几何光学物理光学知识点.ppt
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大学物理第20章几何光学.ppt
心处.对于厚透镜，如果两侧的折射率相同，物方焦
距等于像方焦距.
21
三、成像公式
图中△PA1B1～△F1A2B2，△RB2A2～△F2H2A2
所以
f1 u
h/ h + h/
f2
h h + h/
两式相加得
f1 + f2 1
u
若系统两侧的折射率相同，此时有f1＝f2＝ f 22
1+1 1
u f
注意式中u、、f 都是从相应的主平面算起的
一、光的直线传播定律
光在均匀介质中沿直线传播.
二、光的独立传播定律
不同的光线以不同的方向通过空间某一点时彼
此不发生影响.
三、折射定律和反射定律
1.折射定律
相对折射率 绝对折射率
sin i1 sin i2
n21
n2 n1
n cP
o
Q
i2 n2
N/ C
为光在介质中的速度
3
2.反射定律
A
N
B
7
n1
n2
n1
n2
F1
A
A
F2
物方焦点
像方焦点
物方焦距f1. u＝f1， ＝∞
f1
n1 n2 n1
r
像方焦距f2. u＝∞，＝f2
f2
n2 n2 n1
r
1.焦距f1和f2可能是正数，也可能是负数 2. 一般地，n1≠n2，对于同一折射面， f1 ≠f2
f1 n1
f2 n2
8
3. 曲率半径 r↑→f1 ↑(f2↑)，折射本领就越差 媒质的折射率与该侧焦距的比值来表示折射本 领，称为折射面的焦度，用Φ表示，
18
光学基本知识讲座PPT课件
.
10
物像基本概念
4.同心光束与光程 ★ 一个发光点或实物点总是发出同心光束，
它与球面波相对应 ★ 一个像点如果由对应的同心光束汇聚而成，这样
的像点称为完善像点
★ 要成为完善像点，必须使入射波面与出射波面之 间光程是相等的：Σ n× d=const
n 介质折射率 d 光线所经过的实际长度
.
11
四.材料与色散
3.波像差：以波像差作为像质的评判依据，激光头物镜的设
计中常以此为评价标准；
4.光学传递函数：把物的亮度分布函数展开为傅里叶级数或
傅里叶积分，光学系统的特性就表现为它对各种频率正弦波的传
递和反应能力，于是出现了较全面评价光学系统的新的评价手段-
光学传递函数。在照相物镜设计中已得到普遍采用。
.
36
光学基本知识
两列波相遇时，必须满
足下述条件才能发生干涉：
1.频率相同；
2.振动方向相同；
3.具有恒定的相位差。
右图称为牛顿环，是光干涉 的典型例子。
.
39
二.光的衍射
波在传播过程中，
当遇到障碍物就会偏 离直线传播的现象， 犹如声音可以绕过大 墙，无线电波能够跨 越高山。光在一定条 件下也偏离直线，这 就是光的衍射。
24
像差知识介绍
像差：由光线传播定律决定，从光路实 际计算表明，
任意组合的光学系统只能对近轴物点以细光束
成像。随着视场和孔径的增大，成像光束的同
心性将遭到破坏，产生各种成像缺陷。这种成
像缺陷就是像差。
像差分类：
对单色光：球差、彗差、象散、场曲、畸变
对多色光：位置色差、倍率色差
.
25
1.球差
大学物理ppt几何光学
1 s′ = 1 1 = −60(cm) f − s
何？ 解： 按题意, f=20cm, s=15cm 由薄透镜公式，像距为
f
2 f
26 26
薄透镜公式也适用于凹透镜，此时，焦距 f 应取负值. 实际物体经凹透镜所成的像总是 正立的缩小了的虚像，且与物体位于透镜的 同一侧，如下图所示.
27 27
s′
10 10
凸镜
1 1 1 + = s s′ f
s′ < 0
焦距 f 应取负值
s′ < s
s′ m= <1 s
像的横向放大率为
正立的缩小了的虚像
11
1 1 2 2
O
h0
p0
p′
f
h1
F
例 凸面镜的曲率半径为 0.400m , 物体置于凸面镜左 边 0.500m 处, (1) 用作图法 画出物体的像位置; (2) 求实 际像的放大率.
θi = θ r
物体在平面镜内形 成相对于镜面对称 的虚像。
33
25.3 球面反射镜 球面反射镜——反射面为球面一部分的反射镜. ⒈凹镜的特性： 对入射平行光 束有会聚作用.
r
l1
f
条件：入 射光为傍 轴光线.
α1 = 2θ1 l1 l1 α1 = θ1 = f r
r f = 2
55
2.凹镜的成像规律
6
A
B
C
•
B′
A
F
s′
•
A′
B′
A′
s
C
•
F B
s
•
s′
⑶像的特点： ①当物距大于焦距时， 为倒立缩小的实像； 当物距小于焦距时， 为正立放大的虚像.
