光学知识点大汇总 一、光的直线传播 1、光现象：包括光的直线传播、光的反射和光的折射。 2、光源：能够发光的物体叫做光源。 ●光源按形成原因分，可以分为自然光源和人造光源。 例如，自然光源有太阳、萤火虫等，人造光源有如蜡烛、霓虹灯、白炽灯等。 ●月亮不是光源，月亮本身不发光，只是反射太阳的光。 3、光的直线传播：光在真空中或同一种均匀介质中是沿直线传播的，光的传播 不需要介质。 大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折（海市蜃楼、早晨看到太阳时，太阳还在地平线以下、星星的闪烁等） 光沿直线传播的现象：小孔成像、井底之蛙、影子、日食、月食、一叶障目。 ●光沿直线传播的应用： ①激光准直. 排直队要向前看齐. 打靶瞄准 ②影的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，由于光是沿直线传播的，所 以在不透光的物体后面，光照射不到，形成了黑暗的部分就是影。 ③日食月食的形成 日食的成因：当月球运行到太阳和地球中间时，并且三球在一条直线上，太阳光沿直线传播过程中，被不透明的月球挡住，月球的黑影落在地球上，就形成了日食. 月食的成因：当地球运行到太阳和月球中间时，太阳光被不透明的地球挡住，地球的影落在月球上，就形成了月食. 如图：在月球后 1的位置可看到日全食， 在2的位置看到日偏食， 在3的位置看到日环食。 1 2 3
④小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像， 其像的形状与孔的形状无关。像可能放大，也可能宿小。 用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化。 这种现象反映了光沿直线传播的性质。 小孔成像原理：光在同一均匀介质中，不受引力作用干扰的情况下沿直线传播根据光的直线传播规律证明像长和物长之比等于像和物分别距小孔屏的距离之比。 4、光线：用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向的直线。（光线是假想的， 实际并不存在） 光线是由一小束光抽象而建立的理想物理模型，建立理想物理模型是研究物理的常用方法之一。 5、光速：光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快. (1)光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s；光在空气中速度约为3×108m/s。 光在水中速度为真空中光速的3/4，在玻璃中速度为真空中速度的2/3 。 雷声和闪电在同时同地发生，但我们总是先看到闪电后听到雷声，这说明什么问题？ 这表明光的传播速度比声音快. (2)光年是长度的单位，1光年表示光在1年时间所走的路程，1光年＝3×108 米/秒×365×24×3600秒＝9.46×1015米 注意：光年不是时间的单位。 二、光的反射 1.反射：光在两种物质的交界面处会发生反射。 我们能够看见不发光的物体，是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。 定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。任何物体的表面都会发生反射。 2.探究实验：探究光的反射规律 【设计实验】把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板ENF竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面，如图2-2所示。 一束光贴着纸板沿着某一个角度射到O点，经平面镜的反射，沿另一个方向
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线偏振光的方位角：线偏振光的振动面与入射面间的夹角称为线偏振光的方位角。 相干时间：⑴光源发出的一个光波列所用的平均时间⑵指光源发出的光波列被一分为二再合二为一时能产生干涉的最大时间差<答对1，2个中的一个即可）(2分>⑶相干时间越大，单色性越好。(1分> 相干长度：⑴指光源发出的光波列的平均长度⑵光源发出的光波列被一分为二，再合二为一时能产生干涉的最大光称差<答对1，2中的一个即可）(2分>⑶是光源单色性的标志(1分>b5E2RGbCAP 惠更斯——菲涅耳原理：任一时刻，波前上的每一点都可看成是新的子波波源，下一时刻的波前就是这些子波的公切面<包络面）。(1分>后来，菲涅耳考虑到惠更斯原理中诸子波既然来自同一波前，它们必定是相干的，因此求出诸子波的干涉效应，也就得出新波前的强度分布了，所以一般把惠更斯原理加干涉原理称为惠更斯——菲涅耳原理。(1分>p1EanqFDPw 夫朗和菲衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距离二者均为无限远时的衍射称为菲涅耳衍射。 菲涅耳衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距 离二者至少有一个是有限的衍射称为菲涅耳衍射。< 没答至少扣一分）DXDiTa9E3d 晶体的磁光效应：媒质因磁场而引起的折射率变化，称为磁光效应。
