高中物理奥赛培训-光学讲课教案.ppt

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1、第一部分几何光学光是什么光在介质表面的发射与折射近轴成像规律第二部分波动光学四.光的干涉五.光的衍射六.光的偏振第三部分光学新知识（简介）第一部分几何光学光学是一门古老而又年轻、极具活力的物理学科,具有强大的生命力和发展前景！人类对光的研究，最初主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体？”古希腊Euclid公元前300年触须说1、光学简史《墨经》记载了光线传播，平面镜、凹面镜、凸面镜成像（公元前400年）。世界上第一个小孔成像的实验：1、光学简史战国时期墨翟古代光学公元前-16世纪（萌芽时期）现代光学20世纪初-至今（光子学时代）1、光学简史经典光学17

2、世纪--19世纪古埃及金字塔出土的平面镜（公元前1000年）!1905年，Einstein光电效应光量子理论1960年，Meiman第一台激光器非线性光学1、光学简史：什么是光？1666年Newton微粒说:光直线传播、反射.1679年Huygens波动说:光的折射、双折射.1801年Young双缝干涉.1809年Fresnel衍射实验.1860sMaxwell方程组:Hertz实验:光是电磁波.19世纪末光电效应.1905年Einstein提出了“光子”.光的波粒二象性题西林壁北宋·苏轼横看成岭侧成峰，远近高低各不同。不识庐山真面目，只缘身在此山中。

3、“庐山也具有岭和峰的二象性”！1、光学简史：什么是光？1、光学简史：什么是光？h0量子物理(光学)经典物理(光学)1、光学简史：什么是激光？Laser=LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation缩写。1960年，美国物理学家梅曼（Maiman）在实验室中做成了第一台红宝石(Al2O3:Cr)激光器。我国于1961年研制出第一台激光器，从此激光技术引起了科学技术领域的巨大变化。“激光”（LASER）一词是受激辐射光放大乙E2E1E1E2甲hν还记得吗？上图是原子跃迁示意图，说明，在无外界影响的情况

4、下，处于高能级的原子会自发的向低能级跃迁而发光，这种发光过程叫做自发辐射，例如白炽灯、日光灯的光源。1、光学简史：什么是激光？当原子处在某一激发态，如果有频率ν=(E2-E1)/h的光子从附近通过，原子就会放出一个同样的光子而跃迁到低能级E1，这种现象叫做受激辐射。E1E2E2E1hνhνhν甲乙激光光放大1、光学简史：什么是激光？气体激光器固体激光器半导体激光器①相干性好②平行度高③能量集中④单色性好1、光学简史：什么是激光？光学分支光的本性研究内容波动光学电磁光学几何光学量子光学非线性光学光与物质的相互作用光学分支光的产生、传播和接收规律光的应用2

5、.光的波动说（惠更斯、杨、菲涅尔、夫朗和费等）光是一种波动（横波）干涉衍射偏振光是一种电磁波（麦克斯韦）（1nm=10-9m）真空中：介质中：3.光量子说（爱因斯坦）一束光是由有限个能量量子组成，称为光量子，简称光子。光子的能量与光的频率的关系为：4.光的波粒二象性AlbertEinsteinGermanyandSwitzerland1879～1955"forhisservicestoTheoreticalPhysics,andespeciallyforhisdiscoveryofthelawofthephotoelectriceffect"TheNo

6、belPrizeinPhysics1921（一）基本知识1.反射定律与折射定律或入射线、反射线、法线三者共面2.全反射临界角：全反射：时，产生全反射。（二）拓展知识1.费马原理1.1光程光程：光通过某一媒质的光程等于光在相同时间里在真空中所传播的几何路程。光程与几何路程：1.2费马原理光总是沿着光程为极值（极大、极小、恒定）的路径从一点传播到另一点。媒质界面：反射：满足反射定律：折射：满足折射定律：均匀媒质：直线传播：例2.1利用费马原理推导折射定律。解：问题:如何费马原理推导反射定律？2.角反射器三面互成直角应用：车尾灯反射罩时，3.三棱镜折射的最小

7、偏向角（19届预赛题）4.光导纤维n半径o例2.2证明：入射到光纤一端的光线锥的最大夹角为证明：（三）典型题解解：解：等光程：几何关系：——椭圆方程——抛物线方程解：——双曲线方程（一）基本知识1.几个基本概念1.1光轴：光学系统的对称轴1.2近轴光线：与光轴夹角较小，并靠近光轴的光线1.3符号规则实正虚负规则:笛卡尔坐标规则:（1）物距、像距、半径、焦距：从对称轴与折射面的交点算起，向右为正，向左为负。（2）物、像的大小：向上为正，向下为负。2.球面折射成像——物方焦距——像方焦距2.1成像公式（19届复赛）2.2放大率例3.1推导球面折射成像公式。

8、解1：利用折射定律解2：利用费马原理推论：平面反射成像平面折射成像：球面反射成像3.薄透镜成像