大学物理下--光学复习
大学光学重要知识点总结
大学光学重要知识点总结一、光的传播1. 光的波动理论光的波动理论是光学的基础理论之一。
光是一种电磁波，具有波长、频率和振幅等特性。
根据光的波动理论，光在空间中传播时会呈现出各种波动现象，如衍射、干涉等。
2. 光的速度光的速度是一个常数，即光速。
经典物理学认为，光在真空中的速度为3.00×10^8m/s，而在介质中的速度会略有变化。
3. 光的直线传播根据光的波动理论，光在各种介质中传播时会呈现出一定的直线传播特性，这是光学成像等现象的基础。
4. 光的衍射光的衍射是光在传播过程中遇到障碍物或小孔时发生的波动现象。
衍射现象是由光的波动特性决定的，可用于解释光的散射、干涉等现象。
二、光的折射1. 光的折射定律光的折射定律是光学的重要定律之一。
它描述了光线在两种介质之间传播时，入射角和折射角之间的关系。
根据折射定律，入射角和折射角满足一个固定的比例关系，即折射率的比值。
2. 光的全反射当光线从折射率较高的介质射向折射率较低的介质时，当入射角达到一定的临界角时，光线将会全部反射回原介质中，这种现象称为全反射。
3. 光的偏振光是一种横波，它的振动方向对于传播方向是垂直的。
当光线在某些条件下只有一个振动方向时，称为偏振光。
三、光的干涉1. 光的干涉现象光的干涉是光学领域中一个重要的现象。
当两束相干光线叠加在一起时，它们会产生明暗条纹的干涉现象。
这种现象是由光的波动特性决定的。
2. 干涉条纹的特性干涉条纹呈现出一定的规律性，包括等倾干涉和等厚干涉等。
在实际应用中，可以通过观察干涉条纹来测量光的波长、介质的折射率等。
3. 干涉仪的应用干涉仪是利用光的干涉现象来测量各种参数的仪器，包括菲涅尔双镜干涉仪、迈克尔逊干涉仪等。
它们在科学研究和工程应用中有着广泛的应用。
四、光的衍射1. 光的衍射现象光的衍射是光学的另一个重要现象。
当光线遇到障碍物或小孔时，会呈现出一系列的衍射现象，包括菲涅耳衍射、费涅尔-基尔霍夫衍射等。
大学物理光学知识点归纳总结
大学物理光学知识点归纳总结光学是物理学的一个重要分支，研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象和定律。
在大学物理教学中，光学是不可或缺的一部分。
本文将对大学物理中的光学知识点进行归纳总结，以帮助读者更好地理解和掌握光学知识。
一、光的传播与光的本质1. 光的传播方式光可以在真空和透明介质中传播，传播方式有直线传播、弯折传播和散射传播等。
2. 光的本质光既有波动性又有粒子性，这一性质被称为光的波粒二象性。
根据不同的实验现象，可以采用波动理论或粒子理论来解释光的行为。
二、光的反射与折射1. 光的反射定律光线入射角等于光线反射角，即入射角等于反射角，这被称为光的反射定律。
2. 光的折射定律光线从一介质射入另一介质时发生弯曲，入射角和折射角之间的关系由折射定律描述。
折射定律表达了光线在界面上的折射规律。
三、光的干涉与衍射1. 光的干涉光的干涉是指两个或多个光波相遇时产生的干涉现象。
干涉现象分为构成干涉条纹的干涉和产生干涉色彩的干涉。
2. 光的衍射光的衍射是指光通过缝隙或障碍物后产生的扩散现象。
衍射使光波传播方向发生改变，并产生与缝隙或障碍物形状有关的特定干涉图样。