高中物理奥林匹克竞赛专题----几何光学(共38张PPT)
第6章 几何光学
6.1 几何光学基本规律
几何光学：以光的基本实验定律为基础，研究光的 传播和成像规律的一个重要的实用性分支学科。 6.1.1 光的直线传播
光的直线传播定律：光在均匀介质中沿直线传播。 在描述机械波时，我们用波线表示波的传播方向， 这里，我们用光线表示光的传播方向。
6.1.2 反射定律和折射定律 光在传播的过程中遇到两种介质的分界面时，一部分 光改变方向返回原介质传播，这部分光称为反射光。 反射定律：反射光线总是位于入 射面内，且与入射光线分居在法 线的两侧，入射角等于反射角 。
p
p
物点在主光轴上离球面镜无穷远时，入射光线可看做 近轴平行光线，该物点的像点称为球面镜的焦点。 焦点到球面顶点的距离称为焦距，用f 表示，可知
R f 2
球面反射成像公式又可表示为
1 1 1 p p' f
设物体在垂直于主光轴方向上的高度为 高度为 y ,定义：
y' m y
y
，其像的
为球面反射成像横向放大率
由反射定律和几何关系可以证明
y' p' m y p
m0
表示像是倒立的， m 0 表示像是正立的；
m 1 表示成放大像， m 1 表示成缩小像。
6.3.3 球面反射成像作图法 球面镜成像作图法的三条特殊光线 (1) 平行于主光轴的近轴光线，经凹面镜反射后，反 射光线过焦点；经凸面镜反射后，反射光线的反向延 长线过焦点。 (2) 过焦点（延长线过焦点）的光线，经球面镜反射 后，反射光线平行于主光轴。 (3) 过球面曲率中心的光线，经球面镜反射后按原路 返回。
6.1.3 全反射
当光从光密介质入射到光疏介质的界面上，入射角 达到或大于
6.1 几何光学基本规律
几何光学：以光的基本实验定律为基础，研究光的 传播和成像规律的一个重要的实用性分支学科。 6.1.1 光的直线传播
光的直线传播定律：光在均匀介质中沿直线传播。 在描述机械波时，我们用波线表示波的传播方向， 这里，我们用光线表示光的传播方向。
6.1.2 反射定律和折射定律 光在传播的过程中遇到两种介质的分界面时，一部分 光改变方向返回原介质传播，这部分光称为反射光。 反射定律：反射光线总是位于入 射面内，且与入射光线分居在法 线的两侧，入射角等于反射角 。
p
p
物点在主光轴上离球面镜无穷远时，入射光线可看做 近轴平行光线，该物点的像点称为球面镜的焦点。 焦点到球面顶点的距离称为焦距，用f 表示，可知
R f 2
球面反射成像公式又可表示为
1 1 1 p p' f
设物体在垂直于主光轴方向上的高度为 高度为 y ,定义：
y' m y
y
，其像的
为球面反射成像横向放大率
由反射定律和几何关系可以证明
y' p' m y p
m0
表示像是倒立的， m 0 表示像是正立的；
m 1 表示成放大像， m 1 表示成缩小像。
6.3.3 球面反射成像作图法 球面镜成像作图法的三条特殊光线 (1) 平行于主光轴的近轴光线，经凹面镜反射后，反 射光线过焦点；经凸面镜反射后，反射光线的反向延 长线过焦点。 (2) 过焦点（延长线过焦点）的光线，经球面镜反射 后，反射光线平行于主光轴。 (3) 过球面曲率中心的光线，经球面镜反射后按原路 返回。
6.1.3 全反射
当光从光密介质入射到光疏介质的界面上，入射角 达到或大于
第一讲 几何光学
（1）若已知A和B的折射率分别为 与 。求被测流体F的折射率 的表达式。
（2）若 、 和 均为未知量，如何通过进一步的实验以测出 的值？
分析光线在光纤中传播时，只有在纤芯A与包层B的分界面上发生全反射的光线才能射出光纤的端面，据此我们可以作出相应的光路图，根据光的折射定律及几何关系，最后可求出 。
解:（1）由于光纤内所有光线都从轴上的O点出发，在光纤中传播的光线都与轴相交，位于通过轴的纵剖面内，图1-2-20为纵面内的光路图。设由O点发出的与轴的夹角为α的光线，射至A、B分界面的入射角为i，反射角也为i，该光线在光纤中多次反射时的入射角均为i，射至出射端面时的入射角为α。若该光线折射后的折射角为 ，则由几何关系和折射定可得
解:当最内侧光的入射角α大于或等于反射临界角时，入射光线可全部从B表面射出而没有光线从其他地方透出。
即要求
而
所以
即
故
点评对全反射问题，掌握全反射产生的条件是基础，而具体分析临界条件即“边界光线”的表现是解决此类问题的关键。
例7．普通光纤是一种可传输光的圆柱形细丝，由具有圆形截面的纤芯A和包层B组成，B的折射率小于A的折射率，光纤的端面与圆柱体的轴垂直，由一端面射入的光在很长的光纤中传播时，在纤芯A和包层B的分界面上发生多次全反射。现在利用普通光纤测量流体F的折射率。实验方法如下：让光纤的一端（出射端）浸在流体F中。令与光纤轴平行的单色平行光束经凸透镜折射后会聚在光纤入射端面的中心O。经端面折射进入光纤，在光纤中传播。由于O点出发的光束为圆锥形，已知其边缘光线和轴的夹角为 ，如图1-2-18所示。最后光从另一端面出射进入流体F。在距出射端面 处放置一垂直于光纤轴的毛玻璃屏D，在D上出现一圆形光斑，测出其直径为 ，然后移动光屏D至距光纤出射端面 处，再测出圆形光斑的直径 ，如图1-2-19所示。
