光学精品电子教案
初中物理教案：光学
初中物理教案：光学一、教学目标：1. 让学生了解和掌握光的基本概念，如光的传播、反射、折射等。
2. 培养学生通过实验观察和分析光现象的能力。
3. 增强学生对光学知识在日常生活和科技领域应用的认识。
二、教学内容：1. 光的传播：直线传播、反射、折射。
2. 光的反射：反射定律、反射镜、球面镜、凸面镜、凹面镜。
3. 光的折射：折射定律、透镜、眼镜、水底物体看起来更浅的原因。
4. 光的色散：彩虹、棱镜、光谱。
5. 光学仪器：望远镜、显微镜、摄像机、投影仪。
三、教学方法：1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生主动探究光的现象。
2. 利用实验和观察，培养学生的实践操作能力和观察分析能力。
3. 运用多媒体辅助教学，生动形象地展示光学现象。
4. 开展小组讨论，培养学生的团队合作精神。
四、教学准备：1. 实验器材：激光笔、镜子、玻璃板、透镜、棱镜等。
2. 教学课件：光学现象的图片、视频、动画等。
3. 教学资源：光学相关的阅读材料、习题等。
五、教学安排：1. 第一课时：光的传播（1）导入：生活中的光现象（2）光的直线传播：小孔成像、影子的形成（3）光的反射：平面镜成像、反射定律2. 第二课时：光的反射（1）复习：光的反射现象（2）实验：探究反射定律（3）应用：反射镜、球面镜、凸面镜、凹面镜3. 第三课时：光的折射（1）导入：水中物体看起来更浅的原因（2）光的折射现象：折射定律（3）透镜：凸透镜、凹透镜、老花镜、近视镜4. 第四课时：光的色散（1）彩虹：光的色散现象（2）棱镜：光谱5. 第五课时：光学仪器（1）望远镜：原理、构造、使用方法（2）显微镜：原理、构造、使用方法（3）摄像机、投影仪：原理、构造、使用方法六、教学目标：1. 让学生通过实验和观察，理解和掌握光的干涉和衍射现象。
2. 培养学生运用物理学知识解决实际问题的能力。
3. 增强学生对光学科学研究的兴趣和认识。
七、教学内容：1. 光的干涉：双缝干涉、单缝衍射、Young 实验。
《光学教案》课件
《光学教案》课件第一章：光的传播1.1 光的基本概念光的定义光的传播方式：直线传播、反射、折射1.2 光的传播速度真空中的光速介质中的光速1.3 光的波动性光的干涉光的衍射光的偏振第二章：光的粒子性2.1 光的光子说光子的概念光子的能量和频率2.2 光电效应光电效应的实验现象光电效应的解释爱因斯坦的光量子假说2.3 光的吸收和发射吸收和发射的原理能级和跃迁第三章：光的折射和反射3.1 折射定律斯涅尔定律折射率的定义3.2 折射现象的解释光线在不同介质中的传播速度色散现象3.3 反射定律反射角和入射角的关系镜面反射和漫反射第四章：透镜和光学仪器4.1 透镜的分类和性质凸透镜和凹透镜透镜的焦距和焦度4.2 透镜的光学成像实像和虚像放大和缩小4.3 常见光学仪器显微镜望远镜相机和投影仪第五章：光的量子性5.1 光的波粒二象性光的波动性和粒子性的关系波粒二象性的实验证明5.2 光的量子化光子的能量和频率光的量子化的实验证据5.3 光的量子理论的应用光电效应的解释原子光谱的解释第六章：光的干涉6.1 干涉现象的基本原理干涉的定义干涉现象的产生条件干涉条纹的性质6.2 双缝干涉实验双缝干涉实验的装置双缝干涉条纹的分布规律双缝干涉实验的数学描述6.3 单缝衍射和双缝衍射单缝衍射的实验现象双缝衍射的实验现象衍射条纹的对比第七章：光的衍射7.1 衍射现象的基本原理衍射的定义衍射现象的产生条件衍射条纹的性质7.2 单缝衍射和圆孔衍射单缝衍射的实验现象圆孔衍射的实验现象衍射条纹的对比7.3 光的衍射应用光学仪器的分辨力光的聚焦和成像光纤通讯技术第八章：光学薄膜和技术8.1 光学薄膜的基本概念光学薄膜的定义光学薄膜的制备方法光学薄膜的性质8.2 光学薄膜的应用抗反射膜增透膜偏振膜8.3 光学信息技术光存储技术光调制技术光开关技术第九章：现代光学9.1 激光原理及其特性激光的产生原理激光的特性：单色性、相干性、方向性激光的应用领域9.2 光纤光学光纤的原理与结构光纤通信技术光纤传感器9.3 非线性光学非线性光学的基本概念非线性光学效应：二次谐波、光学整流等非线性光学在光电子技术中的应用第十章：光学实验与实践10.1 光学实验的基本方法实验仪器与设备实验操作技巧实验数据的处理与分析10.2 常见光学实验项目光的干涉实验光的衍射实验透镜成像实验10.3 光学实验的设计与实践实验方案的设计实验结果的验证与讨论重点和难点解析一、光的传播：这部分内容涉及光的基本概念，光的传播方式，以及光的波动性。
