《普通物理四》課程教學(xué)大綱

《普通物理四》課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：0612054課程總學(xué)時(shí)/學(xué)分：64/3.5（其中理論64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)與專業(yè)必修課一、教學(xué)目的和任務(wù)光學(xué)是一門(mén)重要的基礎(chǔ)科學(xué)。本課程是物理與電子科學(xué)系的主干基礎(chǔ)課，它和原子物理、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)等后繼課程有密切關(guān)系。該課程將使學(xué)生在普通物理的范疇內(nèi)系統(tǒng)、全面、深入地掌握光學(xué)的基本理論、基本概念、基本現(xiàn)象和基本分析方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的世界觀、思維方法和創(chuàng)新能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)一系列專業(yè)課程、以及以后報(bào)考研究生或從事光學(xué)或光電子學(xué)相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！敖逃闹饕蝿?wù)不是積累知識(shí)，而是發(fā)展思維。”本課程要做到以人為本，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生作為一切教學(xué)活動(dòng)的主體、出發(fā)點(diǎn)、落腳點(diǎn)和終極目標(biāo)，加強(qiáng)師生互動(dòng)與交流，調(diào)動(dòng)課堂內(nèi)外一切手段，讓學(xué)生生動(dòng)、活潑、主動(dòng)地得到發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的分析思維能力及創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的科學(xué)文化及專業(yè)素質(zhì)。二、教學(xué)基本要求1.要求學(xué)生牢固掌握有關(guān)光的傳播及其本性，包括干涉、衍射、偏振等基本現(xiàn)象、原理和規(guī)律，為后繼課程奠定必要的基礎(chǔ)。并了解它們?cè)诳蒲小⑸a(chǎn)和實(shí)踐上的應(yīng)用。2.要求學(xué)生牢固掌握幾何光學(xué)的基本概念、成象規(guī)律和作圖方法。熟悉典型助視光學(xué)儀器的基本原理。3.使學(xué)生在掌握光學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本知識(shí)和基本技能的基礎(chǔ)上，初步具備分析處理光學(xué)教材和實(shí)際問(wèn)題的能力。要求學(xué)生具有分析和處理中學(xué)物理光學(xué)教材問(wèn)題的能力。4.要求學(xué)生了解現(xiàn)代光學(xué)發(fā)展的趨向，要求對(duì)激光產(chǎn)生的原理和激光器及傅立葉光學(xué)，光通訊等有初步的了解。5.培養(yǎng)學(xué)生在課堂教學(xué)、習(xí)題課及課外作業(yè)中的獨(dú)立思考能力。三、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配緒論（2學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：介紹光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史時(shí)，著重說(shuō)明人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過(guò)程及波動(dòng)說(shuō)和微粒說(shuō)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)上的差別。了解本課的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，了解光學(xué)的發(fā)展過(guò)程和特點(diǎn)。第一章光的干涉（12學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：著重闡明光的相干條件和掌握光程的概念。分析雙光束干涉時(shí)，應(yīng)著重分析光強(qiáng)分布的特征。著重闡明等傾干涉和等厚干涉的基本概念及其應(yīng)用。條紋定域問(wèn)題不作分析。介紹邁克耳孫干涉儀和法布里-珀羅干涉儀的原理及其應(yīng)用，分析法布里-珀羅干涉儀時(shí)，應(yīng)突出多光束干涉的特點(diǎn)。扼要介紹薄膜光學(xué)的內(nèi)容。時(shí)間相干性和空間相干性的概念，可放在激光的相干性中討論。半波損失可用菲涅耳公式解釋，也可機(jī)動(dòng)處理。關(guān)于干涉現(xiàn)象的應(yīng)用，主要介紹鍍膜光學(xué)元件和牛頓環(huán)。教學(xué)內(nèi)容：1．光的波動(dòng)性，光束的獨(dú)立性、疊加性和相干性。2．光程和光程差，實(shí)現(xiàn)相干光束的方法。3．半波損失。4．等傾干涉和等厚干涉。5．邁克耳孫干涉儀。6．多光束干涉,法布里-珀羅干涉儀。教學(xué)重點(diǎn)：光的干涉教學(xué)難點(diǎn)：光程的概念以及光程差和相位差的關(guān)系第二章光的衍射（10學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：本章圍繞惠更斯-菲涅耳原理，講授菲涅耳積分表式的意義。著重闡明夫瑯和費(fèi)單縫衍射和衍射光柵。運(yùn)用解析法推導(dǎo)夫瑯和費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)公式。著重闡明光柵方程的導(dǎo)出及其意義，扼要介紹閃耀光柵。運(yùn)用振幅矢量合成圖介紹菲涅耳(圓孔、圓屏和直邊)衍射中的一種和環(huán)狀波帶片。講授夫瑯和費(fèi)圓孔衍射強(qiáng)度公式時(shí)只提結(jié)論，著重說(shuō)明第一最小值所在位置的重要性。教學(xué)內(nèi)容：1．惠更斯-菲涅耳原理，振幅矢量合成作圖法。2．菲涅耳衍射、波帶片。3．夫瑯禾費(fèi)單縫衍射。4，夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射。5．平面衍射光柵。教學(xué)重點(diǎn)：夫瑯和費(fèi)單縫衍射和衍射光柵教學(xué)難點(diǎn)：解析法推導(dǎo)夫瑯和費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)公式第三章幾何光學(xué)基本原理（10學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：闡明光線、實(shí)象、虛象和虛物等概念。由費(fèi)馬原理導(dǎo)出折射定律。著重闡明薄透鏡的物象公式和任意光線的成象作圖法，這些內(nèi)容應(yīng)配合習(xí)題課加強(qiáng)基本訓(xùn)練。幾何光學(xué)的符號(hào)法則采用新笛卡兒符號(hào)法則。扼要介紹光學(xué)纖維的構(gòu)造及其應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容：1．光線的概念，幾何光學(xué)的應(yīng)用范圍，費(fèi)馬原理。2．單心光束和像散光束，實(shí)像和虛像。3．幾何光學(xué)的基本定律。4．平面反射和折射,棱鏡的最小偏向角,光學(xué)纖維。5．符號(hào)法則，球面反射和折射。6．虛物的概念，薄透鏡。7．理想成像的條件，橫向放大率和光束會(huì)聚比教學(xué)重點(diǎn)：薄透鏡的物象公式教學(xué)難點(diǎn)：費(fèi)馬原理第四章光學(xué)儀器（8學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：本章圍繞衡量光學(xué)儀器特性的三個(gè)本領(lǐng)進(jìn)行教學(xué)，其中著重闡明放大本領(lǐng)和分辨本領(lǐng)，扼要介紹聚光本領(lǐng)。在典型的光學(xué)儀器中，著重介紹望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。并敘述數(shù)值孔徑和相對(duì)孔徑的意義。光度學(xué)中主要介紹光通量、亮度和照度的概念。象差概論中主要介紹球差和色差及其矯正方法。教學(xué)內(nèi)容：1．理想光具組的放大本領(lǐng)。2．入射光瞳和出射光瞳，光度學(xué)和基本概念及其單位，像的亮度和照度，物鏡的聚光本領(lǐng)。3．像差概論。4．助視儀器的成像分辨本領(lǐng)，分光儀器的色分辨本領(lǐng)。5．典型的光學(xué)儀器（放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡和投影儀等）。教學(xué)重點(diǎn)：放大本領(lǐng)、分辨本領(lǐng)和聚光本領(lǐng)教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)值孔徑和相對(duì)孔徑的意義第五章光的偏振（8學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：闡明惠更斯作圖法，說(shuō)明光在單軸晶體中傳播的規(guī)律。介紹布儒斯特定律和馬呂斯定律。闡明自然光、平面偏振光、部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光的概念及其檢定方法。介紹1/4波晶片的功用。教學(xué)內(nèi)容：1．自然光和偏振光，光是橫波，偏振度和部分偏振光。2．反射和折射時(shí)的偏振現(xiàn)象。3．布儒斯特定律，馬呂斯定律。4．光通過(guò)單軸晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象，光軸與主截面，o光和e光。5．偏振儀器。6．橢圓偏振光和圓偏振光，波晶片，偏振光的檢定法。7．偏振光的干涉。8．在應(yīng)力、電場(chǎng)作用下所引起的雙折射。9．旋光現(xiàn)象，振動(dòng)面的磁致旋轉(zhuǎn)。教學(xué)重點(diǎn)：自然光、平面偏振光、部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光的概念及其檢定方法教學(xué)難點(diǎn)：光在單軸晶體中傳播的規(guī)律第六章光的吸收、散射和色散（2學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：定性介紹吸收、散射和色散的經(jīng)典解釋。教學(xué)內(nèi)容：1．光的吸收。比爾定律。2．光的散射，散射光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)之間的關(guān)系，散射光的偏振度,受激散射。3．正常色散和反常色散，色散方程。教學(xué)重點(diǎn)：吸收、散射和色散的經(jīng)典解釋教學(xué)難點(diǎn)：散射和色散第七章光的量子性（6學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：簡(jiǎn)單介紹光速的測(cè)定方法，著重討論光的相速度和群速度。概括介紹量子論的早期發(fā)展過(guò)程。著重講述光的量子性和主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)——光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。教學(xué)內(nèi)容：1．熱輻射，基爾霍夫定律。2．絕對(duì)黑體，絕對(duì)黑體輻射定律。3．普朗克公式。4．光電效應(yīng)，光子，愛(ài)因斯坦方程。5．康普頓效應(yīng)。6．光的波粒二象性。教學(xué)重點(diǎn)：光的量子性和主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)——光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)教學(xué)難點(diǎn)：光的相速度和群速度第八章現(xiàn)代光學(xué)簡(jiǎn)介（4學(xué)時(shí)）教學(xué)要求：重點(diǎn)講述亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，受激發(fā)射光激勵(lì)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，光振蕩等基本概念。在激光器的種類這一節(jié)中，簡(jiǎn)單介紹紅寶石激光器，He-Ne激光器和可調(diào)諧染料激光器。結(jié)合電極化矢量扼要地介紹非線性光學(xué)及其應(yīng)用。定性解釋全息照相的基本原理。結(jié)合實(shí)際適當(dāng)介紹科研前沿的知識(shí)。教學(xué)內(nèi)容：1．激光的基本原理。2．激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用。3．激光器的種類。4．非線性光學(xué)概述。5．全息照相。6．信息光學(xué)簡(jiǎn)介。教學(xué)重點(diǎn)：亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，受激發(fā)射光激勵(lì)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，光振蕩教學(xué)難點(diǎn)：全息照相的基本原理四、推薦教材及參考書(shū)目[1]姚啟鈞原著華東師大《光學(xué)》教材編寫(xiě)組改編.《光學(xué)教程》4版.—北京：高等教育出版社，2008.5[2]母國(guó)光，戰(zhàn)元令.《光學(xué)》第一