南理工物理光学04-0
中学物理教材分析-光学
光学的发展历程
01
02
03
古典光学时期
从古希腊到文艺复兴时期， 主要研究光的本性和传播 规律。
近代光学时期
从17世纪到19世纪，主要 研究光的干涉、衍射和偏 振现象。
现代光学时期
从20世纪至今，主要研究 光与物质相互作用、光子 学和光学信息处理等领域。
激光武器
利用高能激光束摧毁或损伤目标，具有速度快、精度高、抗干扰能 力强等优点。
光学制导
利用光学原理对导弹或炸弹进行精确制导，提高命中率。
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如全息照相、电子显微镜等光学仪器都是 利用光的衍射原理制成的。
06 光学在现代科技中的应用
光学在通信领域的应用
光纤通信
利用光导纤维传输信号，具有传输容量大、保密 性好、损耗低等优点。
可见光通信
利用可见光波段进行信息传输，具有传输速度快、 抗干扰能力强等优势。
自由空间光通信
利用大气激光传输信息，适用于短距离高速通信。
焦距
透镜对平行光的折射汇聚 点称为焦点，透镜中心到 焦点的距离称为焦距。
光路图
透镜光路图是描述光线 通过透镜的折射和反射
过程的示意图。
应用
放大镜、眼镜、相机镜 头等。
反射镜
种类
平面镜、凹面镜、凸面镜等。
反射定律
光线在反射镜上的反射遵循入 射角等于反射角的定律。
光路图
反射镜光路图是描述光线通过 反射镜的反射过程的示意图。
05 光学实验与现象
折射实验
折射现象
当光线从一种介质进入另一种介质时，由于速度 的改变而发生方向的改变，这就是折射现象。
光学专题(折射、反射、全反射、干涉、衍射、偏振等的综合应用)(解析版)25年高考物理一轮复习(新高考
光学专题（折射、反射、全反射、干涉、衍射、偏振等的综合应用）60分钟光学专题（折射、反射、全反射、干涉、衍射、偏振等的c cA．23,23【答案】A由于DE 为半径的一半，故a 光束的折射角sin sin a cv a b =解得：22a c v =同理，对于b 束，由几何知识可知，其入射角、折射角的大小分别为sin i c根据几何关系有：31tan 303DE AD R +=°=则有：()22313AE DE R==+31R +A ．33L 【答案】C【详解】由几何关系可知，光在得：30r =°A ．212x x D D B ．21x x D D 【答案】C【详解】根据薄膜干涉原理，干涉条纹平行等宽，当光垂直标准工件方向射向玻璃板时，得到干涉条纹，．肥皂膜上的条纹．劈尖上的条纹．泊松亮斑．牛顿环【答案】C【详解】选项ABD都是光在薄膜的两个表面的两个反射光干涉形成的；选项形成的“泊松亮斑”。
A．图甲为同一装置产生的双缝干涉图像，b光的频率大于a光B．图乙中立体电影原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样C．图丙中“水流导光”反映了光的衍射现象D．若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度不发生变化A ．距离b 需满足的条件为33b a <光线在BC 上的入射点为M ，对称，可得：Q C l¢=由几何关系得：tan l a b a =--A ．“虹”对应光路图中1级光，色序表现为“内红外紫”B ．“霓”的产生和“虹”类似，但日光在水滴中反射两次，则对应光路图中表现为“内红外紫”，故B 正确；CD ．对同一束入射日光，产生光传播的路程为：4cos s R =A．水对a光的折射率比对b光的折射率要小B．在水中，b光的传播速度大于a光的传播速度C．A灯照亮水面的面积大于B灯照亮的面积D．将a和b光通过相同的双缝干涉装置、A．若将光屏向右移动，光屏上条纹间距减小B．若将平面镜向下移动一个微小距离，光屏上条纹间距减小A．若干涉圆环向边缘移动，则表示下面的透镜是凹透镜B．若干涉圆环向边缘移动，则表示下面的透镜是凸透镜C．若干涉圆环向中心收缩，则表示下面的透镜是凹透镜A．P点有凹陷B．P点有凸起C．换用绿光照射，条纹间距变大D．抽去一张纸片，条纹间距变大A．图甲中3D眼镜利用光的偏振原理B．图乙利用单色光检查平面的平整度是利用光的衍射C．图丙救护车发出的声波产生多普勒效应，而电磁波不会产生多普勒效应D．