四、偏振与光的分析1. 光的偏振光的偏振是指只在一个方向上振动的光，垂直于振动方向的光被滤波器所吸收，只有与振动方向平行的光能够通过。
2. 光的分析光的分析包括偏振片、偏光仪和光的色散等技术手段，它们可以帮助我们了解光的性质和进行相关实验研究。
五、光学仪器与应用1. 透镜和成像透镜是一种用于聚焦和分散光线的光学元件，常见的透镜包括凸透镜和凹透镜。
它们在成像过程中发挥着重要作用。
2. 显微镜和望远镜显微镜和望远镜是通过光学原理实现对微观和远距离观察的仪器。
它们扩展了人类对于世界的认识范围。
3. 激光和光通信激光是一种具有高度定向性、单色性和相干性的光，已广泛应用于医疗、测量、通信和材料加工等领域。
光学作为一门重要的物理学科，对于我们了解光的行为和应用具有重要意义。
大学物理B下---光学总结
解： 对λ1反射光干涉加强
2ne
1
2
2k1
1
2
2ne
(2k1 1)
1
2
(1)
对λ2反射光干涉减弱
2ne
2
2
(2k2
1)
2
2
2ne 2k2
2
2
(2)
2ne
(2k1
1)
1
2
(1)
2ne 2k2
2
2
(2)
假设在λ1和λ2之间有λ3反射光的干涉极大，则
2ne 3
2
2k3
3
2
2ne
(2k3
光强分布图
光栅方程
偏振光的分类 偏振光的产生
马吕斯定理 布儒斯特定理
缺极条件
偏振光的检验
内容提要
1、光的相干条件 光矢量的振动方向相同，频率相同，相位差恒定。
相干的光获得: 分振幅法, 分波振面法。
介质中的波长 '
n
真空中的波长 介质的折射率
光程: 媒质折射率与光的几何路程之积 = nr
若光束经过几种不同介质时， 光程 niri i
n1>n2>n3 或n1<n2<n3
反射光
有 / 2项 无 / 2项
透射光
无 / 2项 有 / 2项
例题1 ：
在空气中用白光垂直照射到厚度为e的肥皂膜
上，在反射光中观察到λ1＝630nm 的干涉极大 和λ2＝525nm 的干涉极小，并且在它们之间没 有另外的干涉极大或极小，已知肥皂膜折射率
n=1.33，求肥皂膜的厚度。
ek
2n
l ek1 ek sin 2n sin
大学物理下波动光学部分总结
k = 1,2,...
rk
kR n
l0 2 f a
单缝衍 射
f x k a
k = 1,2,...
l0 2l
其他公式： 1、迈克尔逊干涉仪：
N 2 d d 2 N
' 2(n 1)t N
2 、光学仪器最小分辨角和分辨本领：
爱里斑的半角宽度：
1.22
D
光栅衍射：光栅衍射条纹是单缝衍射和多光束 干涉的综合效果。 光栅方程
(a b) sin k (k 0,1,2...)
缺级现象 最高级次满足：
ab k k' a
kmax
ab
重
类别 杨氏双 缝 劈尖干 涉 牛顿环 明纹
x
要
公
暗纹
4n 2 4n 2
例4.一束波长为 550 nm的平行光以 30º 角入射到相距为 d =1.00×10 – 3 mm 的双缝上，双缝与屏幕 E 的间距为 D=0.10m。在缝 S2上放一折射率为1.5的玻璃片，这时双缝 的中垂线上O 点处出现第8 级明条纹。求：1）此玻璃片的 厚度。2）此时零级明条纹的位置。 E S1 解：1）入射光到达双缝时已有光程差：
x
式
条纹宽度
x D nd
D k nd
D ( 2k 1) nd 2
k = 0,1,2,...
k = 0,1,2,...
