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光学复习提纲光学复习提纲第第 一一 章章光光 的的 干干 涉涉1.光波的迭加光波的迭加第一章第一章 光的干涉光的干涉 2 2、两光束相干的三个条件、两光束相干的三个条件 1 1）频率相同；）频率相同；2 2）振动方向相同；）振动方向相同；3 3）在观察时间内两振动的相位差恒定。）在观察时间内两振动的相位差恒定。3 3、普通光源中获取相干光的方法普通光源中获取相干光的方法 A：分波阵面法分波阵面法（从同一波阵面上分出 两部分作为相干光杨氏实验）B：分振幅法分振幅法（次波本身分成两部分，走 过不同光程，重新叠加并发生干涉）4 4、杨氏实验：明暗条纹公式、干涉花样特点、杨氏实验：明暗条纹公式、干涉花样特点相长干涉：相长干涉：，j=0,1,2,.相消干涉：相消干涉：，j=0,1,2,干涉条纹间距：干涉条纹间距：。杨氏实验的干涉花样特点杨氏实验的干涉花样特点：1.干涉花样为明暗相间等距离的直条纹，各级亮干涉花样为明暗相间等距离的直条纹，各级亮纹的光强相等；纹的光强相等；2.2.条纹间距条纹间距 y y与与r r0 0、成正比，与成正比，与d d成反比；成反比；3.白光作为光源，白光作为光源，除中央亮纹外除中央亮纹外，其余各级亮纹，其余各级亮纹都带有颜色，每一级亮纹都是一条从都带有颜色，每一级亮纹都是一条从紫到红紫到红的的彩带。彩带。几种典型的分波阵面法双光束干涉实验：几种典型的分波阵面法双光束干涉实验：1、菲涅耳双面镜干涉实验；、菲涅耳双面镜干涉实验；2、洛埃镜干涉实验。、洛埃镜干涉实验。干涉条纹的可见度：干涉条纹的可见度：半波损失发生的条件：半波损失发生的条件：（1 1）入射光从光疏介质入射到光密介质；入射光从光疏介质入射到光密介质；（2 2）入射角）入射角0 0（垂直入射）或（垂直入射）或9090（掠入射）（掠入射）4.振幅分割法振幅分割法薄膜干涉薄膜干涉(1)光程差公式光程差公式两个反射光波之间的光程差两个反射光波之间的光程差:（考虑额外光程差的场合考虑额外光程差的场合:n1n2n3;n1n3）(2)等倾干涉条纹等倾干涉条纹:(a)等倾条纹的形成等倾条纹的形成:膜厚膜厚 d 恒定恒定只决定于入射角，只决定于入射角，同一级干涉条纹由同一级干涉条纹由 相同入射角的光束干涉形成相同入射角的光束干涉形成图示：面光源照明(b)薄膜等倾条纹的形状薄膜等倾条纹的形状:同心圆族同心圆族(c)等倾条纹分布规律等倾条纹分布规律:i2减小减小 cosi2增大增大:条纹级次条纹级次,内高外低内高外低相邻条纹的间距为相邻条纹的间距为:d越大、相邻条纹的间距越小，即条纹越密。越大、相邻条纹的间距越小，即条纹越密。光程差公式当当d可连续改变，可连续改变，d每增加每增加 时时,干涉干涉条纹中央就条纹中央就涨出涨出一个新的圆条纹。一个新的圆条纹。视场中央视场中央i2 0 h每增加每增加 时，时，j增大一个级次增大一个级次.(3)等厚干涉条纹等厚干涉条纹:(a)光程差公式光程差公式等厚干涉等厚干涉-倾角倾角i2 恒定，恒定，由由d决定决定垂直入射垂直入射(b)劈形膜劈形膜的干涉条纹的干涉条纹相邻条纹间距相邻条纹间距n1nn1e(c)牛顿环牛顿环正入射正入射 cosi2 1,n2=1光程差公式光程差公式中心处中心处 r=0和和亮环半径亮环半径暗环半径暗环半径牛顿环中心是暗点牛顿环中心是暗点牛顿环条纹中央疏边缘密牛顿环条纹中央疏边缘密(d)Michelson 干涉仪干涉仪 暗暗亮亮光程差光程差“空气薄膜空气薄膜”两侧仍为空气两侧仍为空气故无半波损失，干涉条件故无半波损失，干涉条件M2M1M2BCPi2d0（1）考试重点：1、杨氏双缝干涉、等倾干涉、等厚干涉中干涉加强及杨氏双缝干涉、等倾干涉、等厚干涉中干涉加强及减弱的条件，干涉条纹的特点（如条纹间距等）。