晶体的电光效应：媒质因电场而引起的折射率变化，称为电光效应。 半波损失：在小角度入射(1分>或掠入射(1分>两种情况下，光波由折射率小的媒质<光疏媒质）进入折射率大的媒质<光密媒质）时，反射光和入射光的振动方向相反，这种现象通常称为“半波损失”。(1分>RTCrpUDGiT 寻常光：Eo∥Do ，lso∥lko (1分>；即折射率与lk方向无关，与各向同性媒质中光传播情况一样(2分>，故称为“寻常 光”5PCzVD7HxA 非寻常光：一般情况下Ee不平行于 De(1分>，lke不平行于lse(1分>，折射率随lk的方向改变，与各方向同性媒质中光传播情况不同，故称为“非寻常光”。(1分>jLBHrnAILg 等厚干涉：各相干光均以同样的角度入射于薄膜(1分>，入射角θo 不变(1分>，改变膜厚度，这时每个干涉条纹对应的是同一个厚度的光干涉的结果。(1分>xHAQX74J0X 等倾干涉：指薄膜<一般板的厚度很小时，均称为薄膜）厚度处处相同(1分>，两光束以各种角度入射时产生的一组干涉条纹(2分>。LDAYtRyKfE 干涉条纹的半宽度：在透射光的情况下，半宽度是指透射光强度下降到其峰值的一半时所对应的位相变化量 圆偏振光：电矢量E的端点所描述的轨迹是一个圆(1分>：即在任一时刻，沿波传播方向上，空间各点E矢量末端在x,y平面上的投
二、学习要求 1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。 2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。 3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁场——即电磁场在空间的传播；知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。 4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及γ射线的特征及其主要应用。 5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量与光学知识点其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用 6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容易表现出粒子性，而少量光子容易表现为粒子性。 光的直线传播．光的反射 二、光的直线传播 1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C ＝3×108m/s ； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v 物理光学知识点汇总 一、 名词：（共41个） 1、 全 反 射：光从光密介质入射到光疏介质，并且当入射角大于临界角时，在两个不同介质的分界面上，入射光全部返回到原介质中的现象，就叫全反射。 2、 折射定律：①折射光位于由入射光和法线所确定的平面内。 ②折射光与入射光分居在法线的两侧。 ③折射角与入射角满足：n n I I '='sin sin 。 3、 瑞利判据：（注：考试时答哪个都对） 定义一：一个点物衍射图样的中央极大与近旁另一点物衍射图样的第一极小重合，作为光学系统的分辨极限，认为此时系统恰好可以分辨开两个点物，称此分辨标准为瑞利判据。 定义二：两个波长的亮条纹只有当它们合强度曲线中央极小值低于两边极大值的0.81时才能被分辨开。 4、 干 涉：在两个（或多个）光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象。 5、 衍 射：通俗的讲，衍射就是当入射光波面受到限制后，将会背离原来的几何传播路径，并呈现光强不均匀分布的现象。 6、 倏 逝 波：沿着第二介质表面流动的波。 7、 光拍现象：光强随时间时大时小变化的现象。 8、 相干光束会聚角：对应干涉场上某一点P 的两支相干光线的夹角)(ω。 9、 干涉孔径角：对于干涉场某一点P 的两支相干光线从光源发出时的张角)(β。 10、 缺级现象：当干涉因子的某级主极大值刚好与衍射因子的某级极小值重合，这些主极大值就被调制为零，对应级次的主极大就消失了，这种现象就是缺级。 11、 坡印亭矢量（34、辐射强度矢量）：它表示单位时间内，通过垂直于传播方向的， 单位面积的电磁能量的大小。它的方向代表的是能量流动的方向，B E S ?=μ 1。 12、 相干长度：对于光谱宽度为λ?的光源而言，能够发生干涉现象的最大光程差。 13、 发光强度：辐射强度矢量的时间平均值)(I 。 14、 全偏振现象（15、布儒斯特角）：当入射光是自然光，入射角满足o 9021=+θθ时， 0=P r ，0≠s r ，即反射光中只有S 波，没有P 波，这样的现象就叫全偏振现象。此时的入射角即为布儒斯特角B θ，1 2 tan n n B = θ 16、马吕斯定律：从起偏器出射的光通过一检偏器，透过两偏振器后的光强I 随两器件透光轴的夹角θ而变化，即θ20cos I I =称该式表示的关系式为马吕斯定律。 17、 双 折 射：一束光射向各向异性的介质中，分为两束的现象。 18、 光栅的色分辨本领：指可分辨两个波长差很小的谱线的能力。mN A =?= )(λλ ， 物理光学课程总结 这学期首次接触了几何光学和物理光学两门课，从一开始的课程展望到现在的课程总结，感觉物理光学这门课的时间好短，一下子就过去了。