2k 1 e 4n
k = 1,2,...
e
k 2n
e
k = 0,1,2,...
l
2 n
2n
(2k 1) R rk 2n
大学物理(下)知识点、重点及难点
光 的 干 涉 和 衍 射知识点：1. 获得相干光的基本原理：把一个光源的一点发出的光束分为两束。
具体方法有分波阵面法和分振幅法。
2. 杨氏双峰干涉：是分波阵面法，其干涉条纹是等间距的直条纹。
条纹中心位置：明纹：,...,2,1,02=±=k aD kx λ暗纹：,...,2,1,022)12(=+±=k a D k x λ条纹间距：λaD x 2=∆ 3. 光程差δ 4. 位相差 δλπφ2=∆有半波损失时，相当于光程增或减2λ，相位发生π的突变。
5. 薄膜干涉（1）等厚干涉：光线垂直入射，薄膜等厚处为同一条纹。
劈尖干涉：干涉条纹是等间距直条纹. 对空气劈尖：明纹：,...2,122==+k k ne λλ暗纹：,...,2,1,02)12(22=+=+k k ne λλ牛顿环干涉：干涉条纹是以接触点为中心的同心圆环.明环半径：,...2,1)21-(==k nR k r λ明暗环半径：,...,2,1,0==k nkRr λ暗（2）等倾干涉：薄膜厚度均匀，采用面广元，以相同倾角入射的光，其干涉情况一样，干涉条纹是环状条纹。
明环：,...2,12sin 222122==+-k k i n n e λλ暗环：,...,2,1,02)12(2sin 222122=+=+-k k i n n e λλ6. 迈克尔逊干涉仪7. 单缝夫朗和费衍射用半波带法处理衍射问题,可以避免复杂的计算.单色光垂直入射时,衍射暗纹中心位置: ,...2,122sin =±=k k a λφ亮纹中心位置: ,...,2,1,2)12(sin =+±=k k a λφ8. 光栅衍射9. 光学仪器分辨率 重点：1. 掌握用半波带法分析夫朗和费衍射单缝衍射条纹的产生及其亮暗纹位置的计算.2. 理解光栅衍射形成明纹的条件,掌握用光栅方程计算谱线位置。
3. 理解光程及光程差的概念.，并掌握其计算方法；理解什么情况下反射光有半波损失。
大学物理光学部分知识点
大学物理光学部分知识点高校物理光学部分学问点一、光的反射1、光源：能够发光的物体叫光源2、光在匀称介质中是沿直线传播的大气层是不匀称的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折3、光速光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快，光在真空中的传播速度：C = 3×108 m/s，在空气中的速度接近于这个速度，水中的速度为3/4C，玻璃中为2/3C4、光直线传播的应用可解释很多光学现象：激光准直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等5、光线光线：表示光传播方向的直线，即沿光的传播路线画始终线，并在直线上画上箭头表示光的传播方向(光线是假想的，实际并不存在)6、光的反射光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了转变，这种现象称为光的反射7、光的反射定律反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角可归纳为：“三线一面，两线分居，两角相等”理解：(1) 由入射光线确定反射光线，表达时要“反”字当头(2) 发生反射的条件：两种介质的交界处;发生处：入射点;结果：返回原介质中(3) 反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角为零时，反射角也变为零度8、两种反射现象(1) 镜面反射：平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光线(2) 漫反射：平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线留意：无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律高校物理光学学习方法一、仔细预习，画出疑难。
在这个环节中，必需先行学习教程(提前任课老师两个课时)，画出自己理解不清，理解不了的部分。
预习教材后，假如“没有”疑难，那么立刻做教材所配置的练习，关心画出重点和难点。
预习中，自己画出重点和难点，这是特别重要的，是为提高听课效率所应当预备的一个环节。
二、带着问题，进入课堂。
大学物理光学复习资料(0002)
六、光的吸收、散射和色散
• 1.光的吸收：
•
I
I eal 0
——朗伯定律，
•
I
I e ACl 0
——比尔定律。
•
2.光的散射：I
I
el
0
（＝
a
）
s
•
I f ()4 ——瑞利定律
•
（ 天空、太阳、白云）
• •
正常色散：波长越短，折射率越大；
3.光的色散：
na b
反常色散：波长越短，折射率越小； 角色散率：
七、光的量子性
⒊ 光电效应
• ①爱因斯坦的光子假设（1905） • 光在传播过程中具有波动的特性，而在光
和物质相互作用的过程中，光能量是集中在一 些叫光量子（光子）的粒子上。产生光电效应 的光是光子流，单个光子的能量与频率成正比，
即 E＝h 。
• ②爱因斯坦光电效应方程：
h 1 m 2 W
2
③光子的质量和动量：
• 光强分布： I A 2 I sinc2u
p
p
0
， • 中央最大值：sin 0
0
• 极小值： sin k ( k 1,2,3,)
k
b
• 次最大： sin (k 1) ( k 1,2,3,)
k0
0 2b
• 角宽度： sin k
k
b
• 线宽度： l f
k
2
• ② 圆孔衍射：
stimulated emission of radiation”.
