要发生折射现象。
早晨，当太阳还在地平线以下时，我们就看见了它，就是因为不均匀的大气使光线变弯了的缘故。
光线是由一小光束抽象而建立的物理模型。
光在不同介质中的传播速度不同。
光可以在真空中传播，并且在真空的传播速度最大，速度为C=3.0×108米／秒。
光在空气中的速度非常接近光在真空中的速度，通常也可以近似认为是3.0×108米／秒。
光速C是速度的上限，任何物体的速度不可能超过光速C。
本身能发光的物体叫做光源。
如太阳、电灯等。
光是有能量的，光能可以转化为其他形式的能。
根据光沿直线传播的性质，假设知道一个发光体S射出的两条光线，只要把这两条光线向相反方向延长到它们的交点，就能确定发光体的位置。
如图5—l所示。
人的眼睛在观察物体的时候，根据两只眼睛对物体的视线间的夹角可以判断物体的位置，也是这个道理。
2．影点光源发出的光，照在不透明的物体上时，物体向光的外表被照明，在背光面的前方形成了一个光线照不到的黑暗区域，这就是物体的影。
如图5—2所示，可以看出影是发自光源并与投影物体的外表相切的光线围成的。
假设用一个发光面比较大的光源来代替点光源，影的情形就会不同。
发光面上的每个发光点都可以看做一个点光源，它们都在物体的背后造成影区，这些影一一共有的范围完全不会受到光的照射，叫做本影。
本影的周围还有一个能受到光源发出的一部分光照射的区域，叫半影。
如图5—3所示。
光源的发光面越大，本影区越小。
二、光的反射光在传播过程中遇到两种介质的分界面时仍返回原介质中的现象叫做光的反射。
光的反射遵循反射定律。
其内容是：反射光线，入射光和法线在同一平面内；反射光线和入射光线分居法线的两侧；反射角等于入射角。
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L1 LSO1S1 PS1 S经S2到P的光程为
1 A1O1 B1
S1 P S2
L2 LSO2S2 PS2
S
A2O2 B2
Q
光程差
2
L L1 L2 (LSO1S1 LSO2S2 ) (PS1 PS2 )
LSO1S1 LSO2S2 S1S2 L L1 L2 S1S2 (PS1 PS2 )
∵ n0 < n > n0
ΔF
2nd
λ 2
kλ
λ
2nd k- 1
2
k 1 λ1 2970nm k 2 λ2 990nm k 3 λ3 594nm k 4 λ4 424nm
δ1
a
y1 L
c 4ν
y1
cL 4aν
1
a
中央亮纹线宽 l0
2
y1
cL 2aν
2θ a O'
θ
a 3 δ1
（4）依据瑞利判据，小圆孔衍
4
L
射生成爱里斑的半角宽为
θ 1.22 λ 1.22 c
d
νd
所以，可分辨四个小圆孔的最小a值为
amin
Lθ
1.22 cL νd
y
y1 O
10
6. [第29届第9题] 费马原理的文字描述为_光__从___空__间___一__点___传__播__到____ _另___一__点__是___沿__着___光__程__为___极__值___的__路___径__传__播___的__ 。如图所示，两条频率
将一块双凸透镜等分为二，如图放置，主光轴上物点S通过 它们分别可成两个实像S1、 S2 ，实像的位置也已在图中示出。 （1）在纸平面上做图画出可产生光相干叠加的区域；
（2）在纸平面上相干区域中相干叠加所成亮线是什么类型的曲面？
1
S1
S2
S Q
2
（1）S1QS2为可产生光的相干叠加的区域。
6
在S1QS2区域中任取一点P， 则S经S1到P的光程为
d=6.0×10-4 cm，将此薄膜放置在杨氏双缝干涉装置的一条狭缝
之后，若取正入射，光源波长为＝5000Ǻ，则从两狭缝到接收屏
中央点的光程差为_________cm，与未放置薄膜前的干涉条纹相
比，接收屏上的干涉条纹移动了________条。
x
解：（1）放膜前o点的光程差 Δo r2 r1 0
相同的平行光线A1B1P和A2B2P，通过透射会聚在透镜焦平面上
的P点，透镜四周是折射率为n的相同介质。设A1、A2连线与主
光轴MN垂直，两条平行光线的间距为d，光线A1B1P通过透镜光