图丁直接把墙壁多个条纹的距离当成相邻明条纹距离，计算光的波长结果会偏大【答案】AD【答案】（1）o 30；（2）【详解】设入射角为i ，由题意知，解得：o 30a q =，o 45b q =如图所示由几何关系得：90POB Ð=、b 两束光从棱镜中射出后二者的夹角（2）a 、b 两束光在棱镜中传播的速度分别为：由几何关系可知，a 、b 两束光在棱镜中传播的距离为2cos a a R q =，2cos b l R =(1)该棱镜的折射率n ；(2)该单色光在棱镜中传播的时间t （不考虑光在【答案】(1)3n =(2)52Lt c=根据几何关系可知，入射角做AC 界面法线交于BC 于D 点，光线在AB 界面交于PDC Ð可知PDQ V 为等边三角形，所以：30a =°因为最终出射光线与AC 平行，所以：60b =°根据几何关系可得：12211sin r C r h =+全反射临界角满足：11sin C n =甲灯泡发光区域的面积：211S r p =。
专题04光现象-2024年中考物理【热点·重点·难点】专练(江苏专用)(原卷版)
专题04 光现象2023年考点与往年变化不大，考法上更加注重对学生能力的考查，在生活生产实例中运用物理知识解决问题。
如：探究光的反射实验、探究平面镜成像特点实验、作反射光路图、平面镜成像图仍是高频考点，占分比较重；小孔成像、反射、折射、散射、漫反射、不透明物理的颜色也是常考点。
预测今年中考考点不会变化太大，考点还是会延续之前的考点。
考查方式会进一步突出对能力的考查，即用所学知识解决问题，情景设置上更加新颖、贴近生活、加入最近科技信息，考有所依，学有所用。
（建议用时：20分钟）一、单选题1．（2023·江苏镇江·二模）皮影戏是中国民间古老的传统艺术。
表演时，艺人们操纵鲁皮制作的人物剪影，在灯光照射下，屏幕上就会出现活动的影子。
下列现象与皮影戏的光学原理相同是（）A．月食的形成B．湖面的倒影C．海市蜃楼D．用放大镜看报纸2．（2023·江苏南通·二模）小明妈妈在回家的路上通过手机APP开启了家中电热水器，其指令信息的传递依靠（）A．紫外线B．红外线C．电磁波D．超声波3．（2023·江苏徐州·一模）云龙公园是我市一道亮丽的风景线。
如图所示，1.5m深的荷花池内，一只立于荷尖上的蜻蜓距水面0.6m，蜻蜓在水中的像（）A．是一个倒立的像B．是比蜻蜓略小的虚像C．在水面下0.9m深处D．与蜻蜓相距1.2m4．（2023·江苏扬州·模拟预测）如图，夜色中的五亭桥流光溢彩，让游客小明流连忘返。
下列说法正确的是（）A．小明看到桥在水中的倒影，是因为光从水中折射入空气，再进入小张的眼睛B．小明取下近视眼镜，看到桥变模糊了，是因为廊桥的像成在了视网膜的后面C．小明拿出携带的放大镜观看远处的桥，发现看到一个倒立桥，这个像是虚像D．小明用手指组成方框“取景”，方框离眼睛越远，“取景”范围越小，是因为光沿直线传播5．（2023·江苏扬州·一模）生活处处皆物理，下列生活实例说法错误的是（）A．发光二极管是由半导体材料制作而成B．家里炒菜的锅导热性比较好C．家用测温枪利用红外线测量体温D．人耳可以直接听到响度足够大的次声波6．（2023·江苏扬州·二模）“禾下乘凉梦”是袁隆平先生的中国梦，意思是水稻下面可乘凉，这是因为水稻下面形成了阴影区域，下列现象与阴影的形成原理相同的是（）A．湖光倒“影”B．杯弓蛇“影”C．毕业合“影”D．形“影”不离7．（2023·江苏盐城·二模）如图所示，小海同学在“探究光的反射规律”实验时，利用红、绿、蓝三种色光的激光笔进行实验，他将位于同一平面内的白色纸板A、B立在平面镜上。
光学工程物理光学例题详解04
d1 ( x)
( d0
2
x)
d0
/
2 x
入射光在第二块光楔内的x处传 播的距离为
d2 (x) d0 / 2 x
a)
正入射时光束通过补偿器后，两正交振动分量间产生的附加 相位差为：
( x)
2
{[no d1
(x)
ne d
2
(x)][ned1 (x)
no d 2
G1 2
1 0
cos2 sin 2
从下缝出射的光的琼斯矢量为： E~2
1 0
两光到达观察屏上任意点P处光场的复振幅分别为：
E~1' E~1ei1 E~2' E~2ei2
其中： 1 kr1
2 kr2
P点处场的合振幅为：
E~(P)
E% (2E0 E0ei )eikr E0eikr (2 ei )
因此，P0点处的光强度为：
I E% E%*
E02 (2 ei )(2 ei )
I0{5
4
cos[ 2
t
(n
1)]}
对一张经典菲涅耳波带片的制作，提出两点设 计要求: ①对波长为633nm的氦氖激光，其第一焦距为 400mm。 ②主焦点的光强为自由光强的10000倍。 问： (1)待制作的波带片，其第一个半波带的半径 为多少? (2)这张波带片至少应有多大的有效半径?
