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暗相间的同心环条纹，后人把这种现象称牛顿环。
借助这种现象可以用第一暗环的空气隙的厚度来定量地表征相应的单色光。
牛顿在发现这些重要现象的同时，根据光的直线传播性，认为光是一种微粒流。
微粒从光源飞出来，在均匀媒质内遵从力学定律作等速直线运动。
牛顿用这种观点对折射和反射现象作了解释。
惠更斯是光的微粒说的反对者，他创立了光的波动说。
提出“光同声一样，是以球形波面传播的”。
并且指出光振动所达到的每一点，都可视为次波的振动中心、次波的包络面为传播波的波阵面(波前)。
在整个18世纪中，光的微粒流理论和光的波动理论都被粗略地提了出来，但都不很完整。
19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝乾涉现象。
菲涅耳于1818年以杨氏乾涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。
在进一步的研究中，观察到了光的偏振和偏振光的干涉。
为了解释这些现象，菲涅耳假定光是一种在连续媒质(以太)中传播的横波。
为说明光在各不同媒质中的不同速度，又必须假定以太的特性在不同的物质中是不同的；在各向异性媒质中还需要有更复杂的假设。
此外，还必须给以太以更特殊的性质才能解释光不是纵波。
如此性质的以太是难以想象的。
光学（3）量子光学2初等物理分类（1）初中阶段：几何光学（2）高中阶段：几何光学、物理光学（3）说明：一般生活中提高的光学就是高中阶段的分类标准。
【光学的研究内容】我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。
几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的学科。
它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。
物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。
它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。
学习资料学生姓名：科目：物理审核人：内容：光学电磁波高考题型1光的折射与全反射1．常用的三个公式：sinθ1sinθ2＝n，n＝cv，sin C＝1n.2．折射率的理解(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关．(2)光密介质指折射率大的介质，而不是指密度大的介质．(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小．3．求解光的折射和全反射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线．(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系．(3)利用折射定律等公式求解．(4)注意折射现象中光路的可逆性．例1某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为()A．1.2B．1.4C．1.6D．1.8例2半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，与直径AB垂直的足够大的光屏CD 紧靠住玻璃砖的左侧，OO′与AB垂直．一细光束沿半径方向与OO′成θ＝30°角射向O点，光屏CD区域出现两个光斑，两光斑间的距离为(3＋1)R，求：(1)此玻璃的折射率；(2)当θ变为多大时，两光斑恰好变为一个．高考题型2光的干涉与衍射双缝干涉单缝衍射产生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射)图样不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗与光的偏振的区别干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波例3以下现象不属于干涉的是()A ．白光经过杨氏双缝得到彩色图样B ．白光照射肥皂膜呈现彩色图样C ．白光经过三棱镜得到彩色图样D ．白光照射水面油膜呈现彩色图样例4某同学用红光做实验，拍摄到屏上亮条纹的照片如图甲、乙所示，则该同学做的是()A ．单缝衍射实验，甲图中单缝的宽度小B ．单缝衍射实验，乙图中单缝的宽度小C ．双缝干涉实验，甲图中双缝到屏的距离大D ．双缝干涉实验，乙图中双缝到屏的距离大例5铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是()...高考题型3电磁波1．电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱．按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线．2．电磁波传播不需要介质，在介质中传播时速度与介质材料和电磁波频率有关．例6下列关于电磁波的说法中不正确的是()A ．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应B ．常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机C ．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究D ．