《物理光學(xué)總復(fù)習(xí)》課件

物理光學(xué)總復(fù)習(xí)課程目錄光的性質(zhì)光的直線傳播、反射、折射光的波動(dòng)性光的衍射、干涉、偏振光的量子性光電效應(yīng)、量子光電效應(yīng)光的應(yīng)用激光、全息、光導(dǎo)光的性質(zhì)波動(dòng)性光具有波動(dòng)性，表現(xiàn)為衍射和干涉現(xiàn)象。粒子性光具有粒子性，表現(xiàn)為光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。電磁波光是電磁波，具有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，并且可以傳播能量。光的直線傳播光線光沿直線傳播，意味著光線在均勻介質(zhì)中會(huì)保持直線運(yùn)動(dòng)。陰影物體阻擋光線時(shí)，會(huì)在物體后面形成陰影，證明光沿直線傳播。小孔成像光線通過小孔，會(huì)在光屏上形成倒立的像，也是光沿直線傳播的證明。光的反射1反射定律入射角等于反射角2反射類型鏡面反射和漫反射3反射現(xiàn)象影子、平面鏡成像光的折射1光速變化光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，速度會(huì)發(fā)生改變。2方向改變光線在兩種介質(zhì)的交界面上會(huì)發(fā)生偏折，即折射現(xiàn)象。3折射定律入射角、折射角和兩種介質(zhì)的折射率之間存在特定關(guān)系。光的衍射1定義光波繞過障礙物或孔隙傳播的現(xiàn)象2原理惠更斯原理3現(xiàn)象衍射現(xiàn)象光的干涉1惠更斯原理解釋光的衍射現(xiàn)象2疊加原理兩列波相遇時(shí)振幅疊加3干涉現(xiàn)象兩列波疊加后振幅加強(qiáng)或減弱單縫衍射1光的波動(dòng)性單縫衍射現(xiàn)象證明了光具有波動(dòng)性。2中央亮條紋衍射條紋中央為最亮條紋。3明暗相間中央亮條紋兩側(cè)為明暗相間的衍射條紋。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)光束通過兩條狹縫時(shí)，在屏幕上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為干涉條紋。解釋光波的干涉現(xiàn)象表明光具有波動(dòng)性，兩束光波在相遇時(shí)相互疊加，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。條件干涉現(xiàn)象需要滿足兩個(gè)條件：光源必須是相干光源，兩條狹縫的間距要足夠小。薄膜干涉1薄膜類型常見的薄膜包括肥皂膜、油膜、薄玻璃片等。2干涉現(xiàn)象薄膜上會(huì)觀察到明暗相間的條紋，這是由于光波在薄膜前后表面反射后產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。3應(yīng)用薄膜干涉原理應(yīng)用于光學(xué)儀器、光學(xué)薄膜、光學(xué)濾光片等領(lǐng)域。多縫干涉多縫干涉現(xiàn)象當(dāng)一束光波通過多個(gè)狹縫時(shí)，由于不同狹縫的光波之間的相互干涉，會(huì)在屏上形成明暗相間的干涉條紋。干涉條紋特點(diǎn)多縫干涉的條紋間距比雙縫干涉的條紋間距更窄，且條紋更亮。應(yīng)用多縫干涉原理在光學(xué)儀器中得到廣泛應(yīng)用，例如光柵。全反射1光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光線將完全反射回光密介質(zhì)中2臨界角折射角等于90度的入射角3應(yīng)用光纖通信、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡色散光通過棱鏡時(shí)，不同波長的光發(fā)生不同程度的偏折，從而使白光分離成各種顏色的光。彩虹就是光在雨滴中發(fā)生色散形成的自然現(xiàn)象。鏡頭會(huì)產(chǎn)生色差，即不同波長的光聚焦在不同的位置，導(dǎo)致成像模糊。色差軸向色差不同色光在透鏡上的焦點(diǎn)位置不同。橫向色差不同色光在透鏡上的焦距不同，導(dǎo)致不同色光在成像平面上的位置不同。