（2）若 、 和 均为未知量，如何通过进一步的实验以测出 的值？
分析光线在光纤中传播时，只有在纤芯A与包层B的分界面上发生全反射的光线才能射出光纤的端面，据此我们可以作出相应的光路图，根据光的折射定律及几何关系，最后可求出 。
解:（1）由于光纤内所有光线都从轴上的O点出发，在光纤中传播的光线都与轴相交，位于通过轴的纵剖面内，图1-2-20为纵面内的光路图。设由O点发出的与轴的夹角为α的光线，射至A、B分界面的入射角为i，反射角也为i，该光线在光纤中多次反射时的入射角均为i，射至出射端面时的入射角为α。若该光线折射后的折射角为 ，则由几何关系和折射定可得
解:当最内侧光的入射角α大于或等于反射临界角时，入射光线可全部从B表面射出而没有光线从其他地方透出。
即要求
而
所以
即
故
点评对全反射问题，掌握全反射产生的条件是基础，而具体分析临界条件即“边界光线”的表现是解决此类问题的关键。
例7．普通光纤是一种可传输光的圆柱形细丝，由具有圆形截面的纤芯A和包层B组成，B的折射率小于A的折射率，光纤的端面与圆柱体的轴垂直，由一端面射入的光在很长的光纤中传播时，在纤芯A和包层B的分界面上发生多次全反射。现在利用普通光纤测量流体F的折射率。实验方法如下：让光纤的一端（出射端）浸在流体F中。令与光纤轴平行的单色平行光束经凸透镜折射后会聚在光纤入射端面的中心O。经端面折射进入光纤，在光纤中传播。由于O点出发的光束为圆锥形，已知其边缘光线和轴的夹角为 ，如图1-2-18所示。最后光从另一端面出射进入流体F。在距出射端面 处放置一垂直于光纤轴的毛玻璃屏D，在D上出现一圆形光斑，测出其直径为 ，然后移动光屏D至距光纤出射端面 处，再测出圆形光斑的直径 ，如图1-2-19所示。
几何光学PPT(1)
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
中央部分比边缘部分薄的透镜 凹透镜 （发散）
凹凸透镜 平凹透镜 双凹透镜 平凹透镜 凹凸透镜
r1 0, r2 0 r1 r2
r2 r1 0
r1 0, r2 0
r2 0 r1
r1 0, r2 0 r1 r2
2020年4月10日星期五
f
' o
为光学筒长，即物镜与目镜的间距
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
显微镜的视角放大率
M
'
hi / fe'
So
So
ho / So
fo' fe'
fo fe
h0
Fo
h0´
Fo´
Fe （´ hi
Fe´
（´
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14
F´
当ni＝no 1
p
V
h0
p
1
1
2 hi
pI´
2
1 2 F
p
f´1
F´
2
hi 3
3
2
p´
1
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
大学物理
§11-14 几何光学
光轴：若光学系统由球面组成，各球心的连线在
几何光学PPT【2024版】
只与两种介质有关，折射率
i 介质1
1
分界面
介质2
i2
像 物
13
折射光在入射面内
入射面
n
i1 i1
界面
i2
n1 sin i1 n2 sin i2 Snell定律
Descartes 定律 14
光的色散
• 一束平行的白光（复色光）从一种媒质 （例如真空或空气）射入另一种媒质时， 只要入射角不等于0，不同颜色的光在空间 散开来。
这种情况就是全反射，也称全内反射
30
全反射临界角
• 光线从光密介质射向光疏介质，折射角比
入射角大
•
入射角满足
i1
arcsin
n2 n1
就会出现全反射
• 出现全反射的最小入射角
称作全反射临界角
n1
iC
iC
arcsin
n2 n1
n2
31
4．全反射棱镜
屋脊形五棱镜
67.5
67.5
倒转棱镜(阿米西棱镜） 32
• 根据这一事实，也可以得出这样的结论， 既然在媒质中，光总是沿直线、折线、或 曲线传播，那么就可以用一条几何上的线 来描述和研究光的传播，这就是“光线”。
8
几何光学的局限
• 几何光学是关于光的唯象理论。 • 不涉及光的物理本质。 • 对于光线，是无法从物理上定义其速度的。 • 在几何光学领域，也无法定义诸如波长、
51
n n n n s s r
平行光入射 s n
n
M
n n
r
Q
O
C
Q
r
n
s
s
s nr f n
n n
O
Q
i 介质1
1
分界面
介质2
i2
像 物
13
折射光在入射面内
入射面
n
i1 i1
界面
i2
n1 sin i1 n2 sin i2 Snell定律
Descartes 定律 14
光的色散
• 一束平行的白光（复色光）从一种媒质 （例如真空或空气）射入另一种媒质时， 只要入射角不等于0，不同颜色的光在空间 散开来。
这种情况就是全反射，也称全内反射
30
全反射临界角
• 光线从光密介质射向光疏介质，折射角比
入射角大
•
入射角满足
i1
arcsin
n2 n1
就会出现全反射
• 出现全反射的最小入射角
称作全反射临界角
n1
iC
iC
arcsin
n2 n1
n2
31
4．全反射棱镜
