崔宏滨物理系凝聚态物理专业.ppt

崔宏滨 物理系凝聚态物理专业 实验室：物理楼221室 Tel： 3607624 Email： 助教 w杨正: w赵宁波: 绪论 w细推物理须行乐，何用浮名绊此身？ w杜甫曲江二首之一 w w人每时每刻都在呼吸着，所以并不觉得呼吸 是一种幸福。但如果不能呼吸了，将会怎样 ？物理学对于我来说就像呼吸一样。 w李政道 一、关于物理学 w物理学是一门自然科学，我们反复学习、必 须学习。这是为什么？ w说明物理学在我们的人生中是十分重要的。 w物理学有多么重要？ w难道是王婆卖瓜吗？ w计算机有多么重要？ w计算机是集合了最先进科技成果的产品。 与其说是计算机改变了我们的社会，不如说 是量子力学，或者Einstein改变了这一切。 二物理学的研究方法 w1物理学是一门实验科学 一切结论都来自于实验，一切结论都要经过实验的 检验。 w2物理学的理论体系 自然哲学的数学原理，Newton著 物理学的研究对象自然的原理。 物理学的理论体系数学，用严格的数学理论阐 述、推导和研究物理学的规律。 可以说，物理学就是将自然界的原理用数学理 论加以阐述的科学体系。 w3物理模型 w为了概括对象的本质和特征，需要建立研究对象的 物理模型。 w所谓模型，就是模拟真实的一种形象化的构型。 w从模型，可以得出新的结论。 w结论必须同实验结果进行对比，“自洽”。 w新模型的建立，标志着新理论的建立，模型被修正 ，标志着物理学有了新的发展。 三、光是什么？ w察其言而观其行，方能知其人。 w研究光的本质，必须从其现象开始。 w现象，则表现在光与物质的相互作用中。 w光在与不同物质的相互作用中，表现出不同 的性质。 w可以用不同的物理模型对光进行描述。 1、光的宏观表现 w传播定律：均匀介质中，光沿直线传播 w反射定律：i=i w折射定律：nsini=nsini 光线模型 w光路可逆原理 w光线如果沿原来反射和折射方向入射时 ，则相应的反射和折射光将沿原来的入 射光的方向。 如果物点Q发出的光线经光学系统后在 Q点成像，则Q点发出的光线经同一系 统后必然会在Q点成像。即物像之间是共 轭的。 Q Q 几何光学中光的物理模型 w用直线或曲线段来表示光的路径，称为光线 w光线只表示光的路径，用来处理光的传播和 成像问题，不涉及光的物理本质，是一种唯 象的模型。 w在几何光学的范围内，无法定义和研究诸如 波长、频率、能量和波速等物理量。 Fermat 原理 P Q 费马（Fermat）原理：两点间光的实际路 径，是光程平稳的路径。（1679年） 光程：折射率光所经过的路程，即nS。 一般情况下为折射率的路径积分。 平稳：极值（极大、极小）或恒定值。 在数学上，用变分表示 椭球面内两焦点间的路径，光程为恒定值 在椭球面上一点作相切的平面 和球面，则经平面反射的光线中，实 际光线的光程最小，经球面反射的光 线中，实际光线的光程最大。 抛物面焦点发出的光，反射后变 为平行光，汇聚在无穷远处，光程 为极大值。 由Fermat原理导出几何光学的实 验定律 w（1）光的直线传播定律 w在均匀媒质中，两点间光程最短的路径是直 线。 w（2）光的反射定律 w（3）光的折射定律 w（2） 光的反射定律 P是P点关于面的 对称点。P，Q，O 三点确定平面。 直线QP与反射面 交于O点。则易知 当i=i时，QO+OP 为光程最短的路径 。 Q P QPO w（4） 物像之间的等光程性 物点Q与像点Q之间的光程总是平稳 的，即不管光线经何路径，凡是由Q通过 同样的光学系统到达Q的光线，都是等 光程的。 几何光学定律成立的条件 w1 光学系统的尺度远大于光波的波长。 w2 介质是均匀和各向同性的。 w3 光强不是很大。 2、光与小尺度物体的作用 w1678年，Huygens提出光的波动学说。 w1801年，TYoung在光通过双孔的实验中， 首次观察到了光的干涉现象。 w1808年，Malus观察到了光的偏振现象，说 明光是横波。 w1865年，Maxwell提出电磁波理论。后来证 实光是电磁波。 光的电磁波模型 3、在原子尺度上的表现 w“紫外灾难”，1900年由Plank用量子假设解决。 w1905年，Einstein用量子假设成功解释光电效应。 w光具有波粒二象性，这也是一切量子现象的基本属 性。 w波：几率波 w粒：分立的能量子，E=h w与几何光学时期的波动性和粒子性根本不同 四、几何光学的应用照相机 单镜头反光照相机（SLR)旁轴取景器式照相机 箱式照相机 双镜头反光照相机 成像镜头 取景镜头 底片 底片 镜 头 毛玻璃 反光板 五棱镜 反 光 板 透反镜 眼 睛 成 像 镜 头 镜头与反光板机械联 动，实现调焦 照相机的幅面与视角 135相机底片：2436 120相机底片：6060 照相机的镜头 w为了获得高质量的影像，镜头通常由多组球 面透镜构成，可以消除色差、像差、球差、 彗差等。 镜头的焦距 24x36 镜头的焦距与像的大小 通过增大 像距放大 图像 在镜头与相机 之间加接圈（ 近摄接圈） 标准镜头（standard-lens） f：4555mm 长焦镜头（tele-lens ） f75mm 广角镜头（wide-lens）f40mm 物距与景深 物方景深 像方景深 光圈：调节曝光量，改变成像质量 F数=1, 1.2, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22 221 快门：控制曝光量 高速时，是一条光缝扫