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征例7如图所示，我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在1～10m 范围内，则对该无线电波的判断正确的是()A ．米波的频率比厘米波的频率高B ．和机械波一样需靠介质传播C ．同光波一样会发生反射现象D ．不可能产生干涉和衍射现象高考题型4几何光学与物理光学的综合应用项目频率波长折射率衰减速度穿透力波动性粒子性光子能量红→紫越来越高越来越短越来越大越来越快越来越强越来越弱越来越强越来越大例8夏日雨后，我们经常会看到天空中出现美丽的彩虹．从物理学角度看，彩虹是太阳光以一定的角度照射在雨滴上经过两次折射和一次反射形成的．如图是彩虹成因的简化示意图，其中a 、b 代表两种不同频率的单色光，则()A ．a 光的频率大于b 光的频率B ．在同种介质中，a 光的传播速度小于b 光的传播速度C ．a 光和b 光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a 光D ．分别用同一双缝干涉装置进行实验，在干涉图样中a 光相邻两个亮条纹中心的距离小于b 光相邻两个亮条纹中心的距离针对练习：1．利用微距相机可以拍摄到形状各异的雪花图像(图甲)，其中有一种“彩虹”雪花，中间部分有一个夹有空气的薄冰层，呈彩色花纹(图乙)，这是由于()A ．光的干涉B ．光的衍射C ．光的偏振D ．小孔成像2.如图所示，有三块等腰直角三角形的透明材料(图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)恰好拼成一个长方形．从A 点垂直于底边射入的单色光在B 处发生全反射，在C 、D 处连续发生两次折射后射出．若该单色光在三块材料中的传播速度依次为v 1、v 2、v 3，下列关系式中正确的是()A ．v 2>v 1>v 3B ．v 3>v 1>v 2C ．v 3>v 2>v 1D ．v 1>v 2>v 33.如图所示光导纤维的长度为L ，对某种频率的光的折射率为n ，若有各种入射方向的该频率的光照射到此光导纤维一端的横截面上，认为自另一端射出的光在此光导纤维传播的过程中都发生全反射，已知光在真空中的传播速度为c ，自另一端射出的光在此光导纤维中的最长传播时间为()A .n 2LcB.nL cC.L ncD.L n 2c4.由某种新型材料做成的某个光学元件，其中一个截面是半径为R 的半圆形，PQ 为半圆的直径，O 为该柱形截面的圆心，如图所示．一激光器发出的光以与直径PQ 成45°角的方向射入元件内，入射点沿PQ 由下向上移动，当移动到B 点时，光线恰好从元件的中点E 射出，继续上移到位置D (图中未标出)时光线恰好不能从圆弧面射出(不考虑经半圆柱内表面反射后射出的光)．已知该新型材料的折射率n ＝2，光在真空中的传播速度为c .求：(1)由B 点射入的光线在元件内传播的时间；(2)D 点与O 的距离．专题强化练1．小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光，转动镜片时发现光有强弱变化，下列说法能够解释这一现象的是()A．阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用B．阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用C．阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用D．阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用2．如图所示，双缝干涉实验中利用相同的实验装置，分别得到了甲、乙两种色光的干涉图样下列关于甲、乙光的说法正确的是()A．甲光光子的动量大于乙光光子的动量B．甲光光子的能量大于乙光光子的能量C．同种介质对甲光的折射率大于对乙光的折射率D．甲光在水中的传播速度大于乙光在水中的传播速度3．第五代移动通信技术(简称5G)是最新一代蜂窝移动通信技术，5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等．与4G相比，5G使用的电磁波频率更高．下列说法中不正确的是() A．5G和4G使用的电磁波都是横波B．5G和4G使用的电磁波在真空中的传播速度相同C．5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象D．在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长4．如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的()A．①B．②C．③D．④5．如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射．假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间t2从另一端射出．下列说法正确的是()A．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为t1t2B．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为t1t2C．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为t1t2D．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为t2t16.