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光學(xué)輔導(dǎo)

來源:酷6 2009-09-09 19:31:27

  光學(xué)包括兩大部分內(nèi)容:幾何光學(xué)和物理光學(xué).幾何光學(xué)(又稱光線光學(xué))是以光的直線傳播性質(zhì)為基礎(chǔ),研究光在煤質(zhì)中的傳播規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科;物理光學(xué)是研究光的本性、光和物質(zhì)的相互作用規(guī)律的學(xué)科.

  一、重要概念和規(guī)律

 。ㄒ唬缀喂鈱W(xué)基本概念和規(guī)律

  1、基本規(guī)律

  光源發(fā)光的物體.分兩大類:點光源和擴展光源.點光源是一種理想模型,擴展光源可看成無數(shù)點光源的集合.光線——表示光傳播方向的幾何線.光束通過一定面積的一束光線.它是溫過一定截面光線的集合.光速——光傳播的速度。光在真空中速度最大。恒為C=3×108m/s。丹麥天文學(xué)家羅默第一次利用天體間的大距離測出了光速。法國人裴索第一次在地面上用旋轉(zhuǎn)齒輪法測出了光這。實像——光源發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)器件后,由實際光線形成的.虛像——光源發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)器件后,由發(fā)實際光線的延長線形成的。本影——光直線傳播時,物體后完全照射不到光的暗區(qū).半影——光直線傳播時,物體后有部分光可以照射到的半明半暗區(qū)域.

  2.基本規(guī)律

 。1)光的直線傳播規(guī)律先在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直線傳播的例證。

 。2)光的獨立傳播規(guī)律光在傳播時雖屢屢相交,但互不擾亂,保持各自的規(guī)律繼續(xù)傳播。

 。3)光的反射定律反射線、人射線、法線共面;反射線與人射線分布于法線兩側(cè);反射角等于入射角。

 。4)光的折射定律折射線、人射線、法織共面,折射線和入射線分居法線兩側(cè);對確定的兩種介質(zhì),入射

  角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一個常數(shù).介質(zhì)的折射串n=sini/sinr=c/v。全反射條件①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì);②入射角大于臨界角A,sinA=1/n。

 。5)光路可逆原理光線逆著反射線或折射線方向入射,將沿著原來的入射線方向反射或折射.

  3.常用光學(xué)器件及其光學(xué)特性

 。1)平面鏡點光源發(fā)出的同心發(fā)散光束,經(jīng)平面鏡反射后,得到的也是同心發(fā)散光束.能在鏡后形成等大的、正立的虛出,像與物對鏡面對稱。

 。2)球面鏡凹面鏡有會聚光的作用,凸面鏡有發(fā)散光的作用.

 。3)棱鏡光密煤質(zhì)的棱鏡放在光疏煤質(zhì)的環(huán)境中,入射到棱鏡側(cè)面的光經(jīng)棱鏡后向底面偏折。隔著棱鏡看到物體的像向項角偏移。棱鏡的色散作用復(fù)色光通過三棱鏡被分解成單色光的現(xiàn)象。

 。4)透鏡在光疏介質(zhì)的環(huán)境中放置有光密介質(zhì)的透鏡時,凸透鏡對光線有會聚作用,凹透鏡對光線有發(fā)散作用.透鏡成像作圖利用三條特殊光線。成像規(guī)律1/u+1/v=1/f。線放大率m=像長/物長=|v|/u。說明①成像公式的符號法則——凸透鏡焦距f取正,凹透鏡焦距f取負(fù);實像像距v取正,虛像像距v取負(fù)。②線放大率與焦距和物距有關(guān).

 。5)平行透明板光線經(jīng)平行透明板時發(fā)生平行移動(側(cè)移).側(cè)移的大小與入射角、透明板厚度、折射率有關(guān)。

  4.簡單光學(xué)儀器的成像原理和眼睛

 。1)放大鏡是凸透鏡成像在。u<f時的應(yīng)用。通過放大餅在物方同地看到正立虛像。

 。2)照相機是凸透鏡成像在u>2f時的應(yīng)用.得到的是倒立縮小施實像。

 。3)幻燈機是凸透鏡成像在f<u<2f時的應(yīng)用。得到的是倒立放大的實像.