屋脊形五棱镜
67.5
67.5
倒转棱镜(阿米西棱镜） 32
• 根据这一事实，也可以得出这样的结论， 既然在媒质中，光总是沿直线、折线、或 曲线传播，那么就可以用一条几何上的线 来描述和研究光的传播，这就是“光线”。
8
几何光学的局限
• 几何光学是关于光的唯象理论。 • 不涉及光的物理本质。 • 对于光线，是无法从物理上定义其速度的。 • 在几何光学领域，也无法定义诸如波长、
51
n n n n s s r
平行光入射 s n
n
M
n n
r
Q
O
C
Q
r
n
s
s
s nr f n
n n
O
Q
物理光学基础知识ppt课件
04
光源与光谱分析
光源类型及特性
1 2 3
热辐射光源
通过加热物体产生光辐射，如白炽灯、黑体辐射 源等。具有连续的光谱分布，色温与发光体温度 相关。
气体放电光源
利用气体放电产生光辐射，如荧光灯、钠灯等。 光谱分布与放电物质及条件有关，可实现特定波 长的光输出。
激光光源
通过受激辐射产生相干光，具有单色性、方向性 和高亮度等特点。广泛应用于科研、工业、医疗 等领域。
光谱分析原理及方法
光谱分析原理
01
不同物质具有不同的光谱特征，通过对物质发射、吸收或散射
的光进行分析，可以了解物质的成分、结构等信息。
光谱分析方法
02
包括发射光谱分析、吸收光谱分析、拉曼光谱分析、荧光光谱
分析等。各种方法具有不同的特点和适用范围。
光谱仪器
03
常用的光谱仪器有分光光度计、光谱仪、原子发射光谱仪等。
衍射现象
单缝衍射
单色光通过单缝时，在屏幕上形成中央亮纹、两侧明暗相 间的衍射条纹，表明光在传播过程中遇到障碍物或小孔时 会发生偏离直线传播的现象。
圆孔衍射
单色光通过小圆孔时，在屏幕上形成明暗相间的圆环状衍 射条纹，揭示了光的波动性。
泊松亮斑
当单色光照射到不透光的小圆板上时，在圆板后面的屏幕 上会出现一个亮斑，即泊松亮斑，这是光的衍射现象的一 个著名实例。
于携带和使用。
智能化
结合人工智能和机器学习技术 ，实现光学设备的自动化和智 能化操作。
多功能化
将多种光学功能集成在一个设 备上，提高设备的综合性能。
高精度化
提高光学设备的测量精度和稳 定性，满足高精度测量和实验
需求。
06
总结与展望
几何光学物理光学知识点PPT课件
.
25
如图示：红光和紫光沿同一方向射向玻璃半球的球 心，经折射后从球面射出，若红光在玻璃中传播时 间为t红，紫光在玻璃中传播时间为t紫，则a
是 红 光， t红 ＜ t紫（填＞、＜或 =）
ba
解：白光通过三棱镜，发生色散，红光偏折角
最小，紫光偏折角最大．所以a是红光。
t=r/v=rn/c 红光的折射率小，t小。
反射定律
面镜 基
光 源
基 本 折射定律
规 律 全反射
本 光 学 器 件
透镜 棱镜
成 像 规 律
光的传播速度
（物理实质）
色散
.
1
一、光的直线传播： 1. 光的直线传播-----
光在同一种均匀介质中沿直线传播。 本影和半影，日食和月食 2、光的直线传播的现象
（1）小孔成像.
（2）影
定义：在物体的后面光线照不到的区域.
注意：
a. 在光的反射现象中，光路是可逆的， b.不论镜面反射还是漫反射都遵循反射定律
.
7
三．平面镜对光线的控制作用
只改变光束的传播方向，不改变光束的散聚性质． 一个平面镜对光线的控制作用．
（1）平面镜对光线有反射作用，反射光与入射光 遵循反射定律．
（2）一束平行光的情况：入射光方向不变，平面镜 转动α角，反射光转动2α角．
DE即为所求。 （注意箭头）
B
A·
CD
.
E
13
04年全国理综17
17．图中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节。甲、 乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图 所示。二人略错开，以便甲能看到乙的像。以l 表示镜的长度， h 表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l 的最小值
几何光学(课堂PPT)
l
r1 ( r2)
l
近轴条件下，略去 项， h 2
l s l s
n 1hn 1hnhn hn 2hn 2h0 r1 s r1 r2 r2 s
.
34
n2 n1 nn1n2n
s s
r1
r2
薄透镜的物像公式
物方焦距 像方焦距
fsl im sn1 n r1n1n2r 2n
fls i m sn2 n r1n1n2r 2n
.
5
4、物方空间和像方空间：一个成像的光 学系统将空间分成两部分，入射的同心 光束所在的空间为物方空间，出射的同 心光束所在的空间为像方空间。
5、折射率（n)
6、光程
.
6
2.2几何光学的基本定律、定理
1、光在均匀介质中的直线传播定律。 2、光通过两种介质分界面时的反射定律
和折射定律。 3、光的独立传播定律和光路可逆原理。 4、费马（Fermat）原理：两点间光的实际
基础,研究光在透明介质中传播和
成像问题的光学----几何光学
.
1
一、几何光学历史 二、几何光学基本概念、定理、定律 三、光在平面上的反射和折射、全反射 四、光在球面上的反射和折射 五、薄透镜成像
.