棱鏡色散1光的色散當(dāng)一束白光照射到棱鏡上時(shí)，由于不同顏色的光在棱鏡中的折射率不同，導(dǎo)致不同顏色的光發(fā)生不同程度的偏折，從而使白光分解成各種顏色的光，這種現(xiàn)象稱為光的色散。2彩虹的形成彩虹的形成也是由于光的色散現(xiàn)象，當(dāng)陽光照射到空氣中的水滴時(shí)，水滴就像一個(gè)小棱鏡，將陽光分解成各種顏色的光，從而形成美麗的彩虹。光的偏振1橫波特性光是一種橫波，其振動(dòng)方向垂直于傳播方向。2偏振光偏振光是振動(dòng)方向受限的光波。3自然光自然光是各種方向振動(dòng)的光波混合，沒有偏振方向。偏振光的產(chǎn)生1反射當(dāng)自然光以一定角度入射到介質(zhì)表面時(shí)，反射光將部分偏振。2折射自然光穿過某些晶體時(shí)，由于晶體對(duì)不同偏振方向的光具有不同的折射率，導(dǎo)致出射光偏振。3散射當(dāng)自然光被小顆粒散射時(shí)，散射光將部分偏振，例如天空的藍(lán)色。4吸收某些物質(zhì)對(duì)不同偏振方向的光具有不同的吸收率，因此可以用來產(chǎn)生偏振光。偏振光的性質(zhì)方向性偏振光的光矢量振動(dòng)方向固定，與非偏振光相比具有方向性。透射性偏振光通過偏振片時(shí)，透射光的強(qiáng)度會(huì)根據(jù)偏振方向發(fā)生變化。偏振光的應(yīng)用偏振光太陽鏡過濾散射光，減少眩光，提高視覺清晰度。偏振光顯微鏡增強(qiáng)圖像對(duì)比度，用于觀察透明物體或晶體結(jié)構(gòu)。偏振光濾鏡控制光線方向，用于攝影、電影和舞臺(tái)照明等領(lǐng)域。激光原理1受激輻射原子躍遷產(chǎn)生光子2光學(xué)諧振腔增強(qiáng)特定波長的光3增益介質(zhì)提供能量放大激光特性方向性強(qiáng)激光光束高度平行，發(fā)散角極小，可傳播很遠(yuǎn)距離而能量衰減很小。亮度高激光的光束集中，能量密度高，遠(yuǎn)大于普通光源。單色性好激光由單一波長組成，具有良好的單色性，可用于精密測(cè)量和光譜分析。相干性好激光光束的各部分光波具有相同的頻率和相位，可用于干涉和衍射等實(shí)驗(yàn)。全息原理1記錄光波全息術(shù)利用光的干涉原理記錄光波的振幅和相位信息。2干涉條紋參考光和物光干涉形成復(fù)雜的干涉條紋，存儲(chǔ)了物體信息。3重建圖像用參考光照射全息圖，重建出物體的三維圖像。全息成像1記錄利用干涉原理，記錄物體光波的信息。2再現(xiàn)用激光照射全息圖，再現(xiàn)物體的真實(shí)圖像。3應(yīng)用全息投影、防偽技術(shù)、三維顯示等。光導(dǎo)原理1全反射光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，入射角大于臨界角時(shí)發(fā)生全反射2光纖結(jié)構(gòu)由纖芯和包層組成，纖芯折射率高于包層3光信號(hào)傳輸光線在纖芯中多次全反射，實(shí)現(xiàn)長距離傳輸光導(dǎo)波導(dǎo)原理利用光的全反射原理，將光束束縛在光纖內(nèi)部，并沿光纖傳輸。類型分為單模光纖和多模光纖，根據(jù)光纖的纖芯直徑和光束模式不同而分類。特點(diǎn)具有高帶寬、低損耗、抗干擾、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域。光纖通訊1高帶寬傳輸速度快，容量大2低損耗信號(hào)衰減小，傳輸距離遠(yuǎn)3抗干擾不受電磁干擾，信號(hào)穩(wěn)定光電效應(yīng)1光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)赫茲在研究電磁波時(shí)觀察到2愛因斯坦的解釋光量子論解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象3光電效應(yīng)的應(yīng)用光電倍增管、光電傳感器等光電效應(yīng)應(yīng)用光電管光電管可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、光電測(cè)量、光電探測(cè)等領(lǐng)域。光電倍增管光電倍增管可以將微弱的光信號(hào)放大，應(yīng)用于天文觀測(cè)、核物理實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。光敏電阻光敏電阻的電阻值會(huì)隨光照強(qiáng)度的變