2020年高中物理竞赛—基础光学03几何光学：马吕斯定律(共13张PPT)

惠更斯的贡献
❖和牛顿同时代的惠更斯，他主张光的 波动说，认为光是在“以太”中传播 的波。
❖提出次波原理：惠更斯原理 。
❖惠更斯原理虽然能够解释不少光学现 象，但他的波动说是比较粗糙的，又 错误的认为光是一种纵波，因此他还 摆脱不了几何光学的观念。
几何光学时期
❖ 十七世纪还讨论了另一个问题，即“是 不是有一个有限的光速？”笛卡儿采取 否定的态度，而伽里略是肯定的。
量子光学时期
❖黑体辐射的能量按波长的分布，和 光电效应。
❖ 维 恩 （ 德 国 人 ， 1864--1928 ） 公 式 和 瑞 利 （ 英 国 人 ， 1842--1919 ） — 金 斯 （ 英 国 人 ， 1877—1946 ） 公 式 ， 前者在短波区和实验结果相符，而 后者，在长波区和实验结果相符。
波动光学时期
❖ 1865年，麦克斯韦（苏格兰人，1831— 1879）电磁场理论建立，得出电磁波以 光速传播，所以说明光是一种电磁现象。 这一理论，于1888年被赫兹（德国人， 1857－1894）用实验证实。因此建立了 光的电磁理论。
❖ 1849年菲索（法国人，1819—1896）利 用转动齿轮法，1862年佛科（法国人， 1819～1868）利用旋转镜法，第一次在 实验室测定了光的速度，这就完全证实 了波动说的正确性。
❖ 1845年，法拉第（英国人，1791—1867）发 现了偏振光的振动面在强磁场中旋转的现象， 从而揭示了光和电磁的内在联系。1856年韦伯 （德国人，1804－1891）和柯尔劳斯（德国 人 ， 1809—1858 ） ， 发 现 电 荷 的 电 磁 单 位 和 静电单位的比值等于光在真空中的传播速度。
光电效应
❖ 当光照在某些金属上会逸出电子，这就是光 电效应。

故 v v u
t t
绝对速度 相对速度
牵连速度
3、加速度的变换关系
a a'a0
绝对
相对
牵连
加速度 加速度 加速度
例 1.河水自西向东流动，速度为10 km/h,一轮船在 题 水中航行，船相对于河水的航向为北偏西30o,航速
为20km/h。此时风向为正西，风速为10km/h。试 求在船上观察到的烟囱冒出的烟缕的飘向。（设 烟离开烟囱后即获得与风相同的速度）
vcs
v fd 10 正西
v cs 20 北偏西30o
vfd vsd
vcd vcs v sd
vcd 10 3 km / h 方向正北
v fd v fc vcd v fc v fd vcd v fd v sd v fc vcs 20km / h
方向为南偏西30o。
vcs vcd vfd vsd
其加速度为a，他沿车前进的斜上方抛出一球，设抛球 时对车的加速度的影响可以忽略，如果使他不必移动他
在车中的位置就能接住球，则抛出的方向与竖直方向的
夹角应为多大？
解：抛出后车的位移：
x1
v0t
1 2
at 2
a
球的位移：
x2 (v0 v0' sin )t
V0
y2
(v0'
cos
)t
1 2
gt 2
小孩接住球的条件为：x1=x2; y=0
2020全国高中奥林匹克竞赛 物理
力学篇 （基础版）
1-3 相对运动
一、运动描述具有参考系、运动参考系也是相对的
二、绝对运动、牵连运动、相对运动
三者应具有如下变换关系y y’
绝对位矢
r r r0

《全国中学生物理竞赛大纲》2020版《全国中学生物理竞赛大纲2020版》(2020年4月修订，2020年开始实行)2011年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订，修订稿经全国中学生物理竞赛委员会第30次全体会议通过，并决定从2020年开始实行。