这门课程的总结，我问了一下，大多数同学都是在做课程内容的总结和梳理，我的想法比较多，就当和老师谈谈心，闲聊一下吧。 这学期学习完物理光学之后，我有以下两点深刻的感触： 1.科学理论的庞大体系总是建立在物理的根基上。对基础知识的学习能带来 很多契机。 物理光学这门课从一开始就介绍了麦克斯韦方程组，然后后面的菲涅耳公式，平面电磁波波动方程……好多体系都是建立在了这个根基之上，让我非常惊叹。从的四个公式就能推导出这么多结论，真是非常的经典，这也难怪麦克斯韦这位物理学家能够有如此高的地位。接下来的电磁场连续性条件的引入深刻地解释了反射定律和折射定律这些初中学过的知识，并通过定量的计算更加完善了我对这些内容的理解，让我大有醍醐灌顶之感。以前对偏振现象浅尝辄止的学习让我对这些知识学得并不扎实，但通过这门课的学习，我算是对偏振现象有了更深入的认识。 另外，我还注意到，物理光学这门课里运用了很多高等数学的知识，如双重积分，矢量运算，椭球性质等等，我同时觉得数学的基础对后续课程的学习的确是非常重要。 2.对工科生来说，边学边思边用才是最理想的学习状态。 学习了双光束干涉，就可以基于这个原理来制作各种干涉仪器：如非索干涉仪，用来检查光学零件的表面质量；迈克尔逊干涉仪，用来准确确定光程差，进行长度的精确测量；马赫-曾德干涉仪，用于测量相位物体引起的相位变化……仅仅是一个双光束干涉的性质，就可以衍生出这么多有用的产品，更不用说还学了衍射，偏振，空间滤波的内容了，这正印证了老师的“知识改变命运”这句话。 其实双光束干涉这个内容并不是在物理光学这门课里面第一次接触，但是在以前学习了这些内容之后并没去深入地想：我学了这些知识能够做什么？我能不能利用这些性质做点东西出来？每次在看到有诸如srtp，国创之类的参赛项目，自己都是踌躇满志，想要去参加，积累经验，但是都苦于找不到课题，其实，如果在平日的学习过程中就能多去思考多去动手的话，既掌握了课程知识，又学以致用，那样的提高才是最大的了吧。 我记得在复习的过程中室友曾惊呼：“我靠，这个设计思想太巧妙了！”他说的就是书上的某一道课后习题，然后他又说了一句：“如果刚开始就认真听了的话肯定能利用这些性质做点东西出来，可惜时间紧迫啊，只有准备考试了。”听了这些话，我感触特别深。的确，不得不感叹，现在的大学生自学能力其实挺强的，尤其是在考试前夕，能在一两天里把一学期的内容学完，虽然效果肯定不如那些踏实的同学，但也算是比较好的了。换个角度来看，如果这些同学能在上这门课之前就花两天的时间根据教学大纲来把一学期要学的知识浏览一遍，再加上上课认真听讲的话，肯定效果更好了。对于老师来说，如何引导学生有这样的主动性和积极性，我觉得这算是一个值得思考的地方吧。 回到这个主题上来，这学期里我觉得最有收获的章节的学习估计就是傅里叶光学部分了吧。说实话，在上课的过程中，我学起来感觉最晦涩的就是夫琅禾费衍射的推导和傅里叶光学那部分的内容了，尤其是那一堆双重积分的公式，我到现在都不太会推导，但学了下来也确实感觉有种思路被打开了的感觉。尤其是空间频率的这些概念，它把许多通信理论中的经典方法移植到了光学系统的分析当中，让我感觉太神奇了。我们在信号与系统，数字信号处理等通信类课程中学到的东西居然运用到了光学系统中，还能用对信号处理的方式去处理光波，这对我 物理光学期末复习总结 名词解释： 1全反射：光从光密射向光疏，且入射角大于临界角时，光线全部返回光密介质中的现象。 2折射定律：①折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内。 ②折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。 sin I _ n sin I n 3瑞利判据：①两个波长的亮纹只有当他们的合强度曲线中央极小值低于两边极大值的81%时才能分辨。 ②把一个点物衍射图样的中央极大与近旁另一点物衍射图样的第一极小重合，作为光学系统 的分辨极限，并认为此时系统恰好可以分辨开两物点。 4干涉：在两个（或多个）光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象。 5衍射：当入射光波波面受到限制之后，将会背离原来的几何传播路径，并呈现光强不均匀分布的现象。 6倏逝波：当发生全发射现象时，在第二介质表面流动的光波。 7光拍现象：一种光强随时间时大时小变化的现象。 8相干光束会聚角：到达干涉场上某点的两条相干光线间的夹角。 9干涉孔径角：到达干涉场某点的两条相干光线从实际光源发出时的夹角。 10缺级现象：当干涉因子的某级主极大值刚好与衍射因子的某级极小值重合，这些极大值就被调制为零, 对应级次的主极大值就消失了，这一现象叫缺级现象。 11坡印亭矢量（辐射强度矢量）：单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积内电磁能量的大小。 12相干长度：对光谱宽度42的光源而言，能够发生干涉的最大光程差。 13发光强度（I ）：辐射强度矢量的时间平均值 7T 14全偏振现象：当入射光为自然光且入射角满足Pp=0,即反射光中只有s波，没有P波, 发生全偏振现象。 15布儒斯特角：发生全偏振现象时的入射角，记为色，tan^=—o q 16马吕斯定律：从起偏器出射的光通过一检偏器，则透过两偏振器后的光强I随两器件透光轴的夹角〃而变化，即Z = Z0cos2^ 17双折射：一束光射入各项异性介质中分成两束的现象。 