《光學2》課程教學大綱

《光學2》教學大綱一、課程基本信息課程名稱光學Optics課程編碼SCC521111035開課院部理學院課程團隊光學教學團隊學分3.5課內(nèi)學時56講授56實驗0上機0實踐0課外學時56適用專業(yè)應用物理學授課語言中文先修課程高等數(shù)學（2-1）、高等數(shù)學（2-2）、電磁學課程簡介（必修）《光學》課程是應用物理學專業(yè)的專業(yè)基礎課程，是普通物理學的重要組成部分。主要講授光的本性、光的傳播、光的干涉和衍射、成像、典型光學儀器、光的偏振、光在晶體中的傳播、光的吸收、色散和散射、光與物質(zhì)相互作用、信息光學以及光學知識的應用等內(nèi)容。本課程著重要求學生掌握光學的基本概念和基本規(guī)律，使學生能建立起鮮明的物理圖像。通過本門課程的教學，使學生系統(tǒng)地掌握光學基本原理和基本知識，了解現(xiàn)代光學的發(fā)展概況以及現(xiàn)代光學的基本概念、原理，培養(yǎng)學生分析光學問題和解決光學問題的能力，培養(yǎng)學生的學習興趣，為后續(xù)課程學習和專業(yè)訓練提供必要的準備，并為學生畢業(yè)后從事與物理有關(guān)的科學研究、教學和其它工作打下良好的基礎。Opticsisaprofessionalbasiccourseofappliedphysicsmajorandanimportantpartofgeneralphysics.Itmainlyintroducesthenatureoflight,thespreadoflight,interferenceanddiffractionoflight,imaging,typicalopticalinstruments,thepolarizationoflight,lightinthecrystal,absorption,dispersionandscatteringoflight,interactionbetweenlightandmatter,informationopticsandtheapplicationofopticalknowledge.Asabasiccourse,thiscoursefocusesonthebasicconceptsandbasiclawsofoptics,sothatthestudentscanestablishaclearphysicalimage.Inthecourse,studentscansystematicallymasterthebasicprinciplesandbasicknowledgeofoptics,understandthedevelopmentofmodernopticsandthebasicconceptsandprinciplesofmodernoptics,cultivatetheabilityofanalyzingopticalproblemsandsolvingopticalproblems,andcultivateinterestsinlearningoptics.Aftertheopticscourse,Studentsshouldobtainagoodfoundationforthesubsequentcoursesandprofessionaltraining,andobtaingoodopticalfoundationforscientificresearch,teachingandotherrelatedworkaftergraduation.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1目標1：學生將掌握有關(guān)光的本性、光的傳播、光的波動性和量子性，包括成像、干涉、衍射、偏振、反射和折射、吸收與散射、光與物質(zhì)的相互作用等現(xiàn)象的基本原理、基本規(guī)律和相關(guān)器件，并能夠解釋光的傳播、干涉、衍射、偏振、光與物質(zhì)相互作用的相關(guān)現(xiàn)象。否3.12M2目標2：了解光學在科研、生產(chǎn)和實踐上的應用，了解現(xiàn)代光學的發(fā)展趨向。能夠列舉近現(xiàn)代光學的相關(guān)技術(shù)及基本儀器。能運用光學原理分析光學器件的結(jié)構(gòu)和用途。是3.43.4三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第0章緒論本章重點難點：光的本性。/////20.1光學的研究內(nèi)容和方法光學的研究內(nèi)容和方法。M1,M2,M30.5講授0.5自學資料30.2光學發(fā)展簡史光的本性光學發(fā)展簡史和光的本性。M1,M21講授1自學資料4第一章光的干涉本章重點難點：相干條件，等傾干涉和等厚干涉。/////51.1波動的獨立性、疊加性和相干性電磁波的傳播速度和折射率，光的強度，機械波的獨立性和疊加性，干涉現(xiàn)象是波動的特性，相干與不相干疊加。M12講授2課后作業(yè)61.2由單色波疊加所形成的干涉圖樣相位差和光程差，干涉圖樣的形成。M11講授1課后作業(yè)71.3分波面雙光束干涉光源和機械波源的區(qū)別，獲得穩(wěn)定干涉圖樣的條件，典型的干涉實驗。