修订后的“内容提要”中，凡用※号标出的内容，仅限于复赛和决赛。

力学1.运动学参考系坐标系直角坐标系※平面极坐标※自然坐标系矢量和标量质点运动的位移和路程速度加速度匀速及匀变速直线运动及其图像运动的合成与分解抛体运动圆周运动圆周运动中的切向加速度和法向加速度曲率半径角速度和※角加速度相对运动伽里略速度变换2．动力学重力弹性力摩擦力惯性参考系牛顿第一、二、三运动定律胡克定律万有引力定律均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式(不要求导出)※非惯性参考系※平动加速参考系中的惯性力※匀速转动参考系惯性离心力、视重☆科里奥利力3．物体的平衡共点力作用下物体的平衡力矩刚体的平衡条件☆虚功原理4．动量冲量动量质点与质点组的动量定理动量守恒定律※质心※质心运动定理※质心参考系反冲运动※变质量体系的运动5．机械能功和功率动能和动能定理※质心动能定理重力势能引力势能质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式(不要求导出)弹簧的弹性势能功能原理机械能守恒定律碰撞弹性碰撞与非弹性碰撞恢复系数6．※角动量冲量矩角动量质点和质点组的角动量定理和转动定理角动量守恒定律7．有心运动在万有引力和库仑力作用下物体的运动开普勒定律行星和人造天体的圆轨道和椭圆轨道运动8．※刚体刚体的平动刚体的定轴转动绕轴的转动惯量平行轴定理正交轴定理刚体定轴转动的角动量定理刚体的平面平行运动9．流体力学静止流体中的压强浮力☆连续性方程☆伯努利方程10．振动简谐振动振幅频率和周期相位振动的图像参考圆简谐振动的速度（线性）恢复力由动力学方程确定简谐振动的频率简谐振动的能量同方向同频率简谐振动的合成阻尼振动受迫振动和共振(定性了解)11．波动横波和纵波波长频率和波速的关系波的图像※平面简谐波的表示式波的干涉※驻波波的衍射(定性)声波声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声（前3项均不要求定量计算）※多普勒效应热学1．分子动理论原子和分子大小的数量级分子的热运动和碰撞布朗运动※压强的统计解释☆麦克斯韦速率分布的定量计算；※分子热运动自由度※能均分定理；温度的微观意义分子热运动的动能※气体分子的平均平动动能分子力分子间的势能物体的内能2．气体的性质温标热力学温标气体实验定律理想气体状态方程道尔顿分压定律混合理想气体状态方程理想气体状态方程的微观解释(定性)3．热力学第一定律热力学第一定律理想气体的内能热力学第一定律在理想气体等容、等压、等温、绝热过程中的应用※多方过程及应用※定容热容量和定压热容量※绝热过程方程※等温、绝热过程中的功※热机及其效率※卡诺定理4．热力学第二定律※热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述※可逆过程与不可逆过程※宏观热力学过程的不可逆性※理想气体的自由膨胀※热力学第二定律的统计意义☆热力学第二定律的数学表达式☆熵、熵增5．液体的性质液体分子运动的特点表面张力系数※球形液面两边的压强差浸润现象和毛细现象(定性)6．固体的性质晶体和非晶体空间点阵固体分子运动的特点7．物态变化熔化和凝固熔点熔化热蒸发和凝结饱和气压沸腾和沸点汽化热临界温度固体的升华空气的湿度和湿度计露点8．热传递的方式传导※导热系数对流辐射※黑体辐射的概念※斯忒番定律※维恩位移定律9．热膨胀热膨胀和膨胀系数电磁学1．静电场电荷守恒定律库仑定律电场强度电场线点电荷的场强场强叠加原理匀强电场均匀带电球壳内、外的场强公式(不要求导出)※高斯定理及其在对称带电体系中的应用电势和电势差等势面点电荷电场的电势电势叠加原理均匀带电球壳内、外的电势公式电场中的导体静电屏蔽，※静电镜像法电容平行板电容器的电容公式※球形、圆柱形电容器的电容电容器的连联接※电荷体系的静电能，※电场的能量密度，电容器充电后的电能☆电偶极矩☆电偶极子的电场和电势电介质的概念☆电介质的极化与极化电荷☆电位移矢量2．稳恒电流欧姆定律电阻率和温度的关系电功和电功率电阻的串、并联电动势闭合电路的欧姆定律一段含源电路的欧姆定律※基尔霍夫定律电流表电压表欧姆表惠斯通电桥补偿电路3．物质的导电性金属中的电流欧姆定律的微观解释※液体中的电流※法拉第电解定律※气体中的电流※被激放电和自激放电(定性)真空中的电流示波器半导体的导电特性p型半导体和n型半导体※P-N结晶体二极管的单向导电性※及其微观解释（定性）三极管的放大作用(不要求掌握机理)超导现象☆超导体的基本性质4．磁场电流的磁场※毕奥-萨伐尔定律磁场叠加原理磁感应强度磁感线匀强磁场长直导线、圆线圈、螺线管中的电流的磁场分布（定性）※安培环路定理及在对称电流体系中的应用※圆线圈中的电流在轴线上和环面上的磁场☆磁矩安培力洛伦兹力带电粒子荷质比的测定质谱仪回旋加速器霍尔效应5．电磁感应法拉第电磁感应定律楞次定律※感应电场(涡旋电场)自感和互感自感系数※通电线圈的自感磁能（不要求推导）6．交流电交流发电机原理交流电的最大值和有效值☆交流电的矢量和复数表述纯电阻、纯电感、纯电容电路感抗和容抗※电流和电压的相位差整流滤波和稳压☆谐振电路☆交流电的功率☆三相交流电及其连接法☆感应电动机原理理想变压器远距离输电7．电磁振荡和电磁波电磁振荡振荡电路及振荡频率赫兹实验电磁场和电磁波☆电磁场能量密度、能流密度电磁波的波速电磁波谱电磁波的发射和调制电磁波的接收、调谐、检波光学1.几何光学※费马原理光的传播反射折射全反射光的色散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※球面折射成像公式※焦距与折射率、球面半径的关系薄透镜成像公式及作图法眼睛放大镜显微镜望远镜※其它常用光学仪器2．波动光学光程※惠更斯原理（定性）光的干涉现象双缝干涉光的衍射现象※夫琅禾费衍射※光栅※布拉格公式※分辩本领(不要求导出)光谱和光谱分析（定性）※光的偏振※自然光与偏振光※马吕斯定律※布儒斯特定律近代物理1．光的本性光电效应※康普顿散射光的波粒二象性光子的能量与动量2．原子结构卢瑟福实验原子的核式结构玻尔模型用玻尔模型解释氢光谱※用玻尔模型解释类氢光谱原子的受激辐射激光的产生(定性)和特性3．原子核原子核的尺度数量级天然放射性现象原子核的衰变半衰期放射线的探测质子的发现中子的发现原子核的组成核反应方程质能关系式裂变和聚变质量亏损4．粒子“基本粒子”轻子与夸克(简单知识)四种基本相互作用实物粒子具有波粒二象性※物质波※德布罗意关系※不确定关系5．※狭义相对论爱因斯坦假设洛伦兹变换时间和长度的相对论效应多普勒效应☆速度变换相对论动量相对论能量相对论动能相对论动量和能量关系6．※太阳系，银河系，宇宙和黑洞的初步知识.单位制国际单位制与量纲分析数学基础1．中学阶段全部初等数学(包括解析几何).2．矢量的合成和分解，矢量的运算，极限、无限大和无限小的初步概念.3．※微积分初步及其应用：含一元微积分的简单规则；微分：包括多项式、三角函数、指数函数、对数函数的导数，函数乘积和商的导数，复合函数的导数。