2
一、几何光学历史 墨子及其弟子在《墨经》中，记载着光的直线传播（影的形成和
针孔成像等）和光在镜面（凹面和凸面）上的反射等现象，并提 出了一系列经验规律，把物和像的位置及其大小与所用镜面曲率
1、墨克欧阿人联莱子几眼勒系蒙里构·起（哈得得造来增和前所及。著托著视这4有勒《觉6是《密8光作关光研-学用于前学究》做光全了3研了学书光7究详知6》的了尽识），折平的的研射面叙最究现镜述早了象成。记球，像反录面最问对。镜先题欧和测，几抛定指里物了出得面光了和镜通反托的过射勒性两角密质种等关，介于于并质眼对分 2、欧界入睛光面几射是发时角以出里的的球光入得反面线射射形才（角定式能和前律从看折。到光3射源物3角0发体。-出的前；学2反说7射，5光认）线为与光入线射来光自线于同看面到且的入物射体面，垂并直且 3、克于莱界面蒙。得（50-？）和托勒密（90-168） 4、阿沈入括的勒撰研·写究哈的，增《并梦说（溪明9笔了6谈月5》 相-1对 的0光 变3的 化8直规）线 律传 及播 月及 食球 的面成镜 因成 。像做了比较深 5、沈培根括提（出了1用0透31镜-矫1正09视5力）和采用透镜组构成望远镜的想法，并描述了 6、培透镜根焦（点的法位国置。1214-1294）
【精品】物理光学PPT课件(完整版)
物理光学
绪论
1. 物理光学的研究对象和内容
光学是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作 用的学科。
光学
几何光学 物理光学 现代光学
波动光学 量子光学
几何光学：基于“光直线传播”的概念讨论光的传播规律 几何光学三个基本定律（直线传播，折射、反射定律）。
是光波衍射规律的短波近似。
它们在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。
f ( ) 1 cos Ts ( )
在三个坐标轴方向上方向的空间频率为：
fx
cos
fy
cos
fz
cos
f x , f y , fz 又称为三维简谐波固有空间频率 f 的坐标轴分量。
f
2 x
f
2 y
f
2 z
1
2
f
2
光波的空间频率分量反映了波的传播方向， 所以可以根据光的波长和空间频率分量写出 波函数：
I A2 E(r ) E*(r )
此公式也适用于非单色光。
x 2π
O
0 y
-2π
共轭光波，也就是与原复振幅共轭的复振幅所描述的光波。 以图1.5的情形为例，z=0平面上的复振幅为：
E(r ) Aexp(ikx sin )
其中的γ也是入射光波的入射角。 其共轭为：
E*(r) Aexp(ikxsin ) Aexpikxsin( )
波面为球面的波被称为球面波。
理想点光源发出的波为球面波。
一个在真空或各向同性介质中的 理想点光源，它向外发射的光波 是球面光波，等相位面是以点光 源为中心、随着距离的增大而逐 渐扩展的同心球面。
1.3.1 球坐标系中的波动微分方程
球面波具有球对称性，在球坐标系中，球面波的波
绪论
1. 物理光学的研究对象和内容
光学是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作 用的学科。
光学
几何光学 物理光学 现代光学
波动光学 量子光学
几何光学：基于“光直线传播”的概念讨论光的传播规律 几何光学三个基本定律（直线传播，折射、反射定律）。
是光波衍射规律的短波近似。
它们在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。
f ( ) 1 cos Ts ( )
在三个坐标轴方向上方向的空间频率为：
fx
cos
fy
cos
fz
cos
f x , f y , fz 又称为三维简谐波固有空间频率 f 的坐标轴分量。
f
2 x
f
2 y
f
2 z
1
2
f
2
光波的空间频率分量反映了波的传播方向， 所以可以根据光的波长和空间频率分量写出 波函数：
I A2 E(r ) E*(r )
此公式也适用于非单色光。
x 2π
O
0 y
-2π
共轭光波，也就是与原复振幅共轭的复振幅所描述的光波。 以图1.5的情形为例，z=0平面上的复振幅为：
E(r ) Aexp(ikx sin )
其中的γ也是入射光波的入射角。 其共轭为：
E*(r) Aexp(ikxsin ) Aexpikxsin( )
波面为球面的波被称为球面波。
理想点光源发出的波为球面波。
一个在真空或各向同性介质中的 理想点光源，它向外发射的光波 是球面光波，等相位面是以点光 源为中心、随着距离的增大而逐 渐扩展的同心球面。
1.3.1 球坐标系中的波动微分方程
球面波具有球对称性，在球坐标系中，球面波的波
《几何光学基本原理》课件
了解杨氏双缝干涉实验、互补色和干涉条纹 的形成。
2 衍射现象
探索衍射的基本原理及其在实际应用中的重 要性。
光学仪器与光学系统
1
常见光学仪器
了解望远镜、显微镜、光谱仪等常见光学仪器的结构和工作原理。
2
透镜组
探索透镜组的组合方式和成像特性。
光学断层扫描技术及优化
光学断层扫描技术
介绍光学断层扫描技术及其在医学和科学研究中的应用。
几何光学基本原理
欢迎来到《几何光学基本原理》PPT课件。本课程将深入介绍几何光学的概 念和基础原理，帮助您全面了解光线的传播、球面成像和透镜成像等关键概 念。
光的传播和反射
1
直线传播
光线沿着直线路径传播，遵循直线传播原理。
2
反射
光线在反射时遵循入射角等于反射角的定律。
光的折射和球面成像
光的折射
当光线由一种介质射向另一种介 质时，会发生折射。
球面成像
透镜成像原理
球面透镜通过聚焦光线形成图像， 具有不同的分类。
通过透镜将平行光线聚焦成点或 通过透镜将点光源成像。
深入探索透镜和棱镜
透镜的参数
了解透镜的主要参数：焦距、倍率和视场角，对透镜的使用非常重要。
棱镜的分类
光的干涉和衍射现象
1 干涉现象
光学系统的调试与优化
了解调试和优化光学系统的方法，以获得最佳的成像效果。
2 衍射现象
探索衍射的基本原理及其在实际应用中的重 要性。
光学仪器与光学系统
1
常见光学仪器