心且与主光轴夹角为θ，则光线A1B1P和A2B2P之间的光程差为
Δ=___n__d_ta_n__θ___。
解：
n
B2
8
解：（1） y δ La
y
1
δ a y a sinθ
a 2
y
L
（2）依题意，距O点最近的暗 纹为y最小，即θ最小。因此1、3
a O' θ a 3δ
4
θ
L
O
两束光应满足相消条件，2、4两
束光同样满足相消条件。
1、3两束光间的光程差为
1
2δ1
(2k
1)
λ 2
（k=0） δ1
λ 4
c 4ν
9
（3）满足光程差1的y1是中央亮纹的半个线宽
nP
n • A1C
= ndtanθ M
θN B1
A2
d
θ
A1 C
11
（二）薄膜干涉
1. [第26届第9题]一肥皂膜的厚度为0.55µm，折射率为1.35。白
光（波长范围为400～700nm）垂直照射在该肥皂膜上，则反射
光中波长为____的光干涉增强，波长为____的光干涉相消。
解：Δ
2ne
λ 2
放膜后o点的光程差
S1
d
Δo (r1 d nd) - r1 (n - 1)d
S2
3 104 cm
（2） kλ
Δ (2k 1) λ
2
Δo 6 λ
N Δo 12 (2k 1)
λ2
r1 o
r2 d′
3
3. [第20届第16题]如图所示，洛埃镜实验中，平板玻璃MN的长
度r = 5.0cm，与平板玻璃垂直的幕到板N端的距离l = 3.0m。
大学物理竞赛辅导
光学
2015年11月
1
一、干涉
（一）双缝干涉（双光束干涉）
第31届第9题同
1. [第28届第9题] 常规杨氏双孔干涉实验装置如左图，屏上O点附
D
近相邻两亮纹间距为__a_λ__。用开孔的直角挡板和直线“屏幕”
构成双孔干涉实验装置，以及450方向入射的平行光束，如右
b
图。则X轴上O点附近相邻两亮点的间距近似为___2_a_λ____。
解：
(1)
D Δx = λ
a
λ λ
双孔
挡板
a
屏幕
O
Δxx P
O
ΔxPQ
D
450
Q 900
b >> a
x
(2) 做辅助线PQ
d=
2a
D=
2 a+
2b
D
a
D ΔxPQ = d λ Δxx = 2ΔxPQ =
2
2
2a
b >> a
+ 2b
2 2a
λ ∴ Δxx =
a b 2λ a
λ
2d
2. [第27届第8题] 一折射率为n=1.5的透明薄膜，厚度为
线光源位于M端正上方，离板的高度h = 0.5mm，光源波长 =
500nm，试求：（1）幕上相邻干涉亮条纹的间距；
（2）幕上干涉亮条纹的最低级数。
x
解: （1）相邻条纹间的距离为
Δx d λ r l λ
S
d 2h
h
d
O
l λ 1.5mmMNh Nhomakorabear
l
2h
S'
d'
4
（2）由于半波损失，幕上O点为暗条纹。所以零级亮条纹的 x
坐标为
x0
1 2
Δx
S
P
P点是相干区域中的最低点
h
xp
ltgθ
l
h r
3.0cm
20Δ
x
d
M
h
r
N
l
x0 O x0
则P点距x0的距离为
S'
d'
xp
-
x0
(20
1)Δ 2
x
所以P为暗纹的位置。
最低的亮纹位于xp+½ x处，Kmin = 20
5
4. [第22届第16题]
知识复习：点光源S发出的光线通过透镜后汇聚于像点S/， 在S、 S/间的各条光线光程都相等。
亮纹的轨迹 L kλ
即 PS1 PS2 常量
所以亮纹的轨迹为椭圆曲线，S1、 S2为椭圆的两个焦点
7
5. [第25届第13题] 频率为的单色平行光正入射到挡板上，挡 板上有四个相同的小圆孔以相同的间距a排列在一直线上。挡 板前方相距L>>d处有一平行放置的屏幕，挡板中心O'与屏幕 中心O的位置如图所示，屏幕上过O点放置的y坐标轴与四孔连 线平行。 （1）写出两个相邻小圆孔出射光到图中y坐标点的光程差； （2）求出两个相邻小圆孔出射光到y轴上距O点最近暗点处的 光程差1； （3）算出y轴上中央亮纹的线宽l0； （4）若小圆孔的直径为d<a，人站在屏幕位置观看这些小圆孔， 试问a至少取何值时，人眼方能分辨出是四个小圆孔？