n1 x x1 2 y12 n2 x2 x2 y22
由费马原理有:
d n1x x1 n2 x2 x 0
dx
x x1 2 y12
x2 x2 y22
x x1 0 必有x2 x 0 x2 x
故 : x1 x x2 即: 折射线、 入射线分居法线两侧
Y
Ax1, y1
全折射条件:⑴ n1 n2
⑵ i1 ic
其中: ic
sin 1
n2 n1
sin
900
sin 1
n2 n1
临界角
2、光学纤维
直径约为几微米的单根或多根玻璃(或透
明塑料)纤维.
单根构造：内层： n1 1.8
外层： n2 1.4
原理：
i2 ic的光线折射出光纤
n0
i2 ic的光线在两层介质间多
光程 AC,B
AC
''
而非
B
要
极
小
值,
n1
这与费马原理不符,因而假设错误
n2
即: 折射点应在交线OO'上
Z
故 : 折射线在入射线和法线所决定的平面内.
A’ C‘
i1 C
C‘’ i2
B‘
P
O’ X
B
②折射线、入射线分居法线两侧
A、B、C点坐标如图示。沿此方向入射，必有 x x1
光程 ABC n1 AC n2 CB
三、全反射 光学纤维
1、全反射：
O
由折射定律有: sin
i2
n1 n2
sin
i1
当n1 n2 时,
折射角随入射角的增大而增大且有i2 i1
当i1 ic时,可使i2 900