实验十：光栅衍射 一、实验目的 1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。 2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。 3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。 4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。 二、实验仪器 分光计 光栅 钠光灯 平面反射镜 三、实验原理 光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a ，不透光部分为b ，则a b +为光栅常数。 设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。 衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为θ的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P 点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。 由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为()sin a b θ+，如果光程差为波长的整数倍，在P 点就出现明条纹，即 ()sin a b k θλ+=± (0,1,2,)k = 这就是光栅方程。 从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。 四、实验步骤 1、调整分光计。 使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态， 平行光管发出平行光。 2、安置光栅 将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅 上。 可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远镜观察第一、二级衍射条纹。 S （） 3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角θ，并记录。 五、数据记录 '111[()θθθ=-（右边读数）+'11()θθ-（右边读数）]/4 '222[()θθθ=-（右边读数）+'22()θθ-（右边读数）]/4 六、数据处理 将上表中的1θ、2θ分别代入光栅方程()sin a b k θλ+=计算出6个波长，（1 300 a b mm += ） 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 6λ= 计算平均波长：λ= 绝对误差：λ?= （取平均波长与6个波长的差中的最大者） 1.光在均匀介质中是沿直线传播的.光在真空(空气)的速度是3×100000000米/秒.影子、日食、月食都可以用光在均匀介质中沿直线传播来解释. 2.光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面内,反射光线与入射光线分居法线两侧,反射角等于入射角. 3.平面镜的成像规律是:(1)像与物到镜面的距离相等;(2)像与物的大小 相等;(3)像与物的连线跟镜面垂直，（4）所成的像是虚像。 4.光从一种介质斜射入另一种介质,传播方向一般会发生变化,这种现象叫光的折射. 5.凸透镜也叫会聚透镜，如老花镜.凹透镜也叫发散透镜,如近视镜. 6.照相机的原理是:凸透镜到物体的距离大于2倍焦距时成倒立、缩小的实像 7.幻灯机、投影仪的原理：物体到凸透镜的距离在2倍焦距和一倍焦距之间时成倒立、放大的实像8.放大镜、显微镜的原理是：物体到凸透镜的距离小于焦距时，成正立、放大的虚像. 9天文望远镜分托普勒望远镜和伽利略望远镜。托普勒望远镜的原理是目镜焦距小，物镜焦距大，物镜呈倒立缩小的实像几乎在焦点上，从而显倒立缩小实像，目镜在此基础上呈放大的虚像，即f1+f2。伽利略望远镜目镜呈放大虚像，即f1－f2. 凸透镜对光线有汇聚作用。凸透镜可以看做两个球相交，那么第一个定义：主光轴：两个球面内球心的连线， 焦点：一束平行于主光轴的光线射入时汇聚在一点在一点上，该点在主光轴上。就是焦点。 光心：透镜的中心，位于主光轴上 焦距：光心到焦点的距离 物距：物体到光心的距离 相距：像到光心的距离 凸透镜成像是复杂的，一个口诀快速记忆： 1.一倍焦距分虚实：就是说物体位于一倍焦距以内成虚像，以外成实像。位于一倍焦距处不成像 2.二倍焦距分大小：物体位于二倍焦距意外成缩小的像，在而被焦距以内成放大的像，在二倍焦距处成等大的像 3.物近像远像变大：单物距减小，像距增大。像变大了 4.物远像近像变小：是上面的逆向说法 有一个物距，像距，焦距的公式：物距的倒数+像距的倒数=焦距的倒数 一、复习策略 1、透镜及对光线的作用 （2）像距越大，成像也越大．（类似于小孔成像）物理光学知识点汇总
物理光学课程总结(室友版)
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大学物理光学实验报告
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