减弱的条件，干涉条纹的特点（如条纹间距等）。2 2、基本概念：干涉的分类、基本概念：干涉的分类、光程差、半波损失、干涉条光程差、半波损失、干涉条纹可见度、迈克耳干涉仪、牛顿环的基本原理。纹可见度、迈克耳干涉仪、牛顿环的基本原理。3 3、课后作业，及本章例题、课后作业，及本章例题第第 二二 章章光光 的的 衍衍 射射一、惠更斯一、惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 第二章第二章 光的衍射光的衍射 波面波面S S上每一面元上每一面元dSdS都可以看成是发射次波的波都可以看成是发射次波的波源，发出次波，波面前方某一点源，发出次波，波面前方某一点P P的振动可用波的振动可用波面面S S上所有的面积元所发出的次波在该点上所有的面积元所发出的次波在该点叠加后叠加后的合振幅的合振幅来表示。来表示。二、菲涅耳半波带二、菲涅耳半波带任何相邻两波带对应部分任何相邻两波带对应部分所发出次波到达所发出次波到达P P点光程点光程差为差为/2/2，这样环形带称，这样环形带称菲涅耳半波带菲涅耳半波带。三、菲涅耳圆孔衍射三、菲涅耳圆孔衍射半波带个数半波带个数（书上图（书上图2-6）（1 1）k为奇数，则合振幅为第一波带和第为奇数，则合振幅为第一波带和第k k波带波带 的振幅之和的振幅之和亮点亮点；圆屏衍射圆屏衍射：-泊松亮点泊松亮点 （2）k为偶数，则合振幅为第一波带与第为偶数，则合振幅为第一波带与第k波带的波带的振幅之差振幅之差暗点暗点。四、夫琅和费单缝衍射四、夫琅和费单缝衍射1 1、强度公式：、强度公式：中央主极大：中央主极大：；次极大：次极大：，k=1，2，；极极小：小：，k=1，2，3，。2、单缝衍射花样的特点单缝衍射花样的特点(1)(1)各级最大值光强不相等，中央最大值的光强各级最大值光强不相等，中央最大值的光强 最大，依次减弱最大，依次减弱;(2)(2)中央亮纹是两侧亮纹角宽度的两倍中央亮纹是两侧亮纹角宽度的两倍;(3)(3)暗纹是等间距的，而次最大值彼此是不等暗纹是等间距的，而次最大值彼此是不等 距的，不过随着级数距的，不过随着级数k k的增大，次最大值也的增大，次最大值也 将趋于等间距；将趋于等间距；(4)(4)白光入射，各级条纹展开成彩色条纹，靠近白光入射，各级条纹展开成彩色条纹，靠近 轴线端为紫色，外端为红色，中央亮纹仍然轴线端为紫色，外端为红色，中央亮纹仍然 是白色的，其边缘为红色；是白色的，其边缘为红色；五、夫琅和费圆孔衍射五、夫琅和费圆孔衍射 中央亮斑的光强占整个入射光束能量的大部分中央亮斑的光强占整个入射光束能量的大部分-爱里斑爱里斑，它的半角宽度（中心到第一暗纹角距离）：，它的半角宽度（中心到第一暗纹角距离）：六、平面衍射光栅六、平面衍射光栅1 1、衍射强度分布、衍射强度分布光栅强度分布曲线就是光栅强度分布曲线就是被单缝衍射所调制的多缝被单缝衍射所调制的多缝干涉强度分布曲线。干涉强度分布曲线。(1)(1)多缝干涉极大多缝干涉极大：,j=0j=0，1 1，2 2，3 3.，多缝干涉主极大称多缝干涉主极大称光栅谱线光栅谱线.(2)(2)多缝干涉极小：多缝干涉极小：,j j=1=1，2 2，（N-1N-1），），（N+1N+1），），（N+2N+2），），.