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讨论：
（1）当 i （0即光线接近法线的方向入射），则
x' x n' n
（5）
这时x’与入射角无关，即折射光线延长线近似交于一点s’。
（2）当n ' ，1即由介质射入空气时，（4）（5）式分别为：
x ' x 1 n2 sin2 i n cos i
即为教材中P8的例1。
x' x/n
sin i ' y
（3）
x '2 y2
将（2）、（3）带入（1），解出x’
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x' n' n
x2
(1
n2 n '2
)
y
2
x
n 'cosi ' n cosi
x n ' 1 n2 sin2 i / n '2 n cosi
（4）
可见当 x不变时，x’ 随 y 或 i 而变。即由给定位置的发光点发出的光束，由于 其中不同光线在分界面上具有不同的入射角 i 或高度 y，所以相应的折射光线延 长线跟光束的光轴ox的交点S’ 均不重合。
f0 f
n 0
或
0
n
n > 1，介质中的波长变短了！
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例1 n 求n折' 射光线延长线与x轴交点S’的位置（x’与入射角
i的关系）
y
M i'
解： 由折射定律：
i
y
s s' i'
x x' o
n n'
n sin i n 'sin i ' （1）
x sin i y
（2）

偏差分析
分析实验数据与理论值之间的偏差，探究可能的原因，如实验装置误差、环境因素影响等。
结果误差分析和讨论
来源进行分析，如 光源的均匀性、光路的准直性、探测器的灵敏度 等。
误差对结果的影响
评估各种误差对实验结果的影响程度，并尝试减 小误差的方法，以提高实验的准确性和可靠性。
04
开始实验
调整反射镜角度，使一束光完全反射 ，另一束光透过半透镜，然后记录光 电探测器的读数。
06
整理实验数据
整理实验过程中记录的数据，为后续分析做准 备。
数据记录和分析
数据记录
详细记录每次实验中反射镜的角 度和对应的光电探测器读数。
数据整理
将实验数据整理成表格，便于后 续分析。
数据分析
根据实验数据，分析马吕斯定律 的验证情况。通过计算光电探测 器读数的变化，判断光的强度与 入射角的关系是否符合马吕斯定 律的预测。
旋转偏振片，观察光电探测器记录的 光强变化，并记录数据。
步骤三
根据记录的数据，绘制光强与偏振片 旋转角度的关系图，验证马吕斯定律 的正确性。
实验安全注意事项
注意激光器的使用安 全，避免直视激光光 束，以免对眼睛造成 伤害。
在实验结束后，应关 闭激光器和电源，确 保实验室的安全。
在操作过程中，应避 免偏振片破裂或划伤 手部等意外情况发生 。
3
讨论与改进
对实验结果进行讨论，提出改进实验方法和提高 实验精度的建议，为后续研究提供参考。
05 结论与展望
实验结论总结
实验验证了马吕斯定律的正确性，即在单色光的干涉和衍射实验中，通过改变光的 入射角，可以观察到光强度的变化，且变化规律符合马吕斯定律的预测。
实验结果还表明，马吕斯定律适用于不同波长的单色光，说明该定律具有普适性。