了解望远镜、显微镜、光谱仪等常见光学仪器的结构和工作原理。
2
透镜组
探索透镜组的组合方式和成像特性。
光学断层扫描技术及优化
光学断层扫描技术
介绍光学断层扫描技术及其在医学和科学研究中的应用。
几何光学基本原理
欢迎来到《几何光学基本原理》PPT课件。本课程将深入介绍几何光学的概 念和基础原理，帮助您全面了解光线的传播、球面成像和透镜成像等关键概 念。
光的传播和反射
1
直线传播
光线沿着直线路径传播，遵循直线传播原理。
2
反射
光线在反射时遵循入射角等于反射角的定律。
光的折射和球面成像
光的折射
当光线由一种介质射向另一种介 质时，会发生折射。
球面成像
透镜成像原理
球面透镜通过聚焦光线形成图像， 具有不同的分类。
通过透镜将平行光线聚焦成点或 通过透镜将点光源成像。
深入探索透镜和棱镜
透镜的参数
了解透镜的主要参数：焦距、倍率和视场角，对透镜的使用非常重要。
棱镜的分类
光的干涉和衍射现象
1 干涉现象
光学系统的调试与优化
了解调试和优化光学系统的方法，以获得最佳的成像效果。
精品物理光学PPT课件(完整版)
实验装置
激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加，形成干涉图样。根据干涉条件，可推 导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时，相位发生变化，当光程差为半波长的奇数 倍时，反射光相互加强，形成亮纹；当光程差为半波长的偶数倍时，反 射光相互减弱，形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波，其振动方向 垂直于传播方向。通过偏 振片可以观察到光的偏振 现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和 方向，光束是由无数条光 线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界 面上会发生反射和折射现 象，遵循反射定律和折射 定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件，可 以改变光线的传播方向。 通过透镜可以形成实像或 虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象 。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现 象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇 时，光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹，反映了光波的振幅 和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同 、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应 用，以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计
激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加，形成干涉图样。根据干涉条件，可推 导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时，相位发生变化，当光程差为半波长的奇数 倍时，反射光相互加强，形成亮纹；当光程差为半波长的偶数倍时，反 射光相互减弱，形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波，其振动方向 垂直于传播方向。通过偏 振片可以观察到光的偏振 现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和 方向，光束是由无数条光 线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界 面上会发生反射和折射现 象，遵循反射定律和折射 定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件，可 以改变光线的传播方向。 通过透镜可以形成实像或 虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象 。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现 象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇 时，光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹，反映了光波的振幅 和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同 、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应 用，以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计
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（2）影
定义：在物体的后面光线照不到的区域.
影 的
本影 光线完全照不到的区域. 在此区域看不到光源.
分 类
只有部分光源能照到的区域， 半影 在此区域只能看到光源的一部分
（应用）日食、月食.
注意：①不可能出现月环食；这是由日、
地、月三者间的距离所决定的；
②月亮全部在地球半影区时不会形成月食。
例1：当地球运行到太阳与月亮之间时就会 发生月食,图给出了地球挡住太阳的影区.当月 球部分进入__B___影区时发生月偏食. 当月球 全部进入__B___影区时, 就会发生月全食.
