中小学优质课件物理光学课件.ppt
合集下载
《光学》PPT课件
6
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
2024版物理光学ppt课件
产生条件
光波通过偏振片或反射、 折射等过程。
应用举例
偏振片的应用、偏振光的 干涉等。
光的波动理论
光的波动说
认为光是一种波动的ห้องสมุดไป่ตู้ 质，具有干涉、衍射等
波动特性。
光的电磁理论
认为光是一种电磁波， 具有电场和磁场交替变
化的特点。
光的量子理论
认为光是由一份份能量 子组成的，即光子，具
有粒子性。
光的波粒二象性
光学仪器的主要性能指标及其评价方法，包括分辨率、放大率、视 场、像质等。
光学仪器的使用与维护
光学仪器的正确使用方法、保养维护及故障排除技巧。
04 光的量子性质
光的粒子性表现
光的直线传播 光在同种均匀介质中沿直线传播，这是光的粒子性的表现 之一。
光的反射和折射
光在传播过程中遇到不同介质的分界面时，会发生反射和 折射现象，这些现象也可以用光的粒子性来解释。
光的散射
当光通过不均匀介质时，部分光束将偏离原来方向而分散 传播，从侧面看到光亮的物体，这种现象称为光的散射， 也是光的粒子性的一种表现。
光电效应实验
• 实验原理：光电效应是指光照射到物质表面时，引起物质电性质发生变化的现象。爱因斯坦提出了著名的光电 效应方程，成功地解释了光电效应现象。
• 实验装置：光电效应实验装置包括光源、滤光片、光电管、微电流计和电源等部分。 • 实验步骤：首先选择合适的光源和滤光片，调整光源和光电管之间的距离和角度，使光束能够照射到光电管的
05 现代光学技术
激光技术及应用
激光产生原理
介绍激光产生的物理过程，包括粒子数反转、受激辐射等概念。
激光器种类
列举不同类型的激光器，如气体激光器、固体激光器、半导体激 光器等，并简述其工作原理和应用领域。
《光学》全套课件 PPT
τ
cosΔ
dt =0
τ0
I = I1 +I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I =I1 +I2 +2 I1I2 cosΔ 位相差恒定，有干涉现象
若 I1 I2
I =2I1(1+cosΔ
)
=4I 1cos2
Δ 2
Δ =±2kπ I =4I1
r2
§1-7 薄膜干涉
利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和 折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。
一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质 n2(>n1)，
用扩展光源照射薄膜，其
反射和透射光如图所示
a
n1
i
a1 D
B
n2
A
n1 C
2、E和H相互垂直，并且都与传播方向垂直，E、H、u三者满 足右螺旋关系，E、H各在自己的振动面内振动，具有偏振性．
3、在空间任一点处
εE = μH
4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率，
为
u= 1 εμ
在真空中u= c =
1 ≈3×108[m ε0μ0
s 1]
5、电磁波的能量
S
=E
×H ,
只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形
成系统理论。
二、几何光学时期
•这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。
•李普塞（1587～1619）在1608年发明了第一架望远镜。
•延森（1588～1632）和冯特纳（1580～1656）最早制作了复 合显微镜。 •1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。 • 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
物理光学PPT课件
• 例：
• 在可见光范围内，一般的光学玻璃，吸收都很小且不随波长而变， 它就是一般吸收。而有色玻璃则是在可见光范围内具有选择吸收 的媒质。例如，“红”玻璃是对红色微弱地吸收，而对绿色，蓝 色 及 紫 色 光 显 著 吸 收 的 玻第璃3页。/共若1有9页一 束 白 光 通 过 这 片 玻 璃 ， 就 只
而变。散射光强度随波长而变的关系已不是与成反
比了，而是与波长较低级次成反比，因此散射光强
度与波长的关系就不很显著。与小质点的情况相比，
散射光颜色与入射光较相近，是白色而不是蓝色，
而散射光的偏振度也随增加而减小，式中r是散射粒
子的线度，是入射光的波长。而散射光强度的角分
布随的变化则更为显著，当散射粒子的线度与光波