两两个主极大之间存在了个主极大之间存在了N-1N-1个极小，个极小，N-2N-2次极大。次极大。(3)(3)衍射极小：衍射极小：,k=1，2，.条纹缺级条纹缺级:，mm，2m2m，等等条纹缺级条纹缺级斜入射时，光栅方程：斜入射时，光栅方程：入射和衍射光异侧，取入射和衍射光异侧，取“-”入射和衍射光同侧，取入射和衍射光同侧，取“+”（1）考试重点：1、菲涅耳衍射：圆孔衍射，圆屏衍射的特点、菲涅耳衍射：圆孔衍射，圆屏衍射的特点、爱里斑爱里斑。2 2、夫琅禾费单缝衍射：明暗条纹位置及特点；、夫琅禾费单缝衍射：明暗条纹位置及特点；3 3、光栅衍射：光栅方程、缺级、谱线半角宽度。、光栅衍射：光栅方程、缺级、谱线半角宽度。4 4、基本概念及原理：衍射现象、衍射分类、惠更斯、基本概念及原理：衍射现象、衍射分类、惠更斯-菲涅菲涅耳原理、菲涅耳半波带耳原理、菲涅耳半波带5 5、课后作业，及本章例题、课后作业，及本章例题第第 三三 章章几何光学的基本几何光学的基本原理原理第三章第三章 几何光学的基本原理几何光学的基本原理一、几何光学的基本实验定律几何光学的基本实验定律光在均匀介质中的直线传播定律；光在均匀介质中的直线传播定律；光通过两介质分界面的反射定律和折射定律；光通过两介质分界面的反射定律和折射定律；光的独立传播定律和光路可逆原理。光的独立传播定律和光路可逆原理。二、费马原理二、费马原理三、全反射现象三、全反射现象 光从光密介质在界面折射到光疏介质，当入射光从光密介质在界面折射到光疏介质，当入射角增大到某一临界值角增大到某一临界值 ，全部光线被反射。，全部光线被反射。光沿着光程值为最小、最大或恒定的路程传播。光沿着光程值为最小、最大或恒定的路程传播。三棱镜三棱镜的的最小偏向角：最小偏向角：An2n1EDCB四、新笛卡儿符号法则四、新笛卡儿符号法则顶点（或焦点）为基点，距离顶点（或焦点）为基点，距离左负右正左负右正，以主，以主光轴为基线，距离光轴为基线，距离上正下负上正下负，角度，角度顺正逆负顺正逆负图中图中表注的长度和角度只用正值表注的长度和角度只用正值。五、球面反射五、球面反射1、近轴条件近轴条件近轴条件：近轴条件：（1）物必须离主光轴很近（物点到主光轴距离物必须离主光轴很近（物点到主光轴距离远小于它离球面顶点的距离），物是近轴物；远小于它离球面顶点的距离），物是近轴物；（2 2）由物点射向镜面的光线与主光轴的夹角必由物点射向镜面的光线与主光轴的夹角必须很小，即光线为近轴光线。须很小，即光线为近轴光线。2 2、物像公式、物像公式3、焦点（焦点（F F）与焦距（小写）与焦距（小写f f，焦点坐，焦点坐标标）。）。4 4、横向放大率、横向放大率六、球面折射六、球面折射1 1、物像公式、物像公式2 2、焦点与焦距、焦点与焦距3 3、横向放大率、横向放大率4 4、高斯公式与牛顿公式、高斯公式与牛顿公式 高斯公式高斯公式 牛顿公式牛顿公式七、作图法求像七、作图法求像三条特殊光线是：三条特殊光线是：1、平行于主光轴的入射光线，经球面反射（折、平行于主光轴的入射光线，经球面反射（折射）后的出射光线通过象方焦点；射）后的出射光线通过象方焦点；2、通过物方焦点的入射光线，经球面反射（折、通过物方焦点的入射光线，经球面反射（折射）后的出射光线平行于主光轴；射）后的出射光线平行于主光轴；3、过球面的曲率中心的入射光线，其出射光线方、过球面的曲率中心的入射光线，其出射光线方向不发生改变。向不发生改变。