③原理：
通过辐射的受激发射而实现光放大。
④特点：
• 单色性佳：
•
频宽： v
1 t
自然线宽： c 2
大学《光学教程》复习要点
第一章几何光学1几何光学基本定律：光在均匀介质里沿直线传播2光的反射定律：光的入射角等于反射角3光的折射定律任何介质的折射率都等于光在真空中的传播速度c与光在该介质中的传播速度v的比值。
n=c/v绝对折射率4光的独立传播定律多束光传播时互不干扰5光路可逆定理光程费马定理费马原理的严格表述：光在传播过程中总是沿着光程为极值的路径传播。
沿着光程为极值的路径传播有三种情况：恒定值、最小值和最大值。
成像的基本概念光线的基本叫光束在均匀介质中，各光线从同一点发出或聚焦于(反向聚焦于)同一点的光束称为单心光束；点光源发出的是单心光束单心性的保持与破坏在光线传播路径中的若干反射面和折射面组成的光学系统叫做光具组。
物方空间与像方空间物与像的概念实物虚物实像虚像判别各种像光线在射到光具组前表面之前存在会聚点，称为实物光线在射到光具组前表面之后，其延长线会聚为一点的，称为虚物光线经光具组后表面射出后会聚一点，所形成的像称为实像；光线经光具组后表面射出后，反向延长会聚一点所形成的像称为虚像光的平面反射（保持光束单心性）全反射光的平面折射（破坏光束的单心性）光的折射的特殊情况，光垂直入射此时有个“相似深度”发生全反射现象的原因：1入射角大于或等于临界角光由光疏介质入射到光密介质全反射临界角。
符号法则新笛卡儿法左负右正，下负上正(1)光线和主轴交点的位置都从顶点算起，凡在顶点右方者，其间距离的数值为正；凡在顶点左方者，其间距离的数值为负。
物点或像点至主轴的距离，在主轴上方为正，在下方为负。
(2)光线方向的倾斜角度都从主轴(或球面法线)算起，并取小于π／2的角度。
由主轴(或球面法线)转向有关光线时，若沿顺时针方向转，则该角度的数值为正；若沿逆时针方向转动的，则该角度的数值为负(在考虑角度的符号时，不必考虑组成该角度两边的线段的符号)光的球面折射：光焦度：上式右端仅与介质的折射率及球面的曲率半径有关，因而对于一定的介质及一定形状的表面来讲是一个不变量，我们定义此量为光焦度，以Φ表示，代表折射面对光线的方向改变的能力。
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第一部分：光的干涉
一、相长干涉和相消干涉的条件
ππλδ
ϕ)12(2{
+±±==∆k k 3210,,,k =
减弱，相消干涉）
加强，相长干涉）
((2/)12({
λλ
δ+±±=k k 二、杨氏双缝实验
ϕϕδtg a a ⋅⋅=2~sin 2
D x tg =
ϕ
⎩⎨
⎧=+±=±=⋅=暗纹
、、明纹、、
2102/)12(321a 2k k k k D x λλδ① 明暗纹位置：
21
S 2
D
（暗纹）
（明纹）
3212104122,,k ,,k )a /(D )k ()
a /(kD {
x ==-±±=λλ ② 干涉条纹的间距：
)a /(D x 2λ∆=
三、 薄膜干涉
1、反射光的干涉公式：
)
0(2
/)12({)2(sin 22
2
12
2≥+=+-=k k k i n n e λλλ
δ
a 、讨论:21n ,n 一定时
① i 一定，)e (δδ=：等厚干涉 ② e 一定，)i (δδ=：等倾干涉 b 、 透射光的干涉