《光学》课程教学电子教案 4.3 夫琅禾费衍射(29P)
4 光波衍射与变换
4.3 夫琅禾费衍射
4.3.2 单缝的夫琅禾费衍射
(4.3-3)
相邻细波带发出的子波在P点的相位差：
(4.3-4)
4 光波衍射与变换
4.3 夫琅禾费衍射
4.3.2 单缝的夫琅禾费衍射
距离狭缝中心点为x0处的细波带在P点引起的光振动初相位和复振幅： (4.3-5)
所有细波带在P点的叠加光振动复振幅及光强度：
(4.3-6)
(4.3-7)
式中：
(4.3-8)
N=0，即q=0时，P点为强度最大值。
4 光波衍射与变换
4.3 夫琅禾费衍射
4.3.2 单缝的夫琅禾费衍射
(3) 衍射光场分布的定量分析——振幅矢量叠加法
假设： ① 被狭缝限制的波面相对于P点可分割为无数个宽度为dx0的等面积细波带 ② 同一细波带上各点在P点引起的光振动振幅和相位相同 ③ 单位宽度的波面具有的光振动振幅为A0/a ④ 位于狭缝中心点处的细波带在P点引起的光振动初相位为0 结果： 宽度为dx0的细波带在P点引起的光振动振幅：
图4.3-7 计算机仿真的单缝的 夫琅禾费衍射图样
结论：单缝夫琅禾费衍射图样的强度分布随衍射角度按函数关系sin2(a/a2)变
化；相邻暗条纹中心的角（线）间距相等，因而所有次极大值亮纹的 角（线）宽度相等，但主极大值亮纹的角（线）宽度为次极大值的两 倍；相邻次极大值亮纹中心不等间距，但随着衍射级次的增大，相邻 次极大值亮纹中心的间距趋于恒定；亮条纹的宽度（或相邻暗条纹中 心的间距）与狭缝宽度成反比，与照射光的波长及透镜焦距成正比。 采用白光照明时，除中央主极大值亮条纹为白色外，其余各级次亮条 纹均为彩色条纹，且每级亮条纹均以蓝紫色开始，红色终止。
《光学教案》课件2
《光学教案》PPT课件第一章：光学简介1.1 光学的基本概念光的定义光的特性和传播1.2 光学的发展历史古代光学观念近现代光学发展1.3 光学的重要性和应用领域光的通信技术光学仪器和设备第二章：光的传播与反射2.1 光的传播光的传播方式光的传播速度2.2 平面镜反射反射定律反射图像的特点2.3 球面镜反射球面镜的类型球面镜的焦点和焦距第三章：光的折射与透镜3.1 光的折射现象折射定律折射图像的规律3.2 透镜的分类和性质凸透镜凹透镜3.3 透镜的应用放大镜和望远镜照相机和投影仪第四章：光的波动性4.1 光的干涉现象干涉的原理和条件双缝干涉实验4.2 光的衍射现象衍射的原理和条件单缝衍射和圆孔衍射4.3 光的偏振现象偏振的原理和条件偏振光的性质和应用第五章：现代光学技术5.1 激光技术激光的原理和特性激光的应用领域5.2 光纤通信技术光纤的原理和结构光纤通信的优点和应用5.3 光学仪器和设备望远镜和显微镜光学传感器和探测器第六章：色彩与光的混合6.1 色彩的基本理论色彩的三个基本属性色彩的混合原理6.2 光的加色混合加色混合的规律电视和计算机屏幕的显示原理6.3 光的减色混合减色混合的规律印刷和染色的应用第七章：光的量子性7.1 光的粒子性质光量子假说光电效应和光的粒子性7.2 光的波粒二象性波粒二象性的实验证明量子力学与光的性质7.3 量子光学的基本概念量子态量子纠缠和量子超位置第八章：光学传感器与光电子技术8.1 光学传感器的基本原理光电效应和光敏元件光传感器的应用领域8.2 光电子技术的应用光电池和太阳能电池光开关和光调制器8.3 