考察一双缝干涉实验，如图，波长为 的单色平行光垂直照射
到缝宽为b的双缝上，在远处的屏幕上观察到干涉图样，将一 块厚度为t、折射率为n的薄片放在上缝前，（1）讨论P0点处 的光强度特性；（2）如果将下缝的宽度增加到2b，而上缝宽 度不变，P0点处的光强度发生怎样的变化？（假设薄片不吸收 光）
《物理光学》课后解答
第四章 光的电磁理论4－1计算由8(2)exp 610)i y t ⎡⎤=-+++⨯⎢⎥⎣⎦E i 表示的平面波电矢量的振动方向、传播方向、相位速度、振幅、频率、波长。
解：由题意：)81063(2t y x i eE x ⨯++-= )81063(32t y x i e E y ⨯++=∴3-=xy E E ∴振动方向为：j i3+-由平面波电矢量的表达式： 3=x k 1=y k∴传播方向为： j i+3平面电磁波的相位速度为光速： 8103⨯=c m/s;振幅：4)32()2(222200=+-=+=oy x E E E V/m频率：8810321062⨯=⨯==πππωf Hz 波长：πλ==fcm 4－2 一列平面光波从A 点传到B 点，今在AB 之间插入一透明薄片，薄片的厚度mm h 2.0=，折射率n ＝。
假定光波的波长为5500=λnm ，试计算插入薄片前后B 点光程和相位的变化。
解：设AB 两点间的距离为d ，未插入薄片时光束经过的光程为：d d n l ==01 插入薄片后光束经过的光程为：h n d nh h d n l )1()(02-+=+-= ∴光程差为：mm h n l l 1.02.05.0)1(12=⨯=-=-=∆ 则相位差为：ππλπδ6.3631.010550226=⨯⨯=∆=- (4－3 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态：（1）)sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y -=ω （2）)cos(0kz t E E x -=ω，)4/cos(0πω+-=kz t E E y （3）)sin(0kz t E E x -=ω，)sin(0kz t E E x --=ω 解：（1）∵)2cos()sin(00πωω--=-=kz t E kz t E E x∴2πϕϕϕ=-=x y∴ 为右旋圆偏振光。
·（2）4πϕϕϕ=-=x y∴ 为右旋椭圆偏振光，椭圆长轴沿y ＝x （3）0=-=x y ϕϕϕ∴ 为线偏振光，振动方向沿y ＝－x4－4 光束以30°角入射到空气和火石玻璃（n 2＝）界面，试求电矢量垂直于入射面和平行于入射面分量的反射系数s r 和p r 。
华南理工大学物理光学习题
ห้องสมุดไป่ตู้
一衍射光栅，每厘米 200 条透光缝，每条透光缝宽为 a=2×10-3 cm，在光栅 后放一焦距 f=1 m 的凸透镜，现以=600 nm (1 nm=10 9 m)的单色平行光垂直照 射光栅，求： (1) 透光缝 a 的单缝衍射中央明条纹宽度为多少？ (2) 在该宽度内，有几个光栅衍射主极大（亮纹）？ 解：(1) 当 x<< f 时， tg sin , a x / f = k , a sin = k 取 k= 1 有 tg = x / f
x= f l / a= 0.03 m
∴中央明纹宽度为
x= 2x= 0.06 m
(2)
( a + b) sin k
k ( a＋b) x / (f )= 2.5
取 k = 2，有 k = 0，±1，±2 共 5 个主极大 4. 如图所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两 表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为 e，并且 n1＜n2＞n3，1 为入射光在折射率为 n1 的媒质中的波长， 则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 2n2e / ( n1 1)． (C) [4n2e / ( n1 1) ]+． (C) 5 某种透明媒质对于空气的临界角(指全反射)等于 45°， 光从空气射向此媒质 时的布儒斯特角是 (A) 35.3°． (C) 45°． (E) 57.3°． (D) 6 若一双缝装置的两个缝分别被折射率为 n1 和 n2 的两块厚度均为 e 的透明介 质所遮盖，此时由双缝分别到屏上原中央极大所在处的两束光的光程差＝（） (n1-n2)e 或(n2-n1)e 均可 7 一个平凸透镜的顶点和一平板玻璃接触，用单色光垂直照射，观察反射光形 成的牛顿环，测得中央暗斑外第 k 个暗环半径为 r1．现将透镜和玻璃板之间的空 气换成某种液体(其折射率小于玻璃的折射率)，第 k 个暗环的半径变为 r2，由此 可知该液体的折射率为____________________． (B) 40.9°． (D) 54.7°． ［ ］ (B)[4n1e / ( n2 1)] + ． (D) 4n2e / ( n1 1)． ［ ］ n2 n3 n1