21222
2
12
2/)k (k {
i sin n n e 'λλ
δ+=-=
c 、 注意点：
① 干涉光线？条纹域？光路？
② 半波损失？
③ k 的取值要保证0≥e ，k 取整数。
2、 劈尖干涉
① 空气劈尖
2102
/)12({
22、、=+=+
=k k k e λλ
λ
δ
)e (δδ=:平行于棱边的明暗相间的直条纹
劈尖(棱边)处:20/,e λδ==,暗纹；
相邻明(暗)条纹间距：θλ
2≈
l
相邻明（暗）条纹:2λ∆=
e
② 玻璃劈尖
θ
2102
/)12({
22、、=+=+
=k k k ne λλ
λ
δ相邻明纹间距：θλ
θλn sin n l 22≈
=
例：下列各图中，条纹将如何变化？
↓↑=l ,sin l θθλ2 ↑↑=+=k ,e k e λ
λ
δ22 l
a H sin l 22λ
θλ
==
3、 牛顿环
（1）明暗环半径
θ
ω
θ
2/)12({
22λλ
λ
δ+=+
=k k e
将R r e 22
=代入， 明环：
3,2,12
/)12(=-=k R k r λ
暗环： ,2,1,0==k kR r λ （2）讨论： ① 中间一点是暗圆斑； ② 条纹不是等间距的，越外越小 ③ 中间填充介质，仍有一条光线有半波损失， 明环：
321212,,k )n /(R )k (r =-=λ
暗环： ,2,1,0/==k n
kR r λ
4、 增透与增反 增反：
1022,k k e n ==λ增透：
2
1222λ
)
k (e n += 10,k =
四、 迈克尔逊干涉仪
2λ
N
d ∆=∆
2)1(2λ
δN t N ∆=-=
)1(22-∆=
n N
d λ
第二部分 光的衍射 一、 夫琅和费单缝衍射
38
1.50
13.n =
1、 垂直入射时明暗纹的条件 由菲涅耳半波带法得到
⎪⎪⎪⎪
⎩
⎪
⎪⎪⎪⎨⎧+±⋅±==明纹中心暗纹中心
中央明纹2)12(220sin λλϕδk k a AB
),,k ( 321=
明暗纹中心的位置
⎪⎪⎪
⎩
⎪⎪⎪⎨⎧
+±±≈)
(2)12()
()(0明纹中心暗纹中心中央明纹a f k f a k x λλ ),,k ( 321= 中央明纹宽度：a f l λ20=
相邻（明）暗纹间距：20
l a f
l =
=λ
2、 斜入射：
⎪⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪⎨⎧
±±=+±±=⋅=+=明纹）（暗纹
,2,1,212,2,1,22,0)sin (sin k k k k a λλθϕδ
条纹位置：
⎪⎪⎪
⎩
⎪
⎪
⎪⎨⎧
±±=+±±=⋅-=明纹）（暗纹
中央明纹 ,2,1,212,2,1,22,k f k k f k ftg ftg x λλθϕ 线下方取负。
在法线上方取正，在法θϕ,
二、光栅衍射（本章重点，本学期重点）
1、 光栅方程
确定主极大位置的方程
N
b a d 1
=+=
,,,k k sin )b a (210=±=+λϕ
λ
λ
ϕNk b
a k sin ±=+±= 2、 缺级现象
若ϕ同时满足：
,,'k k sin a 21±±='=λ
ϕ
,,k k sin )b a (10±==+λϕ
缺级： '
k a
b a k += 如：a b a 3=+，则'k k 3=，即：
