《光学教程第一章》课件

《光学教案》课件

第一章：光的传播

1.1 光的传播概述

介绍光是一种电磁波，能够在真空中传播。

解释光的传播速度为每秒约300,000公里。

1.2 光的传播方式

讨论光的直线传播和反射、折射现象。

解释光的反射定律和折射定律。

1.3 光的传播应用

探讨光在日常生活和科技领域的应用，如光纤通信、太阳能等。

第二章：光的波动性

2.1 光的波动性概述

介绍光的波动性是光的本质特性之一。

解释光的波长、频率和速度之间的关系。

2.2 光的干涉和衍射

讨论干涉现象，如双缝干涉和杨氏实验。

解释衍射现象，如光的圆孔衍射和狭缝衍射。

2.3 光的偏振

介绍光的偏振现象，即光的电场矢量在特定平面上的振动。

探讨偏振光的应用，如偏振片和偏振光显微镜。

第三章：光的颜色和光谱

3.1 光的颜色概述 介绍光的颜色是由光的波长决定的。

解释光的可见光谱是由红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫色组成的。

3.2 光谱的分类

讨论连续光谱、发射光谱、吸收光谱和反射光谱的概念。

探讨光谱分析在科学研究中的应用，如光谱仪器的使用。

3.3 光的合成和分解

介绍光的合成是指两种或多种颜色的光混合后产生新的颜色的现象。

解释光的分解是指白光通过三棱镜分解成七种颜色的光谱。

第四章：光的折射和透镜

4.1 光的折射概述

介绍光从一种介质进入另一种介质时速度的变化导致方向的改变。

解释折射定律，即入射角和折射角之间的关系。

4.2 透镜的分类和性质

讨论凸透镜和凹透镜的形状和焦距的概念。

探讨透镜对光线的聚焦和发散作用。

4.3 透镜的应用

介绍透镜在日常生活和科技领域的应用，如眼镜、显微镜和望远镜等。

第五章：光学成像

5.1 成像的基本原理

介绍光的传播和反射、折射现象在成像中的作用。

解释实像和虚像的概念。

5.2 凸透镜成像 讨论凸透镜成像的规律，如物距和像距的关系。

探讨凸透镜成像的应用，如照相机和投影仪等。

5.3 凹透镜成像

第五章 光的干涉

5－1 波长为589.3nm的钠光照射在一双缝上，在距双缝200cm的观察屏上测量20个条纹共宽3cm，试计算双缝之间的距离。

解：由题意，条纹间距为：cme15.0203

∴双缝间距为：meDd391079.015.0103.589200

5－2 在杨氏干涉实验中，两小孔的距离为1.5mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长1＝650nm和2＝532nm的两种光波，试求两光波分别形成的条纹间距以及两组条纹的第8级亮纹之间的距离。

解：对于1＝650nm的光波，条纹间距为：

mdDe339111043.0105.1106501

对于2＝532nm的光波，条纹间距为：

mdDe339221035.0105.1105321

∴两组条纹的第8级条纹之间的距离为：

meex3211064.0)(8

5－3 一个长40mm的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳定的干涉条纹系，继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了30个条纹。已知照射光波波长为656.28nm，空气折射率为1.000276，试求注入气体的折射率ng。

解：气室充入空气和充气体前后，光程的变化为： Dng)000276.1(

而这一光程变化对应于30个波长： 30

∴30)1(Dng

000768.1000276.110401028.6563039gn

5－4 在菲涅耳双面镜干涉实验中，光波长为600nm，光源和观察屏到双面镜交线的距离分别为0.6m和1.8m，双面镜夹角为10－3rad，求：（1）观察屏上的条纹间距；（2）屏上最多能看到多少亮条纹？

解：如图所示，S1S2的距离为：sin2ld

第三章 光学仪器基础

3－1 一个年龄50岁的人，近点距离为－0.4m，远点距离为无限远，试求他的眼睛的调节范围。

解：5.24.011PRAD

3－2 某人在其眼前2m远的物看不清，问需要配怎样光焦度的眼镜才能使其眼恢复正常？另一个人对在其眼前0.5m以内的物看不清，问需要配上怎样光焦度的眼镜才能使其眼恢复正常？

解：第一个人是近视眼，所需眼镜的光焦度为：5.021D

第二个人是远视眼，所需眼镜的光焦度为：25.0125.01D

3－3 迎面而来的汽车的两个头灯其相距为1m，问汽车在离多远时它们刚能为人眼所分辨？假定人眼瞳孔直径为3mm，光在空气中的波长为0.5μm。

解：眼睛的极限分辨角为：radDe336102033.0103105.022.122.1

设汽车在离人眼lm远时刚能被人眼所分辨，则两车灯对人眼所张的角度为：

ell222/1arctan2

∴8.49181elm

3－4 有一焦距为50mm，口径为50mm的放大镜，眼睛到它的距离为125mm，求放大镜的视放大率和视场。

解：视放大率为：550250250f

线视场为：2012552505005002dhymm

∴视场为：62.225010arctan222arctan22fy

3－5 要求分辨相距0.000375mm的二点，用55.0μm的可见光斜照明，试求此显微镜的数值孔径。若要求二点放大后的视角为2，则显微镜的视放大率等于多少？

解：数值孔径为：7333.0000375.000055.05.05.00NA 人眼放在明视距离处直接观察这两点时，其张角为：

6105.1250000375.0tan

∴视放大率为：7.386105.12tantantan6

2-1 在杨氏实验中，用波长为的氦氖激光束垂直照射到间距为1.00mm的两个小孔上，小孔至屏幕的垂直距离为100cm. 试求在下列两种情况下屏幕上干涉条纹的间距： (1)整个装置放在空气中；(2)整个装置放在n=的水中.

解： 设两孔间距为d，小孔至屏幕的距离为D，装置所处介质的折射率为n，则两小孔出射的光到屏幕的光程差为

21()sinxnrrndndD

所以相邻干涉条纹的间距为

Dxdn

（1） 在空气中时，n＝1。于是条纹间距为

10431.06328106.3210(m)1.010Dxd

（2） 在水中时，n＝。条纹间距为

10431.06328104.7510(m)1.0101.33Dxdn

,

2-2 在杨氏干涉装置中，双缝至屏幕的垂直距离为2.00m. 测得第10级干涉亮纹至中央亮纹之间的距离为3.44cm，双缝间距为0.342mm， 试求光源的单色光波长.

解：在杨氏干涉装置中，两束相干光的光程差为:

sinxddD

根据出现亮条纹的条件0k，对第10级亮条纹，k取10，于是有:

010Dxd

带入数据得:

0231021044.310342.0

由此解出:

nm24.5880

|

2-4

因为：jDxddsin

所以：jDxd )(102.24mdjDx

2-5 用很薄的云母片(n=覆盖在双缝干涉实验装置的一条缝上，观察到干涉条纹移动了9个条纹的距离，光源的波长为 nm，试求该云母片的厚度。

解：设云母片厚度为h，覆盖在双缝中的1r光路上，此时两束相干光的光程差为:

21()(1)xrrhnhdnhkD

当没有覆盖云母片，两束相干光的光程差为:

-

21xrrdkD

因为条纹移动了9个，则: