光學(xué)教學(xué)大綱

《光學(xué)》課程教學(xué)大綱（54課時(shí)）（理論課程）一課程闡明（一）課程概況課程中文名稱：《光學(xué)》課程英文名稱：Optics課程編碼：開課學(xué)院：理學(xué)院合用專業(yè)/開課學(xué)期：物理學(xué)/第三學(xué)期學(xué)分/周課時(shí)：3/3《光學(xué)》是物理學(xué)本科專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修基礎(chǔ)課程，是一般物理學(xué)的一種重要構(gòu)成部分，是研究光的本性、光的傳播及光和物質(zhì)的互相作用的基礎(chǔ)學(xué)科，它和《原子物理學(xué)》、《電動(dòng)力學(xué)》和《量子物理學(xué)》等后繼課程有著親密聯(lián)絡(luò)。激光的出現(xiàn)和發(fā)展使光學(xué)的研究進(jìn)入了一種嶄新的階段，愈加擴(kuò)大了光學(xué)在高科技領(lǐng)域、生產(chǎn)和國防上的應(yīng)用。先修課程：高等數(shù)學(xué)、電磁學(xué)（二）課程目的1.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)。并理解它們?cè)诳蒲?、生產(chǎn)和實(shí)踐上的應(yīng)用。2.牢固掌握幾何光學(xué)的基本概念、成像規(guī)律和作圖措施。熟悉經(jīng)典助視光學(xué)儀器的基本構(gòu)造及原理。3.理解現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展概況以及現(xiàn)代光學(xué)的基本概念、原理，研究的措施、手段，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的愛好。4.培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科學(xué)探究能力和分析處理問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、勇于探究的科學(xué)精神和辯證唯物主義世界觀。（三）課時(shí)分派章（專題）重要內(nèi)容理論課時(shí)1光的干涉（含緒論）102光的衍射83光的偏振84幾何光學(xué)基礎(chǔ)105光學(xué)儀器基本原理86光的吸取、色散和散射47光的量子性48現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)2二教學(xué)措施和手段以啟發(fā)式教學(xué)為主，運(yùn)用多媒體輔助教學(xué)，同步開展課堂討論、課外自學(xué)、學(xué)生課外查閱文獻(xiàn)理解學(xué)科前沿，結(jié)合課程內(nèi)容完畢課程論文等多種形式教學(xué)。三教學(xué)內(nèi)容第一章（含緒論）

光的干涉（10課時(shí)）一、教學(xué)目的理解光學(xué)研究的內(nèi)容和研究措施；懂得光學(xué)發(fā)展歷程；理解相干疊加和非相干疊加的區(qū)別聯(lián)絡(luò)；理解光的相干條件和光的干涉定義；理解干涉條紋的可見度以及空間相干性和時(shí)間相干性對(duì)可見度的影響；掌握光程差和相位差之間的關(guān)系；掌握分波面干涉裝置的干涉強(qiáng)度分布的基本規(guī)律，即干涉條紋的間距和干涉條紋的形狀；掌握分振幅法等傾干涉條紋的條紋特性和光強(qiáng)分布及其應(yīng)用；掌握分振幅等厚干涉的條紋特性和光強(qiáng)分布及其應(yīng)用；掌握邁克爾孫干涉儀和法布里干涉儀的基本原理及其應(yīng)用。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：相干條件，以及分振幅和分波面干涉裝置及干涉光強(qiáng)分布。難點(diǎn)：薄膜干涉和多光束干涉。三、重要內(nèi)容光學(xué)的研究內(nèi)容和措施，光學(xué)發(fā)展史；波動(dòng)的獨(dú)立性、疊加性和相干性；光程和光程差，實(shí)現(xiàn)相干光束的措施；半波損失；等傾干涉和等厚干涉；邁克耳孫干涉儀；多光束干涉,法布里-珀羅干涉儀。第二章

光的衍射（8課時(shí)）一、教學(xué)目的理解光的衍射現(xiàn)象，并注意辨別菲涅爾衍射和夫瑯和費(fèi)衍射；理解衍射現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)-----惠更斯-菲涅爾原理；理解波帶片的原理和應(yīng)用；掌握夫瑯禾費(fèi)單縫衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律，明確的物理意義；掌握夫瑯禾費(fèi)園孔衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律，明確公式的物理意義，和艾里斑的半角寬度計(jì)算；純熟掌握平面衍射光柵的基本原理和應(yīng)用，理解光柵的分光原理，掌握光柵方程、缺級(jí)和譜線半角寬度的概念和計(jì)算；理解晶體的X射線衍射布喇格方程的意義；二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：惠更斯—菲涅耳原理的物理意義、夫瑯和費(fèi)單縫衍射、平面衍射光柵難點(diǎn)：用菲涅耳積分公式定量計(jì)算光強(qiáng)分布三、重要內(nèi)容惠更斯-菲涅爾原理；菲涅爾衍射，波帶片；夫瑯禾費(fèi)單縫衍射；夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射；平面衍射光柵；晶體對(duì)x射線的衍射。第三章

光的偏振（8課時(shí)）一、教學(xué)目的理解偏振光和自然光的表觀區(qū)別和內(nèi)在聯(lián)絡(luò)；理解光的偏振現(xiàn)象是光的橫波性最直接和最有力的試驗(yàn)證據(jù)；明確單軸晶體的光軸、主截面和振動(dòng)面的意義；尋常光和非常光的性質(zhì)；掌握單軸晶體中的惠更斯作圖法確定光在單軸晶體中的傳播方向；理解應(yīng)用反射或折射、尼科耳棱鏡、晶體的雙折射和具有二向色性的人造偏振片等產(chǎn)生平面偏振光；掌握布儒斯特定律和馬呂斯定律；掌握產(chǎn)生線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光的條件。明確1/4波片和/2波片的功用；學(xué)會(huì)用波片和檢偏器來產(chǎn)生和鑒定多種偏振光的原理和措施；分析偏振光干涉光強(qiáng)的計(jì)算；理解光彈效應(yīng)、電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)及旋光現(xiàn)象及應(yīng)用。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：多種偏振光的產(chǎn)生及鑒別措施。難點(diǎn)：多種光通過波片偏振態(tài)的變化，橢圓偏振光的形成及鑒別。三、重要內(nèi)容自然光和偏振光，光是橫波，偏振度和部分偏振光；反射和折射時(shí)的偏振現(xiàn)象；布儒斯特定律，馬呂斯定律；光通過單軸晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象，光軸與主截面，o光和e光；偏振儀器；橢圓偏振光和圓偏振光，波晶片，偏振光的檢定法；偏振光的干涉；在應(yīng)力、電場(chǎng)作用下所引起的雙折射；旋光現(xiàn)象，振動(dòng)面的磁致旋轉(zhuǎn)。第四章

幾何光學(xué)基礎(chǔ)（10課時(shí)）一、教學(xué)目的掌握光線和光束的概念；理解物和象的概念、掌握虛物和虛象的實(shí)質(zhì)；理解費(fèi)馬原理在幾何光學(xué)中的地位和作用；掌握幾何光學(xué)中的新笛卡兒符號(hào)法則；掌握曲面反射、曲面折射及薄透鏡成像的物象公式；掌握幾何光學(xué)的光線作圖法求解單球面折射和薄透鏡的成象問題；理解理想光具組的基點(diǎn)和基面的意義。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：費(fèi)馬原理、符號(hào)法則、薄透鏡物象公式和作圖求像法。難點(diǎn)：符號(hào)法則的對(duì)的使用、共軸球面系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面。三、重要內(nèi)容光線的概念，幾何光學(xué)的應(yīng)用范圍，費(fèi)馬原理；單心光束和像散光束，實(shí)像和虛像；幾何光學(xué)的基本定律；平面反射和折射,棱鏡的最小偏向角,光學(xué)纖維；符號(hào)法則，球面反射和折射；虛物的概念，薄透鏡；理想成像的條件，橫向放大率和光束會(huì)聚比；同軸球面光具組的基點(diǎn)和基面，薄透鏡的組合。第五章

幾何光學(xué)儀器的基本原理（8課時(shí)）一、教學(xué)目的理解人眼的構(gòu)造以及非正常眼的形成原因及矯正措施；領(lǐng)悟視角的物理意義；領(lǐng)悟助視儀器的放大本領(lǐng)的物理意義，區(qū)別角放大率與放大本領(lǐng)；掌握放大鏡、目鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)的計(jì)算；理解光闌在光學(xué)儀器的作用和地位；學(xué)會(huì)有效光闌，入射光瞳和出射光瞳的計(jì)算；理解光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光照度和光亮度的概念及其單位，尤其是作為七個(gè)基本物理量之一的發(fā)光強(qiáng)度的單位---坎德拉；理解球差和色差的形成與矯正。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡的原理、放大本領(lǐng)和辨別本領(lǐng)。難點(diǎn)：有效光闌，入射光瞳和出射光瞳的計(jì)算，光學(xué)儀器的聚光本領(lǐng)。三、重要內(nèi)容理想光具組的放大本領(lǐng)；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)；像差概論；助視儀器的成像辨別本領(lǐng)，分光儀器的色辨別本領(lǐng)；經(jīng)典的光學(xué)儀器（放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡和投影儀等）。第六章

光的吸取、散射和色散（4課時(shí)）一、教學(xué)目的理解電偶極輻射對(duì)光的反射和折射現(xiàn)象的解釋；理解從能量的觀點(diǎn)研究光的吸取現(xiàn)象所遵照的朗伯定律；理解瑞利散射，會(huì)用瑞利定律解釋某些常見的光學(xué)現(xiàn)象；理解正常色散和反常色散的特點(diǎn)。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：光的吸取、散射和色散的現(xiàn)象分析。難點(diǎn)：電偶極子模型。三、重要內(nèi)容光的吸取，比爾定律；光的散射，散射光的強(qiáng)度和波長之間的關(guān)系，散射光的偏振度,受激散射；正常色散和反常色散，色散方程。第七章

光的量子性（4課時(shí)）一、教學(xué)目的理解群速度的概念；理解光的量子性；領(lǐng)悟光的量子性的重要證據(jù)-----光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)，理解光的波粒二象性。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：光的量子性和重要的試驗(yàn)證據(jù)——光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。難點(diǎn)：光的群速度和相速度。三、重要內(nèi)容光速的測(cè)量法，光速的不變性；相速和群速；熱輻射，基爾霍夫定律；絕對(duì)黑體，絕對(duì)黑體輻射定律；普朗克公式；光電效應(yīng)，光子，愛因斯坦方程；康普頓效應(yīng)；光的波粒二象性。第八章

現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)（2課時(shí)）一、教學(xué)目的理解有關(guān)激光的亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，受激發(fā)射光鼓勵(lì)、粒子數(shù)目反轉(zhuǎn)、光振蕩等基本概念；理解激光的特性和應(yīng)用；理解全息攝影的基本原理；二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：激光的特性難點(diǎn)：全息攝影的基本原理三、重要內(nèi)容激光的基本原理；激光的特點(diǎn)及其應(yīng)用；全息攝影；四考核措施（一）考核方式：閉卷（二）評(píng)分措施：平時(shí)成績占50%，期末考核占50%。平時(shí)成績考核措施考勤：20%,作業(yè)：30%，課堂提問：10%，課外自學(xué)：10%，創(chuàng)新：30%。五教材及重要參照書目（一）教材：姚啟鈞.光學(xué)教程（第四版）[M