如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是()A．条纹方向与AB边平行B．条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大C．减小薄片的厚度，条纹间距变小D．将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小7.如图所示，一束复色光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b，下列判断正确的是()A．a光在玻璃中的速度大于b光在玻璃中的速度B．a、b两束光遇到同样的障碍物时，a光更容易发生明显衍射C．增大复色光的入射角，在玻璃砖的右边最先消失的是a光D．用a、b两束光分别照射到同一金属表面，b光更容易使金属发生光电效应8．一种“光开关”的“核心区”如图虚框区域所示，其中1、2是两个完全相同的截面为等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚框平行，两斜面平行，略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同介质以实现开关功能．单色光a从1的左侧垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”，已知棱镜对a的折射率为1.5，下列说法正确的是()A．单色光a在棱镜中的波长是在真空中波长的1.5倍B．若不充入介质，则实现“开”功能C．若充入的介质相对棱镜是光疏介质，有可能实现“开”功能D．若充入的介质相对棱镜是光密介质，有可能实现“关”功能9．如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体，一束细光束由真空沿着径向与AB成θ角射入，对射出的折射光线的强度随θ角的变化进行记录，得到的关系如图乙所示．图丙是由这种材料制成的透明体，左侧是半径为R的半圆，右侧是长为8R、高为2R的长方体，一束单色光从左侧A′点沿半径方向与长边成37°角射入透明体．已知光在真空中的传播速度为c，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，下列说法正确的是()A．该透明材料的临界角为37°B．该透明材料的折射率为1.5C．光在透明体中传播的路程为10R D．光在透明体中传播的时间为55R4c10．如图所示，激光笔发出一束激光射向水面O点，经折射后在水槽底部形成一光斑P.已知入射角α＝53°，水对激光的折射率n＝43，真空中光速c＝3.0×108m/s，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6.(1)求激光在水中传播的速度大小v；(2)打开出水口放水，求水放出过程中光斑P移动的距离x与水面下降距离h的关系．11．如图所示为某光学元件的横截面，∠A＝∠D＝∠E＝90°，AE＝203cm，现使用一束波长λ＝600nm、功率P＝66.3mW的激光照射到AB边上的M点，AM＝10cm，入射角α＝60°，此时反射光与入射光的功率之比为1∶10.元件对激光的折射率n＝3，真空中光速c＝3×108m/s，普朗克常量为h＝6.63×10－34J·s，求：(1)激光通过元件经历的时间t(不考虑多次反射)；(2)单位时间内进入元件的激光的光子数N.。
《光学》全套课件CONTENTS •光的本质与传播•几何光学基础•波动光学基础•量子光学基础•非线性光学简介•现代光学技术发展趋势光的本质与传播01光的波粒二象性光的波动性质光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射等现象。
光的粒子性质光在与物质相互作用时表现出粒子性，如光电效应、康普顿散射等现象。
波粒二象性的统一光既具有波动性又具有粒子性，二者是统一的，可以用波函数来描述。
光在真空中传播的速度最快，约为3×10^8米/秒。
光在不同介质中传播速度不同，与介质的折射率有关。
折射率越大，光在该介质中传播速度越慢。
光在真空中的传播速度光在介质中的传播速度折射率与光速关系光的传播速度与介质关系光的直线传播与衍射现象光的直线传播光在同一种均匀介质中沿直线传播。
光的衍射现象光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播方向，发生衍射现象。
衍射的种类根据障碍物或孔的尺寸不同，衍射现象可以分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射等。
光的偏振与旋光性光的偏振现象光波在某些方向上振动较强，而在另一些方向上振动较弱或没有振动的现象称为偏振。
偏振光的产生与检测通过偏振片可以获得偏振光，利用检偏器可以检测偏振光。
旋光性某些物质能使偏振光的振动平面发生旋转的现象称为旋光性，具有旋光性的物质称为旋光物质。
几何光学基础02光线与光束概念及分类光线定义表示光传播方向的几何线，忽略光的波动性质。
光束分类平行光束、发散光束、会聚光束等。
反射定律与折射定律应用反射定律入射光线、反射光线、法线在同一平面内，且入射角等于反射角。
折射定律入射光线、折射光线、法线在同一平面内，且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
透镜成像原理及性质分析透镜成像基本原理光线经过透镜后发生偏折，形成实像或虚像。
透镜性质分析焦距、焦度、透过率等参数对成像的影响。
光学仪器基本原理介绍望远镜利用透镜或透镜组来放大远处物体的视角，使远处物体看起来更近、更大。