963±±±=,,k 为缺级。
3、条纹位置：
ϕftg x =
4．斜入射时的光栅方程
λϕθk d ±=+)sin (sin
⎩⎨
⎧=-====]
[1
2max max k k k k d
k 非整数，整数，，λπ
ϕ
最高级次
5、屏上最多可以看到的主极大的条数
λϕδk d ±==sin （1）最大级数
a 、垂直入射
b 、斜入射 （1）可观测到的最大级数
上 λ
θ1)1)(sin (k b a =++⎩⎨⎧=-==+=][1)1(sin 1max 11max 11k k k k d k 非整数，
整数，λθ下 λθ
2)1(sin )(k b a =-+（2）共可观测到
缺级数目
-++1max 2max 1k
k (2) 谱线缺级： 缺级条件：
⎩⎨⎧±=+=±=λ
ϕλϕk b a k k a sin )(2,1,0,sin ' 缺级当-±±==+=),2,1(''' k k a
d k a b a k 缺级数目实际亮纹数目-+=12max k n
三、光学仪器的分辨率
1、 爱里斑的半角宽度
D λ
θθ22.1sin =≈
2、 光学仪器的最小分辨率
D λθ22.1min = 3、 分辨率 λθ
22.11min D R ==
四、x 射线衍射
布拉格衍射公式 21s i n 2、==k k d λϕ ϕ――掠射角；d ――晶格常数
第三部分 光的偏振
1、偏振态
（1） 自然光
（2） 偏振光
（3） 部分偏振光
2、马吕斯定律
α20
c o s I I =
3、布儒斯特定律： 120n n tgi =
200π
γ=+i
例1． 杨氏双缝实验中mm .d 50=，
在距离双缝cm 25的屏上观察。
若光源是由波长nm 400和nm 600的两种单色光组成，则：
1． 干涉条纹间距分别为多少？
2． 距中央明纹多远处两种光线的
亮纹第一次重合，各为第几级？
例2． 在杨氏双缝实验中，当作如
下调节时，观察屏上的干涉条纹将如何变化？试说明理由。
① 2a 不变，D 减小；
② 单色光源S 变成复色缝光源； ③ 用一云母片盖住任一个缝；
④ 整个双缝实验装置放入水中。
例：牛顿环：R ＝4.5m ，第k 级暗环
半径,mm .r k 9504=第k+5级暗环半
径,mm .r k 06565=+求：
)10,1046.5(??4
≈⨯===-k mm k λλ
例1：如图，在一洁净的玻璃片上放一滴油，当油滴展开成油膜时，在nm 600=λ的单色光垂直照射下，从反射光中观察到油膜所形成的干涉条纹（用读数显微镜向下观察，若
,.n ,.n 501201＝＝玻油求：
① 当油膜中的最高点与玻璃上表面
相距nm H 1200=时，试描述所观察到的条纹形状；
② 油膜扩展时，条纹如何变化？
例2． 将平面玻璃片覆在平凹柱面
透镜的凹面上，
① 若单色平行光垂直
照射，从反射光中观察
现象，试说明干涉条纹
的形状及其分布情况；
② 当照射光波nm 5001=λ时，平凹透
镜中央A 处是暗的，然后连续改变照射光波波长直到波长变为nm 6002=λ时，A 处重新变暗，求A
处平面玻璃片和柱面之间空气隙的高度为多少？)m .h (51=
例1． 平行单色光nm 500=λ，垂直入
射到单缝mm .a 250=，紧靠缝后放一凸透镜，测得，第三条暗纹间距离mm x 323＝暗，求?f =（25cm ）。