 。4)顯微鏡由短焦距的凸透鏡作物鏡,長焦距的透鏡作目鏡所組成。物體位于物鏡焦點外很靠近焦點處,經(jīng)物鏡成實像于目鏡焦點內(nèi)很靠近焦點處。再經(jīng)物鏡在同側(cè)形成一放大虛像(通常位于明視距離處)。

  (5)望遠(yuǎn)鏡由長焦距的凸透鏡作物鏡,轅焦距的〕透鏡作目鏡所組成。極遠(yuǎn)處至物鏡的光可看成平行光,經(jīng)物鏡成中間像(倒立、縮小、實像)于物鏡焦點外很靠近焦點處,恰位于目鏡焦點內(nèi),再經(jīng)目鏡成虛像于極遠(yuǎn)處(或明視距離處)。

 。6)眼睛等效于一變焦距照相機,正常人明視距約25厘米。明視距離小子25厘米的近視眼患者需配戴凹透鏡做鏡片的眼鏡;明視距離大于25厘米的遠(yuǎn)視25者需配戴凸透鏡做鏡片的眼鏡。

 。ǘ┪锢砉鈱W(xué)——人類對光本性的認(rèn)識發(fā)展過程

  (1)微粒說(牛頓)基本觀點認(rèn)為光像一群彈性小球的微粒。實驗基礎(chǔ)光的直線傳播、光的反射現(xiàn)象。困難問題無法解釋兩種媒質(zhì)界面同時發(fā)生的反射、折射現(xiàn)象以及光的獨立傳播規(guī)律等。

 。2)波動說(惠更斯)基本觀點認(rèn)為光是某種振動激起的波(機械波)。實驗基礎(chǔ)光的干涉和衍射現(xiàn)象。

 、賯的干涉現(xiàn)象——楊氏雙縫干涉實驗

  條件兩束光頻率相同、相差恒定。裝置(略)。現(xiàn)象出現(xiàn)中央明條,兩邊等距分布的明暗相間條紋。解釋屏上某處到雙孔(雙縫)的路程差是波長的整數(shù)倍(半個波長的偶數(shù)倍)時,兩波同相疊加,振動加強,產(chǎn)生明條;兩波反相疊加,振動相消,產(chǎn)生暗條。應(yīng)用檢查平面、測量厚度、增強光學(xué)鏡頭透射光強度(增透膜).

  ②光的衍射現(xiàn)象——單縫衍射(或圓孔衍射)

  條件縫寬(或孔徑)可與波長相比擬。裝置(略),F(xiàn)象出現(xiàn)中央最亮最寬的明條,兩邊不等距發(fā)表的明暗條紋(或明暗鄉(xiāng)間的圓環(huán))。困難問題難以解釋光的直進(jìn)、尋找不到傳播介質(zhì)。

 。3)電磁說(麥克斯韋)基本觀點認(rèn)為光是一種電磁波。實驗基礎(chǔ)赫茲實驗(證明電磁波具有跟光同樣的性質(zhì)和波速)。各種電磁波的產(chǎn)生機理無線電波自由電子的運動;紅外線、可見光、紫外線原子外層電子受激發(fā);x射線原子內(nèi)層電子受激發(fā);γ射線原子核受激發(fā)?梢姽獾墓庾V發(fā)射光譜——連續(xù)光譜、明線光譜;吸收光譜(特征光譜。困難問題無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。

 。4)光子說(愛因斯坦)基本觀點認(rèn)為光由一份一份不連續(xù)的光子組成每份光子的能量E=hν。實驗基礎(chǔ)光電效應(yīng)現(xiàn)象。裝置(略)。現(xiàn)象①入射光照到光電子發(fā)射幾乎是瞬時的;②入射光頻率必須大于光陰極金屬的極限頻率ν。;

 、郛(dāng)ν>v。時,光電流強度與入射光強度成正比;④光電子的最大初動能與入射光強無關(guān),只隨著人射光燈中的增大而增大。解釋①光子能量可以被電子全部吸收.不需能量積累過程;②表面電子克服金屬原子核引力逸出至少需做功(逸出功)hν。;③入射光強。單位時間內(nèi)入射光子多,產(chǎn)生光電子多;④入射光子能量只與其頻率有關(guān),入射至金屬表,除用于逸出功外。其余轉(zhuǎn)化為光電子初動能。困難問題無法解釋光的波動性。

  (5)光的波粒二象性基本觀點認(rèn)為光是一種具有電磁本性的物質(zhì),既有波動性。又有粒子性。大量光子的運動規(guī)律顯示波動性,個別光子的行為顯示粒子性。實驗基礎(chǔ)微弱光線的干涉,X射線衍射.

  二、重要研究方法

  1.作圖鋒幾何光學(xué)離不開光路圖。利用作圖法可以直觀地反映光線的傳播,方便地確定像的位置、大小、倒正、虛實以及成像區(qū)域或觀察范圍等.把它與公式法結(jié)合起來,可以互相補充、互相驗證。

  2.光路追蹤法用作圖法研究光的傳播和成像問題時,抓住物點上發(fā)出的某條光線為研究對象。不斷追蹤下去的方法.尤其適合于研究組合光具成多重保的情況。

  3.光路可逆法在幾何光學(xué)中,一所有的光路都是可逆的,利用光路可逆原理在作圖和計算上往在都會帶來方便。

 

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