用迈克尔逊干涉仪测激光波长实验操作技能要点：1.掌握迈克尔逊干涉仪状态调节要领，熟悉调节步骤，能正确读数。
●迈克尔逊干涉仪状态调节要领：调节平面镜M2与M1，使满足相干条件的二束光产生干涉，在观察屏能看到干涉条纹。
●迈克尔逊干涉仪调节步骤：点亮He－Ne激光器，使激光束大致垂直于M2。
↓转动粗动手轮，将移动镜M1的位置置于机体侧面标尺所示约32mm处。
↓将扩束镜（一片毛玻璃）移出光路，在E处观察屏可看到两排激光光斑，仔细调节M1与M2背面的三只螺钉，使两排中两个最亮的光斑严格重合，则M2＇与M1就互相平行了。
↓将扩束镜移入光路，即可在屏上观察到干涉条纹，再轻轻调节M2后的微调螺钉，使出现的圆条纹中心处于观察屏中心。
↓转动粗动手轮和微动手轮，使M1在导轨上移动，即可观察到干涉条纹的“吞”、“吐”条纹随程差的改变而变化的情况。
●正确读取迈克尔逊干涉仪的数据1.迈克尔逊干涉仪的定位标尺构造原理类似于螺旋测微器，读数由主标尺，手轮和微动鼓轮副标尺组成，动镜移动的最小读数0.0001mm。
2.在读数与测量时要注意以下两点：●转动微动鼓轮时，手轮随着转动，但转动手轮时，鼓轮并不随着转动。
因此在读数前应先调整零点（具体方法参阅实验讲义）。
●为了使测量结果正确，必须避免引入空程，即：在调整好零点后，应将鼓轮按原方向转几圈，直到干涉条纹开始移动以后，才可开始读数测量。
2.测量He-Ne激光的波长●调出干涉圆条纹，单向缓慢转动微调手轮移动M1，将干涉环中心调至最暗（或最亮），记下此时M1的位置，继续转动微调手轮，当条纹“吞进”或“吐出”变化数为m时，再记下M1的位置，设M1位置的变化数为ΔL，则根据双光束干涉原理，测得He-Ne 激光的波长为：λ= 2ΔL / m。
●测量时，m的总数要不少于500条，可每累进100条时读取一次数据。
光学讲义1.光的反射定律：（1）组合平面镜 （2）双镜面反射。
如图1-2-3，两镜面间夹角a =15º,OA =10cm ，A 点发出的垂直于2L 的光线射向1L 后在两镜间反复反射，直到光线平行于某一镜面射出，则从A 点开始到最后一次反射点，光线所走的路程是多少？（3）球面镜成像球面镜的焦距球面镜的反射仍遵从反射定律，法线是球面的半径。
一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F （图1-4-1），这F 点称为凹镜的焦点。
一束近主轴的平行光线经凸面镜反射后将发散，反向延长可会聚于主轴上一点F （图1-4-2），这F 点称为凸镜的虚焦点。
焦点F 到镜面顶点O 之间的距离叫做球面镜的焦距f 。
可以证明，球面镜焦距f 等于球面半径R 的一半，即2R f =球面镜成像公式fv u 111=+ 上式是球面镜成像公式。
它适用于凹面镜成像和凸面镜成像，各量符号遵循“实取正，虚取负”的原则。
凸面镜的焦点是虚的，因此焦距为负值。
在成像中，像长和物长h 之比为成像放大率，用m 表示，uv h h m ='= 2.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 =）。
全反射全反射光从密度媒质1射向光疏媒质2，当入射角大于临界角211sin n a -=时，光线发图1-2-3αL 1L 2AO图1-4-1 图1-4-2生全反射。
全反射现象有重要的实用意义，如现代通讯的重要组成部分——光导纤维，就是利用光的全反射现象。
费马原理光程：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。
均匀介质：ns l =非均匀介质：∑⎰→∆=iii nds sn l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。
第12章光学12.1本章要点详解█几何光学█光源，单色光与相干光█双缝干涉█光程与光程差█薄膜干涉█迈克耳孙干涉仪█光的衍射现象与惠更斯-菲涅耳原理█单缝的夫琅禾费衍射█圆孔的夫琅禾费衍射及光学仪器的分辨本领█光栅衍射█X射线的衍射█光的偏振状态█起偏和检偏，马吕斯定律█反射和折射时光的偏振重难点导学一、几何光学简介1．光的传播规律（1）光在传播过程中遵从的三条实验规律①光的直线传播定律光的直线传播定律是指光在均匀介质中沿直线传播。
②光的独立传播定律光的独立传播定律是指光在传播过程中与其他光束相遇时，各光束都各自独立传播，不改变其性质和传播方向。
③光的反射定律和折射定律光的反射定律和折射定律是指光入射到两种介质分界面时，其传播方向发生改变，一部分反射，另一部分折射。
图12-1光的反射和折射如图12-1所示。
实验表明：a．反射光线和折射光线都在入射光线和界面法线所组成的入射面内。
b．反射角等于入射角。
i='ic．入射角i与折射角r的正弦之比与入射角无关，而与介质的相对折射率有关，即rn i n sin sin 21=式中，比例系数n 21为第二种介质相对于第一种介质的折射率。
（2）光路可逆原理光路可逆原理是指当光线的方向返转时，光将循同一路径而逆向传播。
（3）费马原理费马原理是指光从空间的一点到另一点是沿着光程最短的路径传播。
光程是折射率n 与几何路程l 的乘积，则费马原理的一般表达式为⎰=BA l n 极值d 即光线在实际路径上的光程的变分为零。
2．全反射（1）全反射概念当入射角i ＝i c 时，折射角r ＝90°，因而当入射角i ≥i c 时，光线不再折射而全部被反射（图12-2），该现象称为全反射，入射角i c 称为全反射临界角。
12c arcsin n n i =图12-2光的反射和折射（2）隐失波根据波动理论，光产生全反射时，仍有光波进入第二介质，它沿着两介质的分界面传播，其振幅随离开分界面的距离按指数衰减。