1流明 单位：勒克斯lx（辐脱）1勒克斯= 1平方米
3. 发光强度
I d d
1辐脱=104勒克斯
若光源在各个方向辐射的光通量是均匀的则，在整个空间范围
内平均发光强度
Ie
4
1流明
单位：坎德拉（cd）1坎德拉= 1球面度
流明定义：发光强度为1坎德拉的点光源在单位主体角内发出的 光通量为1流明。
cd是光学基本量，是国际单位制中七个基本量之一。
2
0
sin
i
cos
id
i
Lds
L ds
对余弦辐射体B是常数
M L M L
ds
若此余弦辐射体表面所发的光是来自入射光，即受的照度为E， 则入射光在面上一部分被吸收，一部分被反射，而的出射度
M E E L
L E
7．三原色原理 将红、绿、蓝三色光按不同的光通量比例 混合发出时，可以让人眼感受到自然界大多数
光通量
CV ()e
C：比例常数 C＝683
光通量单位：流明（Lm）
其大小规定如下，假定辐射体发出的光的波长为0.555 ，m
并且其功率为1瓦，则该辐射体所发出的光通量为6.83流明
光视效能 ： 每瓦辐射通量能产生的光通量数：
K e
2. 光出射度M
M d ds
发光表面单位面积内所发出的光通量
4、亮度
（1）定义：当光源是一个有限面积的光源时,其辐射 特性在不同方向是不一样的。
L d cosi ds d I ds. cos i
即光源亮度等于沿法线方向 角单位面积上的发光强度.
单位：尼特（cd/m2）
1尼特
1坎德拉 1平方米
1熙提=104尼特
5、光照度 单位面积的物体在光源照射下所获得的光通量

第1章 波动光学
北极光
丰富多彩的干涉现象
水膜在白光下
白光下的肥皂膜
蝉翅在阳光下
蜻蜓翅膀在阳光下
白光下的油膜
肥皂泡玩过吗?
测油膜厚度
平晶间空气隙干涉条纹
等倾条纹
牛顿环(等厚条纹)
第一节 光源 相干光
一. 电磁波
1. 电磁波的产生 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源
例如：天线中的振荡电流 分子或原子中电荷的振动
1、光波与机械波的区别 (1)、光波是一种波动，它与机械波有相似之处，所以描述波动 规律的惠更斯原理，波的叠加和干涉等基本原理对光波同样也适 用。
(2)、与其它波动相比，光波又有其个性，有它自己的特殊规律：
如光波是由空间电磁场之间相互激励形成的，不像机械波那 样依赖媒质的弹性。
又如，光波的振动是指空间各点电场强度和磁场强度随时间 作周期变化，不像机械波那样指质点离开平衡位置的位移作周期 性变化等。
常用单色光源
三. 光源：能发射光波的物体。
(1) 热辐射
自
(2) 电致发光 发
(3) 光致发光 (4) 化学发光
辐 射
自发辐射 E2
(5) 同步辐射光源 受
(6) 激光光源
激
辐
射
波列
..能级跃迁 E1
E2 E1/ h
波列长 L = c
非相干(不同原子发的光)
非相干(同一原子先后发的光)
四、光波的叠加
波动光学： 研究光的电磁性质和传播规律，特别是干涉、 衍射、偏振的理论和应用。
量子光学： 以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用 的规律。
The Realm of Optics
QUANTUM OPTICS ELECTROMAGNETIC OPTICS WAVE OPTICS GEOMETRICAL OPTICS