光通信技术的发展光导纤维的传输原理光网络和全光通信系统第九章：光学在生物医学中的应用9.1 显微镜和荧光显微镜显微镜的原理和种类荧光显微镜在生物学研究中的应用9.2 激光在医学中的应用激光手术和激光治疗激光诊断和激光医疗设备9.3 光学成像技术X射线计算机断层扫描（CT）磁共振成像（MRI）和光学成像的结合第十章：光学实验与探索10.1 光学实验的基本设备和技巧光学仪器的组装和调节光学实验的安全注意事项10.2 经典光学实验干涉实验和衍射实验折射和反射实验10.3 现代光学实验技术激光实验和光纤实验光学传感器和光电子实验重点和难点解析一、光的传播与反射：反射定律的理解和应用，以及反射图像的特点。
电子光学课程设计
电子光学 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解电子光学的基本原理，掌握光电子相互作用的本质和规律。
2. 引导学生掌握电子光学器件的构造、性能及其在科学技术中的应用。
3. 帮助学生了解电子光学技术在现代科技领域的发展趋势。
技能目标：1. 培养学生运用电子光学知识解决实际问题的能力，能进行简单的电子光学系统设计和分析。
2. 提高学生运用实验方法验证电子光学理论的能力，熟练操作相关实验设备，处理实验数据。
3. 培养学生团队协作和沟通交流的能力，能够就电子光学问题展开讨论和分享观点。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子光学学科的热爱，激发学习兴趣，树立科学研究的信心。
2. 增强学生的创新意识，培养勇于探索、积极进取的精神风貌。
3. 提高学生的环保意识，认识到电子光学技术在社会发展中的重要作用，树立社会责任感。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，以理论教学和实践操作相结合的方式，使学生在掌握电子光学基本知识的基础上，提高解决实际问题的能力，培养创新精神和科学素养，为未来从事相关领域的研究和工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 电子光学基本原理：涵盖光的电磁理论、电子与光的相互作用、光学器件的物理基础等，参考教材相关章节，让学生从理论上掌握电子光学的基本概念和规律。
2. 电子光学器件及性能：介绍各类电子光学器件（如显微镜、望远镜、光栅等）的构造、工作原理和应用，结合教材内容，分析不同器件的性能特点，使学生了解其在科学技术中的应用。
3. 电子光学技术与应用：探讨电子光学技术在现代科技领域的发展趋势，如光电子器件、光纤通信、激光技术等，结合教材实例，使学生了解电子光学技术的最新发展及其在各个领域的应用。
教学大纲安排如下：1. 引言及电子光学基本原理（2课时）2. 电子光学器件及性能分析（3课时）3. 电子光学技术与应用（3课时）4. 实践环节：电子光学实验操作与分析（4课时）教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节，循序渐进地引导学生掌握电子光学知识，为实践操作和未来发展奠定基础。
光学 双折射 教案
《光学》电子教案§5-3 光通过单轴晶体时的双折射现象一、双折射现象 1、什么叫双折射现象1669年，巴托里奴斯发现，一束光进入方解石（晶体）后产生两束折射光，我们将一束光进入晶体后产生两束折射光的现象，叫双折射现象。
2、寻常光和非常光一束光垂直晶面入射，折射光中一束遵守折射定律，另一束不遵守折射定律。
遵从折射定律的光线称为寻常光线，简称o 光， 不遵从折射定律的光线称为非常光线，简称e 光，不遵从折射定律的含义：1°，常数 21i i sin /sin ，2°折射面与入射面不一定重合。
寻常光和非常光都是平面偏振光。
二、光轴与主截面1、光轴：在晶体内常有一个或两个固定的方向，光在晶体内沿着这一方向传播时，不发生双折射，这一方向称为晶体的光轴。
注意：光轴仅标志一定的方向，并不限于某一条特殊的直线。
