一、主要概念和紀(jì)律
(一)、幾何光學(xué)根基概念和紀(jì)律
1、根基紀(jì)律
光源 發(fā)光的物體.分兩年夜類：點(diǎn)光源和擴(kuò)展光源.點(diǎn)光源是一種理想模子，擴(kuò)展光源可算作無(wú)數(shù)點(diǎn)光源的集結(jié).光線暗示光傳布標(biāo)的目的的幾何線.光束 經(jīng)由過(guò)程必然面積的一束光線.它是溫過(guò)必然截面光線的集結(jié).光速光傳布的速度。光在真空中速度最年夜。恒為C=3108m/s。丹麥天文學(xué)家羅默第一次操作天體間的年夜距離測(cè)出了光速。法國(guó)人裴索第一次在地面上用扭轉(zhuǎn)齒輪法測(cè)出了光這。實(shí)像光源發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)器件后，由現(xiàn)實(shí)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)現(xiàn)實(shí)光線的延遲線形成的。本影光直線傳布時(shí)，物體后完全照射不到光的暗區(qū).半影光直線傳布時(shí)，物體后有部門(mén)光可以照射到的半明半暗區(qū)域.
2.根基紀(jì)律
(1)光的直線傳布紀(jì)律 先在統(tǒng)一種平均介質(zhì)中沿直線傳布。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直線傳布的例證。
(2)光的自力傳布紀(jì)律 光在傳布時(shí)雖屢屢訂交，但互不侵?jǐn)_，連結(jié)各自的紀(jì)律繼續(xù)傳布。
(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(duì)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(gè)常數(shù). 介質(zhì)的折射串 n=sini/sinr=c/v。全反射前提①光年夜光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì);②入射角年夜于臨界角A，sinA=1/n。
(5)光路可逆事理 光線逆著反射線或折射線標(biāo)的目的入射，將沿著原本的入射線標(biāo)的目的反射或折射.
3.常用光學(xué)器件及其光學(xué)特征
(1)平面鏡 點(diǎn)光源發(fā)出的齊心發(fā)散光束，經(jīng)平面鏡反射后，獲得的也是齊心發(fā)散光束.能在鏡后形成等年夜的、正立的虛出，像與物對(duì)鏡面臨稱。
(2)球面鏡 凹面鏡有會(huì)聚光的浸染，凸面鏡有發(fā)散光的浸染.
(3)棱鏡 光密煤質(zhì)的棱鏡放在光疏煤質(zhì)的情形中，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(xiàng)角偏移。棱鏡的色散浸染 復(fù)色光經(jīng)由過(guò)程三棱鏡被分化成單色光的現(xiàn)象。
(4)透鏡 在光疏介質(zhì)的情形中放置有光密介質(zhì)的透酒癱，凸透鏡對(duì)光線有會(huì)聚浸染，凹透鏡對(duì)光線有發(fā)散浸染.透鏡成像作圖 操作三條非凡光線。成像紀(jì)律1/u+1/v=1/f。線放年夜率m=像長(zhǎng)/物長(zhǎng)=|v|/u。聲名①成像公式的符號(hào)法例凸透鏡焦距f取正，凹透鏡焦距f取負(fù);實(shí)像像距v取正，虛像像距v取負(fù)。②線放年夜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(shí)發(fā)生平行移動(dòng)(側(cè)移).側(cè)移的巨細(xì)與入射角、透明板厚度、折射率有關(guān)。
4.簡(jiǎn)單光學(xué)儀器的成像事理和眼睛
(1)放年夜鏡 是凸透鏡成像在。u(2)攝影機(jī) 是凸透鏡成像在u2f時(shí)的應(yīng)用.獲得的是倒立縮小施實(shí)像。
(3)幻燈機(jī) 是凸透鏡成像在 f
(4)顯微鏡 由短焦距的凸透鏡作物鏡，長(zhǎng)焦距的透鏡作目鏡所組成。物體位于物鏡焦點(diǎn)外很接近焦點(diǎn)處，經(jīng)物鏡成實(shí)像于目鏡焦點(diǎn)內(nèi)很接近焦點(diǎn)處。再經(jīng)物臼ё仝同側(cè)形成一放年夜虛像(凡是位于明視距離處)。
(5)千里鏡 由長(zhǎng)焦距的凸透鏡作物鏡，轅焦距的〕透鏡作目鏡所組成。極遠(yuǎn)處至物鏡的光可算作平行光，經(jīng)物鏡成中心像(倒立、縮小、實(shí)像)于物鏡焦點(diǎn)外很接近焦點(diǎn)處，恰位于目鏡焦點(diǎn)內(nèi)，再經(jīng)目鏡成虛像于極遠(yuǎn)處(或明視距離處)。