像方焦平面像方焦平面：在近轴条件下，通过像方焦点：在近轴条件下，通过像方焦点F F且与主光轴垂直的平面；且与主光轴垂直的平面；物方焦平面物方焦平面：通过物方焦点：通过物方焦点F F且与主光轴垂直的且与主光轴垂直的平面。平面。八、薄透镜八、薄透镜1 1、成像公式、成像公式2 2、焦点与焦距、焦点与焦距3、横向放大率横向放大率4 4、空气中的薄透镜、空气中的薄透镜（1）考试重点：1、三棱镜三棱镜的的最小偏向角最小偏向角；平面反射的性质；球面反射与折射、薄透镜的成像公式（高斯公式）。2 2、基本概念：费马定理、新笛卡儿符号法则、基本概念：费马定理、新笛卡儿符号法则、横向放大横向放大率、实物、实像、虑物、虚像。率、实物、实像、虑物、虚像。3 3、作图法求物像位置。、作图法求物像位置。4 4、课后作业，及本章例题、课后作业，及本章例题第第 四四 章章光学仪器的基本光学仪器的基本原理原理第四章第四章 光学仪器的基本原理光学仪器的基本原理一、非正常眼的矫正一、非正常眼的矫正1、近视眼的矫正、近视眼的矫正 方法方法：戴凹透镜，使无穷远处的物体经凹透镜发散戴凹透镜，使无穷远处的物体经凹透镜发散成一虚像在有限远处。成一虚像在有限远处。2、远视眼的矫正、远视眼的矫正 方法：方法：戴凸透镜，使放在明视距离处的物体经凸透戴凸透镜，使放在明视距离处的物体经凸透镜后成像在被矫正眼的近点上。镜后成像在被矫正眼的近点上。二二、助视仪器的放大本领、助视仪器的放大本领 线状物通过光学仪器在视网膜上产生长度为线状物通过光学仪器在视网膜上产生长度为l像，直像，直接观察它在助视仪器所成虚像平面上，所成的像长接观察它在助视仪器所成虚像平面上，所成的像长度为度为l，l与与l之比称为之比称为助视仪器的放大本领。助视仪器的放大本领。1 1、放大镜、放大镜2 2、显微镜、显微镜3 3、望远镜望远镜开普勒望远镜：开普勒望远镜：像像是倒立的。是倒立的。伽利略望远镜：像是正立的。伽利略望远镜：像是正立的。三、有效光阑和光瞳三、有效光阑和光瞳1、在所有的光阑中，对限制光束最起作用的那、在所有的光阑中，对限制光束最起作用的那个光阑，称个光阑，称有效光阑有效光阑（或称（或称孔径光阑孔径光阑）。）。2、有效光阑在其前面部分的光具组中所成的像称、有效光阑在其前面部分的光具组中所成的像称为为入射光瞳入射光瞳。3、有效光阑在其后面部分的光具组中所成的像称、有效光阑在其后面部分的光具组中所成的像称为为出射光瞳出射光瞳。4、有效光阑的确定：、有效光阑的确定：先求出每一个给定光阑或透镜边缘在其前面（向先求出每一个给定光阑或透镜边缘在其前面（向着物空间）那一部分光具组所成的像，所有这些着物空间）那一部分光具组所成的像，所有这些像以及第一个透镜边缘对某一指定的物点所张的像以及第一个透镜边缘对某一指定的物点所张的角中，有着最小张角的那个像所对应的光阑就是角中，有着最小张角的那个像所对应的光阑就是该物点的有效光阑。该物点的有效光阑。四、光学仪器的分辨本领四、光学仪器的分辨本领瑞利判据瑞利判据：一个衍射花样主极大正好与另一个：一个衍射花样主极大正好与另一个的第一极小重合，就认为这两个像点刚能分辨，的第一极小重合，就认为这两个像点刚能分辨，即两发光点对入射光瞳中心张角即两发光点对入射光瞳中心张角两发光点刚能分辨。两发光点刚能分辨。1 1、望远镜物镜分辨本领、望远镜物镜分辨本领:与相对孔径成正比。与相对孔径成正比。2 2、显微镜物镜分辨本领：显微镜物镜分辨本领：与数值孔径成正比。与数值孔径成正比。（1）考试重点：1、放大镜、显微镜、望远镜的放大本领。如何矫正视力。如何矫正视力.2 2、基本概念：远点、近点、放大本领、瑞利判据、分辨、基本概念：远点、近点、放大本领、瑞利判据、分辨 本领。