M11.5講授1.5課后作業(yè)81.4干涉條紋的可見度光波的時間相干性和空間相干性干涉條紋的可見度。光源的非單色性對干涉條紋的影響，光源的線度對干涉條紋的影響。M11講授1課后作業(yè)91.5菲涅耳公式菲涅耳公式，半波損失的解釋。M2,M31講授1自學資料101.6分振幅薄膜干涉（一）——等傾干涉單色點光源引起的干涉現(xiàn)象，單色發(fā)光平面所引起的等傾干涉條紋。M11.3講授1.3課后作業(yè)111.7分振幅薄膜干涉（二）——等厚干涉單色點光源所引起的等厚干涉條紋。M11.5講授1.5課后作業(yè)121.8邁克耳孫干涉儀基本原理，邁克耳孫干涉儀的應用。M11講授1課后作業(yè)131.9法布里-珀羅干涉儀多光束干涉法布里-珀羅干涉儀，多光束干涉。M11.5講授1.5課后作業(yè)141.10光的干涉應用舉例牛頓環(huán)檢查光學元件的表面，測量長度的微小改變，牛頓環(huán)。M1,M2,M31講授和討論1自學資料15第二章光的衍射本章重點難點：惠更斯?-菲涅耳原理的物理意義，夫瑯禾費單縫衍射，平面衍射光柵。/////162.1惠更斯-菲涅耳原理光的衍射現(xiàn)象，惠更斯原理，惠更斯-菲涅耳原理。M11講授1課后作業(yè)172.2菲涅耳半波帶菲涅耳衍射菲涅耳半波帶，合振幅的計算，圓孔的菲涅耳衍射，圓屏的菲涅耳衍射，波帶片。M12講授2課后作業(yè)182.3夫瑯禾費單縫衍射實驗裝置與衍射圖樣的特點，強度的計算，衍射圖樣的光強分布，單縫衍射圖樣的特點。M12講授2課后作業(yè)192.4夫瑯禾費圓孔衍射夫瑯禾費圓孔衍射。M11講授1課后作業(yè)202.5平面衍射光柵實驗裝置和現(xiàn)象的定性解釋，衍射光強分布，干涉和衍射的區(qū)別和聯(lián)系，光柵方程，譜線的半角寬度，譜線的缺級，光柵光譜。M1,M23講授3自學資料21第三章幾何光學的基本原理本章重點難點：符號法則，薄透鏡物像公式。/////223.1光在平面界面上的反射和折射光導纖維光在平面上的反射，全反射，光導纖維。M1,M21講授1自學資料233.2光在球面上的反射和折射符號法則，球面折射對光束單心性的破壞，近軸光線條件下球面折射的物像公式，高斯公式和牛頓公式。M11講授1課后作業(yè)243.3光連續(xù)在幾個球面界面上的折射虛物的概念共軸光具組，逐個球面成像法，虛物的概念。M11講授1課后作業(yè)253.4薄透鏡近軸條件下薄透鏡的成像公式，橫向放大率。M12講授2課后作業(yè)263.5近軸物近軸光線成像的條件近軸物在近軸光線條件下球面反射成像的物像公式。近軸物在近軸光線條件下球面折射成像的物像公式。M1,M22講授2課后作業(yè)27第四章光學儀器的基本原理本章重點難點：望遠鏡，顯微鏡的原理，放大率和分辨本領。/////284.1人的眼睛人眼的結(jié)構(gòu)，簡化眼，人眼的調(diào)節(jié)功能。M10.4講授0.4課后作業(yè)294.2助視儀器的放大本領放大本領的概念，放大鏡。M20.4講授0.4自學資料304.3顯微鏡的放大本領顯微鏡的光路圖，顯微鏡的放大本領。M10.6講授0.6課后作業(yè)314.4望遠鏡的放大本領開普勒望遠鏡，伽利略望遠鏡，反射式望遠鏡。M1,M20.6講授和討論0.6自學資料324.5像差概述像差M1,M21講授1自學資料334.6助視儀器的像分辨本領分辨本領，人眼的分辨本領，望遠鏡物鏡的分辨本領，顯微鏡物鏡的分辨本領。M11講授1課后作業(yè)344.7分光儀器的色分辨本領光柵光譜儀的色分辨本領。M11講授1課后作業(yè)35第五章光的偏振本章重點難點：各種偏振光的產(chǎn)生及鑒別方法。/////365.1自然光與偏振光光的偏振性，自然光與偏振光。M1,M20.5講授0.5自學資料375.2線偏振光與部分偏振光由二向色性產(chǎn)生的線偏振光。M10.5講授0.5課后作業(yè)385.3光通過單軸晶體時的雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象，光軸、主平面，o光和e光的相對強度。M11講授1課后作業(yè)395.4光在晶體中的波面o光和e光在晶體中的波面。M10.5講授0.5課后作業(yè)405.5光在晶體中的傳播方向單軸晶體內(nèi)o光與e光的傳播方向，單軸晶體的主折射率。M10.5講授0.5課后作業(yè)415.6偏振器件波片M11講授1課后作業(yè)425.7橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光的描述，橢圓偏振光和圓偏振光的獲得，自然光改造成橢圓偏振光或圓偏振光。M1,M31.5講授和討論1.5課后作業(yè)435.8偏振態(tài)的實驗檢驗線偏振光的檢驗，圓偏振光和橢圓偏振光的檢驗，補償器。M11講授1課后作業(yè)445.9偏振光的干涉偏振光干涉的實驗裝置，線偏振光干涉的光強分布。M12講授2課后作業(yè)455.10場致雙折射現(xiàn)象及其應用應力光學效應——光彈性效應，電光效應，磁光克爾效應。