• 吸收和气体的压力、温度、密度等均有密切的关系， 一般是气体密度愈大，它对光的吸收也就愈严重。 在实际工作中应考虑上述因素对吸收的影响，例如 在激光通讯中，讨论大气对激光束的吸收时，就要 考虑这些问题。 第11页/共19页
5-2-6 固体和液体的吸收
• 固体和液体（包括染料溶液）对光吸收的特点，主要是具有很宽的 吸收带（即吸收系数随波长变化的曲线比较平滑），当然也有吸收 带很窄的物质。
dI adl I
l 0 I I0
I I0ea1
l
1 a
I I0 I0 e 2.72
第2页/共19页
§5-2 介质的吸收与色散
• 一般吸收：有些媒质，在一定波长范围内，吸收系数不 随波长而变（严格说来是随波长的变化可以忽略不计）， 这种吸收就称为一般吸收。
• 选择吸收：有些媒质，在一定波长范围内，吸收系数随 波长而变，这种吸收就称为选择吸收。
d
• 在实际工作中，选用光学材料时应注意其色散的大小，例如，同样
• 在可见光范围内，一般的光学玻璃，吸收都很小且不随波长而变， 它就是一般吸收。而有色玻璃则是在可见光范围内具有选择吸收 的媒质。例如，“红”玻璃是对红色微弱地吸收，而对绿色，蓝 色 及 紫 色 光 显 著 吸 收 的 玻第璃3页。/共若1有9页一 束 白 光 通 过 这 片 玻 璃 ， 就 只
而变。散射光强度随波长而变的关系已不是与成反
比了，而是与波长较低级次成反比，因此散射光强
度与波长的关系就不很显著。与小质点的情况相比，
散射光颜色与入射光较相近，是白色而不是蓝色，
而散射光的偏振度也随增加而减小，式中r是散射粒
子的线度，是入射光的波长。而散射光强度的角分
布随的变化则更为显著，当散射粒子的线度与光波
• 吸收和气体的压力、温度、密度等均有密切的关系， 一般是气体密度愈大，它对光的吸收也就愈严重。 在实际工作中应考虑上述因素对吸收的影响，例如 在激光通讯中，讨论大气对激光束的吸收时，就要 考虑这些问题。 第11页/共19页
5-2-6 固体和液体的吸收
• 固体和液体（包括染料溶液）对光吸收的特点，主要是具有很宽的 吸收带（即吸收系数随波长变化的曲线比较平滑），当然也有吸收 带很窄的物质。
dI adl I
l 0 I I0
I I0ea1
l
1 a
I I0 I0 e 2.72
第2页/共19页
§5-2 介质的吸收与色散
• 一般吸收：有些媒质，在一定波长范围内，吸收系数不 随波长而变（严格说来是随波长的变化可以忽略不计）， 这种吸收就称为一般吸收。
• 选择吸收：有些媒质，在一定波长范围内，吸收系数随 波长而变，这种吸收就称为选择吸收。
d
• 在实际工作中，选用光学材料时应注意其色散的大小，例如，同样
物理光学讲课课件
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
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
物理光学公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
频率相同
第5页
假如要观测到光干涉现象需要什么条件？
相同两个光源发出光
－－这样光叫相干光束
18，英国物理学家托马斯·杨 在试验室里成功观测到了光干涉
托马斯·杨
1773~1829
第6页
双缝干涉图样
第7页
双缝干涉和光波粒二象性
第8页
２、杨氏双缝干涉
1 试验原理
屏 挡板
单色光
S1
S1 S2相称于两个
2、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下肥皂 泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉．
3、薄膜于涉在技术上能够检查镜面和精密部件表面 形状；精密光学透镜上增透膜．
第27页
光干涉
二、光干涉
1．光干涉现象
1）定义：两列光波相遇时叠加，在一些地方光被加强而 一些地方削弱现象。
2）干涉条件：相干光束（光源上同一点分出来两个光源）
周璐系列复习课件——光
第二节
物理光学
第1页
一、光干涉及应用
彩虹－－摄于西藏阿里高原 第2页
地上油膜
肥皂泡
第3页
１、光本质是什么？
光是一个物质微粒， 在均匀介质中以一定速度传播
牛顿
光是在空间传播某种波
你赞同谁观点？
惠更斯
1629－ 1669 第4页
干涉现象是波独有特性，假设光真 是一个波，就必定会观测到光干涉现 象．
绿
蓝－靛
紫
波长 nm
580－490 490－450 450－400
红光波长最大，紫光波长最小
x L
d
第20页
用白光做双缝干涉试验，在屏上会出现什么现象？
红光
红 700nm
……
＋
第5页
假如要观测到光干涉现象需要什么条件？
相同两个光源发出光
－－这样光叫相干光束
18，英国物理学家托马斯·杨 在试验室里成功观测到了光干涉
托马斯·杨
1773~1829
第6页
双缝干涉图样