本领。3 3、课后作业，及本章例题、课后作业，及本章例题第第 五五 章章光光 的的 偏偏 振振一、偏振光的分类一、偏振光的分类第五章第五章 光的偏振光的偏振 自然光、线偏振光（又称平面偏振光）、部分偏振自然光、线偏振光（又称平面偏振光）、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。偏振度光、圆偏振光和椭圆偏振光。偏振度P的概念。的概念。二、二、马吕斯定律马吕斯定律 P P1 1、P P2 2的夹角为的夹角为，则透射光的强度：，则透射光的强度：I I=A=A2 2coscos2 2=I=I0 0coscos2 2。三、三、布儒斯特布儒斯特定律定律 当入射角满足公式当入射角满足公式i i1 1+i+i2 2=90=90 时，反射光为振时，反射光为振 动垂直于纸面的线偏振光。动垂直于纸面的线偏振光。1 1）当）当i i1 1=0=0，9090 时，反射光仍然是自然光；时，反射光仍然是自然光；2 2）在其他角度，反射光是部分偏振光，且反射）在其他角度，反射光是部分偏振光，且反射 光的平行分量总是小于垂直分量。光的平行分量总是小于垂直分量。光轴与主平面光轴与主平面光沿一些特殊方向传播时不发生双折射现象，光沿一些特殊方向传播时不发生双折射现象，特殊方向任一条直线，叫做特殊方向任一条直线，叫做晶体的光轴晶体的光轴。o光的振动垂直于自己的主平面。光的振动垂直于自己的主平面。e光的振动面平行于自己的主平面。光的振动面平行于自己的主平面。四、四、双折射双折射 五、偏振态的实验检定：只需要区分自然光，部分五、偏振态的实验检定：只需要区分自然光，部分 偏振光和线偏振光偏振光和线偏振光第一步第一步令待检光通过偏振片，旋转偏振片，观察透射光的强度变化令待检光通过偏振片，旋转偏振片，观察透射光的强度变化观察到观察到的现象的现象有消有消光光强度无变化强度无变化强度有变化，但不出现消光强度有变化，但不出现消光结论结论线偏线偏振光振光自然光或圆偏振光自然光或圆偏振光部分偏振光或椭圆偏振光部分偏振光或椭圆偏振光第二步第二步偏振片前插入偏振片前插入/4波波片，旋转偏振片，片，旋转偏振片，观察透射光强度变观察透射光强度变化化偏振片前插入偏振片前插入/4波片，其光波片，其光轴与第一步强度最大方向一轴与第一步强度最大方向一致，旋转偏振片，观察透射致，旋转偏振片，观察透射光强度变化光强度变化观察到观察到的现象的现象强度无强度无变化变化有消光有消光强度有变化，强度有变化，但不出现消光但不出现消光有消光有消光结论结论自然光自然光圆偏振圆偏振光光部分偏振光部分偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光（1）考试重点：1、各种偏振光的检测方法各种偏振光的检测方法;2 2、基本概念：马吕斯定理，、基本概念：马吕斯定理，o o光、光、e e光的特点，主平面光的特点，主平面,布儒斯特定律。布儒斯特定律。3 3、课后作业，及本章例题、课后作业，及本章例题几点希望：几点希望：1 1、希望大家按照提纲至少看书二遍，理解并记、希望大家按照提纲至少看书二遍，理解并记住物理概念；住物理概念；2 2、记住每一章节中的基本公式；、记住每一章节中的基本公式；3 3、仔细复习每节的例题和习题，掌握解题方法；、仔细复习每节的例题和习题，掌握解题方法；4 4、希望大家在考试时，尽量做；能做一步是一步，、希望大家在考试时，尽量做；能做一步是一步，尽量不要空着尽量不要空着.