光学《新概念物理教程 光学》

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1、光学《新概念物理教程光学》共28学时第一章光和光的传播第二章几何光学成像（自学）第三章干涉第四章衍射第五章变换光学与全息照相（自学）第六章偏振第七章光与物质的相互作用光的量子性（略）绪论§0-1光学的研究内容和方法一、光学的重要性二、光学的研究内容1、光的发射、传播和接收等规律2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。3、光的本性问题（粒子？波？）4、光在生产和社会生活中的应用三、研究方法——实验实验——假设——理论萌芽时期：远古至十六世纪初几何光学时期：十六世纪中叶至十

2、八世纪初波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初现代光学时期：二十世纪六十年代至今181720192116世纪轴远古萌芽几何光学波动光学量子光学现代光学过渡时期：直线传播占主导，波动理论逐惭形成§0-2光学发展简史光学一、萌芽时期世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德（公元前330～275年），差一百多年。墨翟（公元前468～376年）欧几里德（公元前330～275年）从内容上看，墨经

3、中有八条关于光学方面的（钱临照，物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。钱临照克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研究了光的折射现象，最先测定了光通过

4、两种介质分界面时的入射角和折射角。罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃泡具有放大性能。阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于界面。沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望远镜的可能性。沈括（1031～1095年）培根（1214～1294年）阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。波特

5、（1535～1561年）研究了成像暗箱。特点：只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形成系统理论。二、几何光学时期斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。李普塞（1587～1619）在1608年发明了第一架望远镜。延森（1588～1632）和冯特纳（1580～1656）最早制作了复合显微镜。1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星的卫星。三、波动光学时期1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波1801年，托马斯·杨做出了光的双缝干涉实验托马斯·杨惠更斯牛顿1808年，马

6、吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理通过以上研究，人们确信光是一种波动。1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭示了光现象和电磁现象的内在联系。四、量子光学时期光的电磁理论不能解释黑体辐射能量按波长的分布和1887年赫兹发现的光电效应1900年普朗克提出辐射的量子理论1905年爱因斯坦提出光量子假说；1923年康普顿和吴有训用实验证实了光的量子性。至此，人们认识到光具有波粒二象性。爱因斯坦五、现代光学时期1960年，梅曼制成了红宝石激光器，激发的问世，使古老的光学焕发了青

7、春，光学与许多科学技术领域相互渗透，相互结合，派生出许多崭新的分支。主要包括：激光、全息照相术、光学纤维、红外技术。激发、原子能、半导体、电子计算机被称作当代四大光明。近年又产生了付立叶光学和非线性光学。付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系统理论引入光学。[美]机载激光系统第一章光与光的传播几何光学三定律惠更斯原理费马原理第一章习题：1-13，1-20，1-211几何三定律直线传播定律反射定律折射定律小孔成像影子形成入射线、反射线、折射线共面反射角与入射角相等正弦之比为常数，即相对折射率Page7n大，则v小——光密介质n

8、小，则v大——光疏介质作为实验规律，几何光学的三定律是近似的，它们只有在空间障碍物及反射和折射界面的尺寸远大于光波长是才成立。不过在很多情况下用它们来设计光学仪器还是足够精确的（page8）全反射条件：光密到光疏临界角：