几何光学时期
❖ 从时间上来看，大约包括十七、十八两个世纪，这 是光学的转折时期。在这期间建立了光的反射定律 和折射定律，为几何光学奠定了基础。同时为了扩 大人眼的观察能力，出现了一些光学仪器。
❖ 如李普塞（荷兰人，1587－1619）所制作的第一架 望远镜的诞生、促进了天文学和航海事业的发展， 延森（1588—1632）和冯特纳（1580－1656）最 早制作了复合显微镜，为生物学的研究提供了强有 力的工具。
折射定律的建立
❖ 有两个创始人，一个是荷兰数学家斯涅耳（荷兰人， 1591－1626），斯涅耳于 1621年，从实际测量中 抽象出这一定律，这一定律的表述是在斯涅耳去世 后，于1626年在他的遣稿中找到的。
❖ 另一个是苗卡儿（法国人，1596—1650），笛卡儿 虽然倾向于光的波动说，但在解释光的折射时，又 把光看作由无数小球组成。因此，他是从光的微粒 观念中推导出折射定律的。在1637年出版的《折光 学》一书中，他第一个正式公布具有现代形式的折 射定律，把余割之比换成了正弦之比。
他研究了折射现象断定托勒密关于折射定现的结论并不正确折射定律的建立有两个创始人一个是荷兰数学家斯涅耳荷兰人15911626斯涅耳于1621年从实际测量中抽象出这一定律这一定律的表述是在斯涅耳去世后于1626年在他的遣稿中找到的
2020高中物理竞 赛（科普版）
有趣的物理学史
第三章人类对光和光的本性的认识
萌芽时期
❖ 公元二世纪，托勒密（希腊人，公元70 －147）研究了折射现象，写了《光学》 一书，书中记载光由空气进入水中的入 射角和折射角，得出一系列数据。他认 为折射角和入射角成正比。
❖ 阿尔一哈金（阿拉伯人，公元 965－ 1038）首先发明了凸透镜，并对它进行 了实验研究，所得的结果接近于近代关 于凸透镜的理论。

二、人类对光的本性的认识
❖ 人类对光的本性的认识，追溯其历史， 可以看出，它是由初浅到深入，由片 面到全面，从实验到理论，由现象到 本质逐步发展起来的，最后建立起光 的本性的理论。但是从科学发展的眼 光来看关于光的本性的理论并没有穷 尽，还待于进一步的探讨。
1.惠更斯和牛顿之争
❖ 早在十七世纪就开始了对光的本性的问题的讨 论，当时有两种不同的观点，一种是以笛卡儿、 胡克、惠更斯为代表的波动说，另一种是以牛 顿为代表的微粒说。
牛顿对光本性的看法
❖ 第一：他认为光的波动说不能很好地说明光 的直线传播这一最基本的事实。
❖ 第二，波动说不能解释偏振现象。
❖ 第三：对光的波动说赖以存在的“以太”的 怀疑，他写道：“对于天空为流体媒质（除 非它们非常稀薄）所填满的那种主张，一个 最大的反对理由在于行星和彗星在天空中各 种轨道上的运动是那样地有规则和持久。
❖ 第一、在十七、十八世纪，研究机械运 动规律的学科——古典力学已经建成， 并且在解释自然现象和指导生产实践方 面卓有成效。
❖ 第二、从社会情况来看，正如恩格斯指 出的那样“这个时代的特征是一个特殊 的总观点的形成，这个总观点的中心是 自然界绝对不变这样一个见解。”
微粒说一直占着统治的地位原因
❖ 第三、牛顿建立了古典力学，在 人们头脑中，牛顿的威望比惠更 斯的威望高，所从权威提出的理 论容易被人接受。
胡克的工作
❖他写道：“在一种均匀煤质中这一 运动在各个方向上都以相等的速度 传播，于是发光体的每一脉动和振 动都必须形成一个球面，这个球面 将不断增大，如同投石入水后引起 的越来越大的环状波一样。由此可 知，在均匀媒质中扰动而成的球面 的一切部分都与射线正交” 。
胡克的工作
❖ 从胡克的记述中，我们看出已经含有波 前、波面的概念。他又把有关波面的思 想用于对光的折射现象的研究，然后又 讨论了薄膜的颜色。他在讨论薄膜的颜 色时，从强光和弱光的超前；落后来说 明光的颜色。这种想法虽然是不正确的， 但是他却接触到薄膜干涉的基本要领— 前后两面上反射光的叠加，甚至于可以 说，在这里已经包含了两束光的位相差 的初步概念。