太阳
地球
A
A B
Ⅲ
例2：当月球运行到太阳和地球之间适当位置时，就
会出现日食（如下图）．在A、B处的人们看到的是 日__偏__食，A处看到的是______图形象，B处看到的 是_Ⅰ___图形象；在C处的人们看到的是__环__食，看到 的是_Ⅱ___图形象．若这时在高空经过D处，看到的则 是日_全__食，看到的是Ⅳ___图形象．
B
A·
CD
E
17．图中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节。甲、 乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图 所示。二人略错开，以便甲能看到乙的像。以l 表示镜的长度， h 表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l 的最小值
为（ ） A
A．
1h 3
B．
1 2
h
C． 3 h 4
O
A
B
两平面镜互成直角,入射光线AB经过两次反射后,反射光线为
CD,今以平面镜的交线为轴,将镜转动10°,两平面镜仍保持直角,
在入射光线保持不变的情况下,经过两次反射后,反射光线为C′D
′,则C′D ′与CD ( )
A
C
A.不相交,同向平行 B.不相交,反向平行
D B
C.相交成20 °角 D.相交成40 °角
D．h
解：画出光路图， M
由相似三角形关系得
l
h
l = h/3
甲
乙
一. 光的折射
1．光的折射定律： （1）折射光线在入射光线和法线所在的平面上，
折射光线和入射光线分居在法线的两侧，
（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数
sin i n
sin
在光的折射现象中，光路也是可逆的。
2. 折射率：（1）光从真空射入某种介质时，入射角的正
弦跟折射角的正弦之比 sin i n
sin
（2）折射率等于光在真空中的速度c 跟光在这种介质中的
速度v之比，n= c/v．
98年高考．如图所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为
d．当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点
B．当桶内油的深度等于桶高一半时，在A点沿AB方向看
去，看到桶底上的C点，C、B相距d/4。由此可得油的折射
A C′
D′
B′
A′
例6：在图中，BC为一障物，BC正上方有一平面镜M ，画出观察者眼睛在A点通过平面镜M能看到BC右边地面 上哪部分的像。
解：先作眼睛A的像A′，
连接A′B交地面于D，交M于D′，连接D′ A。
连接AB延长交M于E′ ，
A′
连接A′ E′延长交地面于E，
D′ E′ M
DE即为所求。 （注意箭头）
i
r
d
1
2
如右图所示,有一个长方形容器, 高为30厘米,宽为40厘米,在容器的底部平放着一把长40厘米 的刻度尺.眼睛在OA延长线上的E点观察,视线沿着EA斜向下 看恰能看到尺的左端零刻度.现保持眼睛的位置不变,向容器 内倒入某种液体且满至容器口,这时眼睛仍沿EA方向观察,恰
能看到尺上20厘米的刻度,则此种液体的折射率为 1.44 .
iE A
γ 30cm
O 20 40cm
．如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，
细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生
反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为 3 ，入射角
几何光学部分
直线传播规律 （几何方法）
反射定律
面镜 基
光 源
基 本 折射定律
规 律 全反射
本 光 学 器 件
透镜 棱镜
成 像 规 律
光的传播速度
（物理实质）
色散
一、光的直线传播： 1. 光的直线传播-----
光在同一种均匀介质中沿直线传播。 本影和半影，日食和月食 2、光的直线传播的现象
（1）小孔成像.
（3）一束发散光的情况：经平面镜反射后，仍是 发散光，且发散程度不变．
平面镜的成像特点 平面镜成等大、正立的虚像，像与物关于 镜面对称．
平面镜成像的作图法：
1、如图所示,a、b、c 三条光线能交于一点S,形成
会聚光束.今在S点前任置一块与3条光线所在平面
垂直的平面镜,将3条线截住,那么( C )
(A)3 条 光 线 的 反 射 光 可 能 交 于 一 点 、 也 可 能 不 交
于一点
(B)3条反射光线一定不
a
交于一点
S
b
(C)3条反射光线一定交于
镜前一点
c S′
(D)3条反射光线的延长线
交于镜后一点
2、一个光源从地面上沿竖直方向将一细束平
行光向上投射到一片和光线垂直的平面 上．平面镜与地面的距离为30m，如果把平 面镜绕水平轴且通过入射点的轴线转过15° 角，则地面上将在距离光源 _1_7_.3_ m处得 一光斑。
注意：
a. 在光的反射现象中，光路是可逆的， b.不论镜面反射还是漫反射都遵循反射定律
三．平面镜对光线的控制作用
只改变光束的传播方向，不改变光束的散聚性质． 一个平面镜对光线的控制作用．
（1）平面镜对光线有反射作用，反射光与入射 光遵循反射定律．
（2）一束平行光的情况：入射光方向不变，平面镜 转动α角，反射光转动2α角．
率n＝
；光在油中传播的速度
v=
．（结果可用根式表示）
解：由几何关系得：BO= 2 d CO= 5 d
2
5
4
A
Sini = 2 Sinr = 5
n=sini / sinr = 10 ／ 2
i
v c 3108 2
O r
n
10
6 10 107 1.9108 m / s
BC
4. 光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光 线平行且有侧向位移。侧向位移的大小跟平行 玻璃砖的厚度及入射角、折射率有关。
例3.如图所示，在高为3.2m处有一点光源S，
在紧靠着光源S处有一小球A以初速υ0作平抛 运动。若在落地点预先放置一竖直屏幕，不
计空气阻力，小球A在屏幕上的影子P作什么
运动?
v0 x C S
P
A
y
B D
X
二. 光的反射定律 反射光线跟入射光线和法线在同一平面
内，反射光线和入射光线分居于法线两侧， 反射角等于入射角。
定义：在物体的后面光线照不到的区域.
影 的
本影 光线完全照不到的区域. 在此区域看不到光源.
分 类
只有部分光源能照到的区域， 半影 在此区域只能看到光源的一部分
（应用）日食、月食.
注意：①不可能出现月环食；这是由日、
地、月三者间的距离所决定的；
②月亮全部在地球半影区时不会形成月食。
例1：当地球运行到太阳与月亮之间时就会 发生月食,图给出了地球挡住太阳的影区.当月 球部分进入__B___影区时发生月偏食. 当月球 全部进入__B___影区时, 就会发生月全食.