M1,M22講授2自學資料46第六章光的吸收、散射和色散本章重點難點：光的吸收、散射和色散的現(xiàn)象分析。/////476.1電偶極輻射對反射和折射現(xiàn)象的解釋電偶極輻射，電偶極輻射對反射和折射現(xiàn)象的初步解釋。M1,M21講授1自學資料486.2光的吸收一般吸收和選擇吸收，朗伯定律，吸收光譜。M10.6講授0.6課后作業(yè)496.3光的散射非均勻介質(zhì)中散射的經(jīng)典圖像，散射和反射、漫反射和衍射現(xiàn)象的區(qū)別，瑞利散射，散射光的偏振性，散射光的強度，分子散射。M10.6講授0.6課后作業(yè)506.4光的色散色散的特點，正常色散與反常色散。M1,M22講授2自學資料51第七章光的量子性本章重點難點：光的量子性，光電效應和康普頓散射。/////527.1經(jīng)典輻射定律熱輻射、基爾霍夫定律，黑體輻射，黑體的經(jīng)典輻射定律及其困難。M11講授1課后作業(yè)537.2普朗克輻射公式能量子假說，宇宙輻射背景。M11講授1課后作業(yè)547.3光電效應光電效應及其實驗規(guī)律，光電效應與波動理論的矛盾。M10.7講授0.7課后作業(yè)557.4愛因斯坦的量子解釋愛因斯坦的光子假設及其光電方程，對光電效應的量子解釋，光子的質(zhì)量和動量。M10.3講授0.3課后作業(yè)567.5康普頓效應康普頓效應的實驗規(guī)律，光子理論對康普頓效應的解釋。M10.7講授0.7課后作業(yè)578.3激光的特性譜線寬度，激光的單色性。M1,M21講授1自學資料588.2激光原理粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)，光學諧振腔。M10.7講授0.7課后作業(yè)597.6波粒二象性光的波粒二象性。M1,M2,M30.3講授和討論0.3自學資料60第八章現(xiàn)代光學基礎本章重點難點：激光的基本原理和特性。/////618.1光與物質(zhì)相互作用原子發(fā)光機理，愛因斯坦關(guān)于受激輻射的預言。M10.3講授0.3課后作業(yè)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置3-8道題目。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學生對光學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力題型主要有作圖、分析和計算題。15%2匯報和討論1.每位學生完成1次調(diào)研匯報。2.成績采用百分制，根據(jù)匯報和回答問題情況完成情況評分。3.考核學生對光學知識的掌握和自主學習能力，匯報和答辯能力。10%3大作業(yè)1.本課程共1次編程大作業(yè)和1次文獻調(diào)研大作業(yè)。編程大作業(yè)要求利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具建立研究對象的模型，模擬光學現(xiàn)象中的干涉和衍射等現(xiàn)象；調(diào)研大作業(yè)要求學生完成關(guān)于成像、偏振、光譜儀器及光與粒子相互作用等方面的調(diào)研報告。2.編程大作業(yè)根據(jù)模型建立情況和實驗方案的準確性評分；調(diào)研大作業(yè)根據(jù)學生調(diào)研報告撰寫情況評分。3.考核學生對光學知識的運用及資料收集整理和匯總撰寫能力。10%4期中考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。3.主要考核學生對前半學期光學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有填空題、簡答題、計算題等。15%5期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對光學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、作圖題、分析題、計算題等。50%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)30%A-獨立思考、按時完成，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確。B-獨立思考、按時完成，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確。C-獨立思考、按時完成，解題思路不清晰或步驟不完整或答案不準確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂。2M2匯報和討論50%A-語言表述準確清晰，邏輯合理，結(jié)論準確。回答問題準確。B-語言表述較為準確，邏輯較合理，結(jié)論較準確。回答問題較準確。C-語言表述不準確，或邏輯不合理，或結(jié)論不準確，或不能就所討論問題做出回答。D-匯報表述不清，邏輯不合理，結(jié)論不準確。對所討論問題不能做出合理回答。3M2大作業(yè)50%A-利用Ma