单轴晶体、双轴晶体 2、主截面包含光轴和一条给定光线的平面，叫作与这条光线相对应的晶体的主截面。
通过o 光和光轴所作的平面称为o 光的主截面。
通过e 光和光轴所作的平面称为e 光的主截面。
O 光垂直于自己的主截面；e 光平行于自己的主截面。
光轴位于入射面内，o 光和e 光的主截面重合，一般情况下不重合，但夹角很小，看作重合。
三、o 光和e 光的相对强度1、用自然光照射，o 光和e 光强度相等。
2、用平面光（偏振光）照射，情况又如何？入射偏振光的振幅为A ， 其振动面与主截面夹角为θ⎩⎨⎧θ=θ=sin A A cos A A 0e θ=2e 0tg I /I 晶体转动，改变θ角光束若粗些，有重迭部分，晶体旋转时，重迭部分光强不变。
θ=220sin A I θ=22e cos A I I A )cos (sin A I I 2222e 0==θ+θ=+例：强度为I 的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到另一块完全相同的晶体上。
两块晶体的主截面之间的夹角为α，试求当α分别等于30°时，最后透射出来的光束的相对强度（不考虑反射、吸收等损失）。
《光学》课程教学电子教案 第0章 前言绪论(32P)
绪论
目录
1. 光学的研究对象、地位和特点 2. 光的本性 3. 现代光学的主要标志 4. 光学的发展趋势——光子学的崛起 5. 光学课程的学习方法
绪论
1. 光学的研究对象、地位和特点
光是一种重要的自然现象 光学是物理学的一个重要分支 光学学科是一门应用性极强的基础学科
(8) 量子论的提出
普朗克（M. Planck）的黑体辐射公式 爱因斯坦的光电效应方程 “光子（photon）”概念的提出
1905年，爱因斯坦（A. Einstein）发表了著名 的狭义相对论，彻底否定了“以太”的存在；同时 还假设，光在真空中始终是以恒定的速度传播，与 光源或观察者的运动状态无关。
绪论
2. 光的本性
(7) 电磁波动说的困境
对于黑体辐射和光电效应实验，无论采用何种假设，只要是以 电磁理论为前提，所得结论都与实验结果相矛盾。
绪论
2. 光的本性
麦克斯韦电磁理论的缺陷：假定光波是通过“以太”传播的。
为寻找“以太”介质，迈克耳孙（A. A. Michelson）和莫雷（E. W. Moley）于1887 年设计出一台精密的干涉仪，试图以此观察 地球相对“以太”的运动。
结论：通过任何实验都不可能观察到地 球相对于以太运动的任何效应。
光学 教案
简介
致谢
本教案中给出的所有插图仅供用于课堂教学参考。其中绝大多数 插图中系作者自己制作，个别图片取自网络共享文献，在此向原作者表 示感谢。
在本电子教案的编写和出版过程中，高等教育出版社胡凯飞、庞 永江、王文颖、郭亚嫘等编辑付出了辛勤的努力，西北工业大学教务处 为作者提供了精神和经费上的重要支持，西北工业大学教材建设委员会 的诸位专家对提出了许多宝贵的建设性修改意见。此外，作者的研究生 徐宏来曾协助作者编制教案的PPT版初稿，谢嘉宁、曲伟娟、陆红强、 王军等曾协助制作了部分仿真实验图片。作者在此一并表示衷心感谢。
光学精品电子教案
16物理系 从守民
I0
P
I
A
A0
I0 A02
IA2A02co2s
A=A0 cos
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0 ， IIm aIx0
，I 0
2
——消光
17物理系 从守民
偏振片的应用 1. 制成偏光眼镜，可观看立体电影。 2. 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地
面成45角、且向同一方向倾斜的偏振片， 可以避免对方汽车灯光的晃眼。
强
Io I cos2
偏振光振动面 主截面（ 90）时： Io=I , Ie=0
偏振光振动面//主截面（ 0）时：Io=0, Ie=I o光和e光重叠部分 Io Ie I (sin2 cos2 ) I