第7页
双缝干涉和光波粒二象性
第8页
２、杨氏双缝干涉
1 试验原理
屏 挡板
单色光
S1
S1 S2相称于两个
2、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下肥皂 泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉．
3、薄膜于涉在技术上能够检查镜面和精密部件表面 形状；精密光学透镜上增透膜．
第27页
光干涉
二、光干涉
1．光干涉现象
1）定义：两列光波相遇时叠加，在一些地方光被加强而 一些地方削弱现象。
2）干涉条件：相干光束（光源上同一点分出来两个光源）
周璐系列复习课件——光
第二节
物理光学
第1页
一、光干涉及应用
彩虹－－摄于西藏阿里高原 第2页
地上油膜
肥皂泡
第3页
１、光本质是什么？
光是一个物质微粒， 在均匀介质中以一定速度传播
牛顿
光是在空间传播某种波
你赞同谁观点？
惠更斯
1629－ 1669 第4页
干涉现象是波独有特性，假设光真 是一个波，就必定会观测到光干涉现 象．
绿
蓝－靛
紫
波长 nm
580－490 490－450 450－400
红光波长最大，紫光波长最小
x L
d
第20页
用白光做双缝干涉试验，在屏上会出现什么现象？
红光
红 700nm
……
＋
《物理光学》课件
过一定时间以后，电磁振动所到达的各点将构成一个以O点为中
心的球面，如图所示。这时的波阵面是球面，这种波就称为球
面波。
光线
波面
O
R
设图中的球面波为单色光波。由于球面波波面上各点的位相相 同，因此只需研究从O点发出的任一方向上各点的电磁场变化规 律，即可知道整个空间的情况。 取沿OR方向传播的光波为对象。设O点的初相为0，则距O点为r 的某点P的位相为
nc v
代入c、v各自的表达式，有
n c v
00
rr
r为相对介电常数，r为相对磁导率。
对除磁性物质以外的大 多数物质而言， r 1,故 n r
这个表达式称麦克斯韦 关系。
§3 平面电磁波 本节根据波动的两个偏微分方程，结合边界条件、初始条件，
得出其中的平面波解－平面波的波函数。
对积分得
2E z 2
1 v2
2E t 2
2E 4
0
即
E
0
E g
g 是的任意矢量函数
再对 积分得
E
g
d
f2
f1
f2
f1z vt f2 z vt
vt
取周期为2的余弦函数作为波动方 程的特解：
E
A cos
2
z
vt
3
B
A
cos
2
z
vt
4
二 平面简谐波
（3）（4）式是平面简谐波的波函数，即我们认定研究的电磁 波为平面简谐波。
《光学》全套课件 PPT
[美]机载激光系统
•近年又产生了付立叶光学和非线性光学。 •付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系 统理论引入光学。
§1-1 光的电磁理论
一、光的电磁理论 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场会产生变化 的磁场，这个变化的磁场又产生变化的电场，这样变化 的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及远地传播 形成电磁波。
•1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。
• 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
三、波动光学时期
• 1801年，托马斯· 杨做出了光的双缝干涉实验 • 1808年，马吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。
托马斯· 杨
பைடு நூலகம்
惠更斯
牛顿
• 1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理 • 1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭 示了光现象和电磁现象的内在联系。 • 1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波 通过以上研究，人们确信光是一种波动。
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧 几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
760nm~630nm 630nm~590nm 590nm~570nm 570nm~500nm 500nm~460nm 460nm~430nm 430nm~400nm
光在不同媒质中传播时，频率不变，波 长和传播速度变小。 折射率 n = c = ε μ r r