光學(xué)輔導

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

　　一、重要概念和規律

　�。ㄒ唬�、幾何光學(xué)基本概念和規律

　　1、基本規律

　　光源發(fā)光的物體．分兩大類(lèi)：點(diǎn)光源和擴展光源．點(diǎn)光源是一種理想模型，擴展光源可看成無(wú)數點(diǎn)光源的集合．光線(xiàn)——表示光傳播方向的幾何線(xiàn)．光束通過(guò)一定面積的一束光線(xiàn)．它是溫過(guò)一定截面光線(xiàn)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齒輪法測出了光這。實(shí)像——光源發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)光學(xué)器件后，由實(shí)際光線(xiàn)形成的．虛像——光源發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)光學(xué)器件后，由發(fā)實(shí)際光線(xiàn)的延長(cháng)線(xiàn)形成的。本影——光直線(xiàn)傳播時(shí)，物體后完全照射不到光的暗區．半影——光直線(xiàn)傳播時(shí)，物體后有部分光可以照射到的半明半暗區域．

　　2．基本規律

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

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

　�。�3）光的反射定律反射線(xiàn)、人射線(xiàn)、法線(xiàn)共面；反射線(xiàn)與人射線(xiàn)分布于法線(xiàn)兩側；反射角等于入射角。

　�。�4）光的折射定律折射線(xiàn)、人射線(xiàn)、法織共面，折射線(xiàn)和入射線(xiàn)分居法線(xiàn)兩側；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(gè)常數．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(xiàn)逆著(zhù)反射線(xiàn)或折射線(xiàn)方向入射，將沿著(zhù)原來(lái)的入射線(xiàn)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(diǎn)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(chēng)。

　�。�2）球面鏡凹面鏡有會(huì )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，入射到棱鏡側面的光經(jīng)棱鏡后向底面偏折。隔著(zhù)棱鏡看到物體的像向項角偏移。棱鏡的色散作用復色光通過(guò)三棱鏡被分解成單色光的現象。

　�。�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(shí)，凸透鏡對光線(xiàn)有會(huì )聚作用，凹透鏡對光線(xiàn)有發(fā)散作用．透鏡成像作圖利用三條特殊光線(xiàn)。成像規律1/u+1/v=1/f。線(xiàn)放大率m=像長(cháng)/物長(cháng)=|v|/u。說(shuō)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；實(shí)像像距v取正，虛像像距v取負。②線(xiàn)放大率與焦距和物距有關(guān)．

　�。�5）平行透明板光線(xiàn)經(jīng)平行透明板時(shí)發(fā)生平行移動(dòng)（側移）．側移的大小與入射角、透明板厚度、折射率有關(guān)。

　　4．簡(jiǎn)單光學(xué)儀器的成像原理和眼睛

　�。�1）放大鏡是凸透鏡成像在。u<f時(shí)的應用。通過(guò)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(shí)的應用．得到的是倒立縮小施實(shí)像。

　�。�3）幻燈機是凸透鏡成像在f＜u＜2f時(shí)的應用。得到的是倒立放大的實(shí)像．

　�。�4）顯微鏡由短焦距的凸透鏡作物鏡，長(cháng)焦距的透鏡作目鏡所組成。物體位于物鏡焦點(diǎn)外很靠近焦點(diǎn)處，經(jīng)物鏡成實(shí)像于目鏡焦點(diǎn)內很靠近焦點(diǎn)處。再經(jīng)物鏡在同側形成一放大虛像（通常位于明視距離處）。

　�。�5）望遠鏡由長(cháng)焦距的凸透鏡作物鏡，轅焦距的〕透鏡作目鏡所組成。極遠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(shí)像）于物鏡焦點(diǎn)外很靠近焦點(diǎn)處，恰位于目鏡焦點(diǎn)內，再經(jīng)目鏡成虛像于極遠處（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厘米的遠視25者需配戴凸透鏡做鏡片的眼鏡。

　�。ǘ�）物理光學(xué)——人類(lèi)對光本性的認識發(fā)展過(guò)程

　�。�1）微粒說(shuō)（牛頓）基本觀(guān)點(diǎn)認為光像一群彈性小球的微粒。實(shí)驗基礎光的直線(xiàn)傳播、光的反射現象。困難問(wèn)題無(wú)法解釋兩種媒質(zhì)界面同時(shí)發(fā)生的反射、折射現象以及光的獨立傳播規律等。

　�。�2）波動(dòng)說(shuō)（惠更斯）基本觀(guān)點(diǎn)認為光是某種振動(dòng)激起的波（機械波）。實(shí)驗基礎光的干涉和衍射現象。

　�、賯�(gè)的干涉現象——楊氏雙縫干涉實(shí)驗

　　條件兩束光頻率相同、相差恒定。裝置（略）�，F象出現中央明條，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(cháng)的整數倍（半個(gè)波長(cháng)的偶數倍）時(shí)，兩波同相疊加，振動(dòng)加強，產(chǎn)生明條；兩波反相疊加，振動(dòng)相消，產(chǎn)生暗條。應用檢查平面、測量厚度、增強光學(xué)鏡頭透射光強度（增透膜）．

　�、诠獾难苌洮F象——單縫衍射（或圓孔衍射）

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

　�。�3）電磁說(shuō)（麥克斯韋）基本觀(guān)點(diǎn)認為光是一種電磁波。實(shí)驗基礎赫茲實(shí)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(wú)線(xiàn)電波自由電子的運動(dòng)；紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)原子外層電子受激發(fā)；x射線(xiàn)原子內層電子受激發(fā)；γ射線(xiàn)原子核受激發(fā)�？梢�(jiàn)光的光譜發(fā)射光譜——連續光譜、明線(xiàn)光譜；吸收光譜（特征光譜。困難問(wèn)題無(wú)法解釋光電效應現象。

　�。�4）光子說(shuō)（愛(ài)因斯坦）基本觀(guān)點(diǎn)認為光由一份一份不連續的光子組成每份光子的能量E=hν。實(shí)驗基礎光電效應現象。裝置（略）�，F象①入射光照到光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的；②入射光頻率必須大于光陰極金屬的極限頻率ν。；

　�、郛�ν＞v。時(shí)，光電流強度與入射光強度成正比；④光電子的最大初動(dòng)能與入射光強無(wú)關(guān)，只隨著(zhù)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(guò)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(shí)間內入射光子多，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。其余轉化為光電子初動(dòng)能。困難問(wèn)題無(wú)法解釋光的波動(dòng)性。

　�。�5）光的波粒二象性基本觀(guān)點(diǎn)認為光是一種具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動(dòng)性。又有粒子性。大量光子的運動(dòng)規律顯示波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為顯示粒子性。實(shí)驗基礎微弱光線(xiàn)的干涉，X射線(xiàn)衍射．

　　二、重要研究方法

　　1．作圖鋒幾何光學(xué)離不開(kāi)光路圖。利用作圖法可以直觀(guān)地反映光線(xiàn)的傳播，方便地確定像的位置、大小、倒正、虛實(shí)以及成像區域或觀(guān)察范圍等．把它與公式法結合起來(lái)，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(wèn)題時(shí)，抓住物點(diǎn)上發(fā)出的某條光線(xiàn)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(huì )帶來(lái)方便。