8物理系 从守民
四.双折射现象的解释 原因:o光在晶体内的速度是各向同性的,
而e光却是各向异性的 o光：子波波面为球形面. e光：子波波面为椭球面
I2 I1 cos2
I3 I2 cos2
2
I2 sin2
I 0 cos2 sin2 I 0
2
8
450
20物理系 从守民
以光线为轴转动P:
自然光或圆偏振光
P
线偏振光
待检光 ?
I 不变—？
I
I 变，有消光—？
部分偏振光或椭圆偏振光
I 变，无消光—？
21物理系 从守民
P1 P2
第八章 光在各向异性介质中的传播 §1 双折射 Double Refraction
一.双折射现象
o光
e光
双双折折折射
寻常光(o光)：遵守折射 定律 非常光(e光)：不遵守折射定律
方解石晶体
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P1 P2
P3
I1
I0 2
I2 I1 cos2
I3 I2 cos2
2
I 2 sin2
I 0 cos2 sin 2 I 0
2
8
450
以光线为轴转动P:
自然光或圆偏振光
P
线偏振光
待检光 ?
I 不变—？
I
I 变，有消光—？
部分偏振光或椭圆偏振光
I 变，无消光—？
P1 P2
I 0
面与晶片主截面成30°角， 求：（1）两束透
射时线，偏要振使光o光的和相e光对产强生度。π2
（2）当用钠光入射 的相位差，晶片的
厚度应为多少？已知ne=1.486，no=1.658
[解]：（1）o光振幅 Ao Asin30 ，
e光振幅 Ae Acos30 ，
相对强度比
Io Ie
Ao2 Ae2
(
sin 30 cos 30
光轴
o光
光轴
e光
光轴
一般情况下，e光不一定在入射面内，o光和e光 的主平面并不重合
2.特点 o光和e光均为线偏振光
o光的振动方向垂直于它自 己的主平面，
e光的振动方向平行于它自 己的主平面
o光 e光
当入射面是晶体的主截面时,o光和e光的主平面重 合，此时o光与e光的振动方向相互垂直
光轴
三、马吕斯（ Malus)定律
？
P1
P3
P2
你能说明为什么吗？
二、偏振棱镜 1.尼科尔棱镜
方解石 晶体
680
加拿大树胶
n 1.55
680
220
eห้องสมุดไป่ตู้
480
o
680
光轴
ne 1.486 no 1.658 n 1.55
2．Wollaston棱镜 两块光轴互相垂直的棱镜粘接而成，可使
两束线偏振光分开。
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
四.双折射现象的解释 原因:o光在晶体内的速度是各向同性的,
而e光却是各向异性的 o光：子波波面为球形面. e光：子波波面为椭球面
v0 ve
正晶体
v0 ve
负晶体
惠更斯原理解释
A
B
C
DE
光轴 o e
A
B
C
光轴 o e
A
B
光轴 oe
A
B
光轴
例 波长为589nm的线偏振光垂直入射到一块
光轴平行于表面的方解石晶片上， 光的振动
•
1、
功的路 。20.11.2120.11.21Saturday, November 21, 2020
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
•
2、
。0 2:05:09 02:05:0 902:051 1/21/2 020 2:05:09 AM
每天只看目标，别老想障碍
•
3、
。20.1 1.2102: 05:090 2:05Nov -2021-Nov-20
自然光入射：经双折射后o光和e光振幅相等。
线偏振光入射： 为光振动面AA ′与主截面
振幅
Ao Asin
Ae Acos
光
Io I sin 2
强
Io I cos2
偏振光振动面 主截面（ 90 ）时： Io=I , Ie=0 偏振光振动面//主截面（ 0 ）时：Io=0, Ie=I o光和e光重叠部分 Io Ie I (sin2 cos2 ) I
)2
1 3