(6)眼睛 等效于一變焦距攝影機(jī)，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;明視距離年夜于25厘米的遠(yuǎn)視25者需配戴凸透鏡做鏡片的眼鏡。
(二)物理光學(xué)人類對(duì)光賦性的熟悉成長(zhǎng)過(guò)程
(1)微粒說(shuō)(牛頓) 根基不雅概念 認(rèn)為光像一群彈性小球的微粒。嘗試基本 光的直線傳布、光的反射現(xiàn)象。堅(jiān)苦問(wèn)題 無(wú)法詮釋兩種媒質(zhì)界面同時(shí)發(fā)生的反射、折射現(xiàn)象以及光的自力傳布紀(jì)律等。
(2)波動(dòng)說(shuō)(惠更斯) 根基不雅概念 認(rèn)為光是某種振動(dòng)激起的波(機(jī)械波)。嘗試基本 光的干與和衍射現(xiàn)象。
①個(gè)的干與現(xiàn)象楊氏雙縫干與嘗試
前提 兩束光頻率不異、相差恒定。裝配 (略)。 現(xiàn)象 呈現(xiàn)中心明條，雙方等距分布的明暗相間條紋。詮釋 屏上某處到雙孔(雙縫)的旅程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍(半個(gè)波長(zhǎng)的偶數(shù)倍)時(shí)，兩波同相疊加，振動(dòng)增強(qiáng)，發(fā)生明條;兩波反相疊加，振動(dòng)相消，發(fā)生暗條。應(yīng)用 搜檢平面、測(cè)量厚度、增強(qiáng)光學(xué)鏡頭透射光強(qiáng)度(增透膜).
②光的衍射現(xiàn)象單縫衍射(或圓孔衍射)
前提 縫寬(或孔徑)可與波長(zhǎng)對(duì)比擬。裝配 (略)。現(xiàn)象 呈現(xiàn)中心最亮最寬的明條，雙方不等距揭曉的明暗條紋(或明暗鄉(xiāng)下的圓環(huán))。堅(jiān)苦問(wèn)題 難以詮釋光的直進(jìn)、尋找不到傳布介質(zhì)。
(3)電磁說(shuō)(麥克斯韋) 根基不雅概念 認(rèn)為光是一種電磁波。 嘗試基本 赫茲嘗試(證實(shí)電磁波具有跟光同樣的性質(zhì)和波速)。各類電磁波的產(chǎn)朝氣理 無(wú)線電波 自由電子的行為;紅外線、可見(jiàn)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);射線 原子核受激發(fā)�？梢�(jiàn)光的光譜 發(fā)射光譜持續(xù)光譜、明線光譜;領(lǐng)受光譜(特征光譜。 堅(jiān)苦問(wèn)題 無(wú)法詮釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。
(4)光子說(shuō)(愛(ài)因斯坦) 根基不雅概念 認(rèn)為光由一份一份不持續(xù)的光子組成每份光子的能量E=h。嘗試基本 光電效應(yīng)現(xiàn)象。裝配 (略)�，F(xiàn)象 ①入射光照到光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的;②入射光頻率必需年夜于功夫極金屬的極限頻率
③當(dāng)v。時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比;④光電子的最年夜初動(dòng)能與入射光強(qiáng)無(wú)關(guān)，只跟著人射光燈中的增年夜而增年夜。詮釋 ①光子能量可以被電子全數(shù)領(lǐng)受.不需能量堆集過(guò)程;②概況電子戰(zhàn)勝金屬原子核引力逸出至少需做功勛逸出功)h③入射光強(qiáng)。單元時(shí)刻內(nèi)助射光子多，發(fā)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(dòng)能。 堅(jiān)苦問(wèn)題 無(wú)法詮釋光的波動(dòng)性。
(5)光的波粒二象性 根基不雅概念 認(rèn)為光是一種具有電磁賦性的物質(zhì)，既有波動(dòng)性。又有粒子性。年夜量光子的行為紀(jì)律顯示波動(dòng)性，個(gè)體光子的行為顯示粒子性。嘗試基本 微弱光線的干與，X射線衍射.
二、主要研究體例
1.作圖鋒幾何光學(xué)離不開(kāi)光路圖。操作作圖法可以直不美觀地紡暌鉤光線的傳布，便利地確定像的位置、巨細(xì)、倒正、虛實(shí)以及成像區(qū)域或不雅察看規(guī)模等.把它與公式法連系起來(lái)，可以互相填補(bǔ)、互相驗(yàn)證。
2.光路追蹤法 用作圖法研究光的傳布和成像問(wèn)題時(shí)，抓住物點(diǎn)上發(fā)出的某條光線為研究對(duì)象。不竭追蹤下去的體例.尤其適合于研究組合光具成多重保的情形。
3.光路可逆法 在幾何光學(xué)中，一所有的光路都是可逆的，操作光路可逆事理在作圖和計(jì)較上往在城市帶來(lái)便利。
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