南理工物理光学03-05
2
yi
cos
i 2
2
双光束干涉因子
2
1
cos ( ) 2
单缝衍射因子
y
0.5
0
1
15
0 2
15
sin
双缝衍射光强
2
z 0.5
0
6
ki
5
z ( 4 y )4 i i
3
2
1
0
1
2
3
4
i 2
0
0
50
100
150 i
200
250
3
双光束干涉因子
~ sin (1 e ) ~ sin i i 2 i ( N 1) E0 [1 e e ... e ] E0 1 ei
iN
~ sin eiN / 2 (eiN / 2 eiN / 2 ) E0 i / 2 i / 2 i / 2 e (e e )
i
2
双光束的干涉
该结果可推广到多周 期结构的弗朗和费衍 射场的计算
在x1方向上两个相距为d的平行狭缝在P点产生的复振幅 有一位相差:
kld
2
d sin
双缝内对应点发出的 子波到达P点的位相差
相应的光程差：
d sin
2. 光强分布特点
sin 2 I E E 4I 0 cos ( ) 2
I max N I（ 0
2
y z 10
sin
）
2
f
0
2
0 x 2
2
物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
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（2）
s( x, y) S ( f x , f y )
傅立叶变换
S*( fx , f y )
将这个和标准图象的频谱函数共轭的滤波器放置在频谱面上，那么透过滤波 器光 SS*为实数，也就是说透过滤波器的光波的相位是一个常数，既是一 列平面波，经过透镜在后焦面上出现一个亮点。如果放在物平面的待测图样 和标准图样完全相同，则像面出现一个亮点，如果图样和标准图像不同，则 在像面出现花样。
黑白底片如何照彩照？
光栅对波长的色 散性
sin 1 f
f 1 / d 是光栅条纹密度
图示：光栅的色散
用白光照明透明物体,物体的不同部分是由不同取向的透射光栅片组成. 频谱面上(除零级外)干涉主极大呈彩色.物面上不同的部分的频谱在不同方 向上. 将一个方向的频谱,只保留一种颜色,滤掉其余的颜色,其对应的象面 上,就显示出该频率的颜色来.
滤波器
白光光源
物平面
频谱面
像平面
黑白底片彩色成像
滤光光栅
黑白底片
4F系统显示彩色图象
滤波器
白光光源
物平面
频谱面
像平面
Practice 例题：估算相干成像系统的截止空间频率fM 能够透过透镜的最大衍射角为M： D/2 sin M F
M
D F
M对应的最大空间频率：
sin M f M f M
sin M
D 2 F
如果波长为600nm，D/F=1/3: 1 fM 270 mm 1 2 3 600 nm x xm 1 2F 的信息被截止，因此不 能分辨。 fM D
•阿贝波特实验是光信息处理的一个典型实验，其实验光路如下
Байду номын сангаас
物平面
频谱面
像平面
近代光学信息处理系统采用的是被称为4f系统的装置.
f
f
f
f
物平面
频谱面
像平面
光
光
图象识别和比较
（1 ）
把标准图象放在物平面上，在频谱平面上放一张照相底片，以单色相 干光照明而获得频谱图的负片，把负片放在原来频谱的位置上，由于原来 频谱图的亮斑恰好为负片的暗处，而原来的频谱图的暗处正好为负片的亮 斑。把待检测的图样放在物平面上，如果待检测图样和标准图象完全一样， 频谱图和负片互补，这样在像平面上一片黑暗。如果两个图样有一点不图， 则在像面上出现亮点。
4. Abbe imaging and spatial filtering 阿贝成像原理与空间滤波
透镜成像有两个观点:几何光学与阿贝成像理论 (1) 几何光学：自物点Ａ，Ｂ，Ｃ发出的球面波,经 透镜折射后,各自会聚到它们的像点Ａ,Ｂ,Ｃ.
图中光线不同 的颜色表示发 自不同的物点. 像 面
A B
阿贝成像真正意义：提供了新的频谱语言描述信息，启发人们用改变
频谱的手段来改造信息，即信息光学处理基础
空间滤波
频 谱 面
物 面
高频信息
由阿贝的观点来看,许多成像光学仪器就是一个低通滤波 器,物平面包含从低频到高频的信息,透镜口径限制了高频信 息通过,只许一定的低频通过,因此,丢失了高频信息的光束再 合成,图象的细节变模糊. 孔径越大,丢失的信息越少,图象越 清晰.
C
透 镜
C
B A
(2)
阿贝成像原理: 物是一系列不同空间频率的集合。入射光经物平面 发生夫琅和费衍射，在透镜焦面（频谱面）上形成一系列衍射光 斑,各衍射光斑发出的球面次波在相面上相干叠加，形成像。
F
A B C C’ B’ A’
阿贝成像原理将成像过程分为两步: 第一步“分频”； 第二步“合成”.