[解]：（2）两光相位差
2
l
(no
ne
)
2
l 5.89 105 cm 8.56 105 cm
2 no ne 4 (1.658 1.486)
实际上，厚度 l (2k 1)8.56105 cm (k=0, 1, 2,…)
厚的晶片均可。
§2 产生偏振光的元件
一．偏振片
二向色性：某些晶体对振动方向不同的电矢量具 有 选择吸收的性质
单轴晶体（optical axis) ：只有一个光轴的晶体
(如方解石、石英) ；
双轴晶体（ twinaxial crystal ) ：有两个光轴的晶体
(如云母、硫磺)
主截面：光轴和晶体 表面法线组成的平面
主平面：某一光线(o 光或e光)与光轴组成的 平面
法线
e光 光轴
o光
法线 主截面
o光主平面
e光主平面
生活总会给你谢另一个谢机会，大这个机家会叫明天 6、
。2 020年1 1月21 日星期 六上午2 时5分9 秒02:05 :0920.1 1.21
人生就像骑单车，想保持平衡就得往前走
•
7、
。202 0年11 月上午2 时5分2 0.11.21 02:05Novembe r 21, 2020
•
8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年11 月21日 星期六 2时5分 9秒02: 05:0921 November 2020
偏振片polaroid ：吸收某方向光振动，而与其垂直
方向的光振动能通过的装置 透振方向：能透过光矢量振动的方向（偏振化方向）
偏振片
I0
偏振化 方向
I0 P1
I1 P2
I2
起偏
检偏
自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为起偏 利用偏振片检验光线的偏振化程度，称为检偏
2I0
I0
I I0
P 1// P2 平行偏振片
第八章 光在各向异性介质中的传播 §1 Double Refraction
一.双折射现象
o光
e光
双折射
寻常光(o光)：遵守折射 定律 非常光(e光)：不遵守折射定律
方解石晶体
当方解石晶体旋转时， o光不动， e光围绕o光旋转
二.双折射光的偏振特点 1.概念 光轴（optical axis) ：光线在晶体中沿某一 方向传播时o光和e光的传播速度相同（不发 生双折射现象），这一方向称为晶体的光轴
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
•
4、
。02:0 5:0902: 05:090 2:05Sat urday, November 21, 2020
• •
积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 1.2120. 11.210 2:05:09 02:05:0 9November 21, 2020
面成45角、且向同一方向倾斜的偏振片， 可以避免对方汽车灯光的晃眼。
3. 在拍摄玻璃窗内的物体时， 去掉反射光的干扰
未装偏振片
装偏振片
例题 光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后 光强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为 何？
解 分析
I0
P1
I1
P2 I2
P3
I3=I0/8
P1 起偏器
P2 检偏器
2I0
I0
I 0
P1 P2 正交偏振片
一般情况下 I =？
I0
P
I
A
A0
I0
A
2 0
A=A0 cos
I
A
2
A
2 0
cos
2
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I Imax I0
，I 0
2
——消光
偏振片的应用
1. 制成偏光眼镜，可观看立体电影。 2. 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地