5
L、U 两量唯一地确定了一条光线在子午面 内（纸内）的位置。
计算的目的：
就是已知 L、Ｕ（光线从何处来）
经过已知的r、n 、n'，求出像方截距 L' 、 像方孔径角 U（' 光线到何处去）
6
正负号规定： 为什么要规定正负号？ 如果r=100，则可能是
也可能是 所以应该规定正负号
7
（1）线段
③ 光轴与法线的夹角（如） 从光轴起算，光轴转向法线（按锐角方向）， 顺时针为正，逆时针为负。
9
下面介绍光路计算公式：
在 AEC 中，利用正弦定律
sin(180o I ) sin(U ) （1-6）
r (L)
r
sin I L r sinU r
（1－7）
10
由折射定律
sin I ' n sin I 由图 n'
12
2. 近轴光路计算公式
当 U 角很小时（指绝对值很小），这时
光线在很靠近光轴的区域内（此区域通常称 为近轴区），光线称为近轴光线。
此时，相应的 I 、I '、U ' 等都比较小 sin x x ，( x 为弧度值)
用弧度值替换正弦值：
u ~ sinU i ~ sin I l~L
u'~ sinU ' i ~ sin I l'~ L'
（1－8）
I 'U ' I (U )
I U
U'U I I'
（1－9）
在 A' EC 中
sin I ' sinU ' L'r r
11
利用正弦定律：
L' sin I r r sinU

上篇:几何光学与成像理论
几何光学传播规律 (光在介质中得传播规律) 1、几何光学三定律
光得直线传播定律:光在均匀介质里沿直线传播
注意:在非均匀介质中,光线会因折射发生弯曲。这种现象在大气中经常发生, 如在 海边或沙漠地区有时出现得海市蜃楼幻景,就是因为光线通过当地密度不均匀得大 气产生折射而形成得。
薄透镜成像得等光程性
透镜可以改变光线得传播方向,但是在光路中放入薄透镜不 会引起附加得光程差。
F F
波阵面
波阵面
总结重难点:
1、几何光学传播规律(三定律 +独立传播原理+可逆性) 2、光程得概念及计算问题 3、对费马原理得理解
由费马原理可直接推出光在均匀介质中沿直线 传播。也可以证明,光通过两种不同介质界面时, 所遵从得反射定律和折射定律也是费马原理得必 然结果。
光程为极值得例子:
(1) 光程为极小值
A
B
CDE
B'
A
i1
E
CD
i2
BB
由A点发出得光线经界面 D点反射后通过B点,符合反 射定律,其光程较其他任一 光线ACB'得光程都小、
(建立起光得波动学说)
7、20世纪初期:量子理论认为光既是粒子也是波动(光 得波粒二象性)
光学得发展历史
在20世纪初,一方面从光得干涉、衍射、偏振以及运动物体 得光学现象确证了光是电磁波;而另一方面又从热辐射、光 电效应、光压以及光得化学作用等无可怀疑地证明了光得量 子性——微粒性。
1922年发现得康普顿效应,1928年发现得塞曼效应,以及当时 已能从实验上获得得原子光谱得超精细结构,它们都表明光 学得发展是与量子物理紧密相关得。光学得发展历史表明, 现代物理学中得两个最重要得基础理论——量子力学和狭义 相对论都是在关于光得研究中诞生和发展得。

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 .
起 偏
I0
起偏器
1 2 I0 偏振化方向
第十四章 波动光学
第十四章 波动光学
一 . 自然光 偏振光
自然光 ：一般光源发出的光中，在垂直于传播方
向的平面内，包含着各个方向的光矢量，并且光矢量
在所有方向上的振幅都相等（轴对称），这样的光叫
自然光 . 自然光可分解为两互相垂直
的光振动分量，且两分量相互独
立（无确定的相位关系），振幅 相等（各具有一半的振动能量） .
例2 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检偏器. 称布儒斯特角（起偏角）
n 2 入射面 入射光和法线所成的平面 .
马吕斯定律 强度为 的偏振光通过检偏振器后, 出射光的强度为
折射光 部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动 .
玻璃 光强变化，但无消光现象
玻璃
n2
例2 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检偏器.
检 折射光 部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动 .
讨论：一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角 ，问 在界面 2 的反射光是什么光？
偏 了解反射和折射起偏现象，能够熟练运用布儒斯特定律 .
（1）如透射光的强度为最大透射光强的 ，求夹角？ 马吕斯定律 强度为 的偏振光通过检偏振器后, 出射光的强度为
求两束单色自然光的强度之比 .
理解偏振现象，自然光和偏振光等概念 ;