太阳
地球
A
A B
Ⅲ
例2：当月球运行到太阳和地球之间适当位置时，就
会出现日食（如下图）．在A、B处的人们看到的是 日__偏__食，A处看到的是______图形象，B处看到的 是_Ⅰ___图形象；在C处的人们看到的是__环__食，看到 的是_Ⅱ___图形象．若这时在高空经过D处，看到的则 是日_全__食，看到的是Ⅳ___图形象．
B
A·
CD
E
17．图中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节。甲、 乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图 所示。二人略错开，以便甲能看到乙的像。以l 表示镜的长度， h 表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l 的最小值
为（ ） A
A．
1h 3
B．
1 2
h
C． 3 h 4
O
A
B
两平面镜互成直角,入射光线AB经过两次反射后,反射光线为
CD,今以平面镜的交线为轴,将镜转动10°,两平面镜仍保持直角,
在入射光线保持不变的情况下,经过两次反射后,反射光线为C′D
′,则C′D ′与CD ( )
A
C
A.不相交,同向平行 B.不相交,反向平行
D B
C.相交成20 °角 D.相交成40 °角
D．h
解：画出光路图， M
由相似三角形关系得
l
h
l = h/3
甲
乙
一. 光的折射
1．光的折射定律： （1）折射光线在入射光线和法线所在的平面上，
折射光线和入射光线分居在法线的两侧，
（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数
sin i n
sin
在光的折射现象中，光路也是可逆的。
2. 折射率：（1）光从真空射入某种介质时，入射角的正
弦跟折射角的正弦之比 sin i n
sin
（2）折射率等于光在真空中的速度c 跟光在这种介质中的
速度v之比，n= c/v．
98年高考．如图所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为
d．当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点
B．当桶内油的深度等于桶高一半时，在A点沿AB方向看
去，看到桶底上的C点，C、B相距d/4。由此可得油的折射
A C′
D′
B′
A′
例6：在图中，BC为一障物，BC正上方有一平面镜M ，画出观察者眼睛在A点通过平面镜M能看到BC右边地面 上哪部分的像。
解：先作眼睛A的像A′，
连接A′B交地面于D，交M于D′，连接D′ A。
连接AB延长交M于E′ ，
A′
连接A′ E′延长交地面于E，
D′ E′ M
DE即为所求。 （注意箭头）
i
r
d
1
2
如右图所示,有一个长方形容器, 高为30厘米,宽为40厘米,在容器的底部平放着一把长40厘米 的刻度尺.眼睛在OA延长线上的E点观察,视线沿着EA斜向下 看恰能看到尺的左端零刻度.现保持眼睛的位置不变,向容器 内倒入某种液体且满至容器口,这时眼睛仍沿EA方向观察,恰
能看到尺上20厘米的刻度,则此种液体的折射率为 1.44 .
iE A
γ 30cm
O 20 40cm
．如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，
细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生
反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为 3 ，入射角
几何光学部分
直线传播规律 （几何方法）
反射定律
面镜 基
光 源
基 本 折射定律
规 律 全反射
本 光 学 器 件
透镜 棱镜
成 像 规 律
光的传播速度
（物理实质）
色散
一、光的直线传播： 1. 光的直线传播-----
光在同一种均匀介质中沿直线传播。 本影和半影，日食和月食 2、光的直线传播的现象
（1）小孔成像.
（3）一束发散光的情况：经平面镜反射后，仍是 发散光，且发散程度不变．
平面镜的成像特点 平面镜成等大、正立的虚像，像与物关于 镜面对称．
平面镜成像的作图法：
1、如图所示,a、b、c 三条光线能交于一点S,形成
会聚光束.今在S点前任置一块与3条光线所在平面
垂直的平面镜,将3条线截住,那么( C )
(A)3 条 光 线 的 反 射 光 可 能 交 于 一 点 、 也 可 能 不 交
于一点
(B)3条反射光线一定不
a
交于一点
S
b
(C)3条反射光线一定交于
镜前一点
c S′
(D)3条反射光线的延长线
交于镜后一点
2、一个光源从地面上沿竖直方向将一细束平
行光向上投射到一片和光线垂直的平面 上．平面镜与地面的距离为30m，如果把平 面镜绕水平轴且通过入射点的轴线转过15° 角，则地面上将在距离光源 _1_7_.3_ m处得 一光斑。
注意：
a. 在光的反射现象中，光路是可逆的， b.不论镜面反射还是漫反射都遵循反射定律
三．平面镜对光线的控制作用
只改变光束的传播方向，不改变光束的散聚性质． 一个平面镜对光线的控制作用．
（1）平面镜对光线有反射作用，反射光与入射 光遵循反射定律．
（2）一束平行光的情况：入射光方向不变，平面镜 转动α角，反射光转动2α角．
率n＝
；光在油中传播的速度
v=
．（结果可用根式表示）
解：由几何关系得：BO= 2 d CO= 5 d
2
5
4
A
Sini = 2 Sinr = 5
n=sini / sinr = 10 ／ 2
i
v c 3108 2
O r
n
10
6 10 107 1.9108 m / s
BC
4. 光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光 线平行且有侧向位移。侧向位移的大小跟平行 玻璃砖的厚度及入射角、折射率有关。
例3.如图所示，在高为3.2m处有一点光源S，
在紧靠着光源S处有一小球A以初速υ0作平抛 运动。若在落地点预先放置一竖直屏幕，不
计空气阻力，小球A在屏幕上的影子P作什么
运动?
v0 x C S
P
A
y
B D
X
二. 光的反射定律 反射光线跟入射光线和法线在同一平面
内，反射光线和入射光线分居于法线两侧， 反射角等于入射角。