大学物理第十九章课件

1、2022年8月5日王业伍yewuwang浙江大学物理系大学物理甲第十九章几何光学第1页，共34页。2022/8/52光学：研究光的本性、光的发射、传播和吸收的规律，光和物质的相互作用。几何光学：以光的直线传播性质为基础，研究光在透明介质中的传播。 （第19章）波动光学：以光的波动性质为基础，研究光的干涉、衍射、偏振等现象。（第16、17、18章）量子光学：以光的粒子性为基础，研究光和物质的相互作用。 （第20章） 光学的发展可分为三个阶段：几何光学、波动光学和量子光学。现代光学的发展已经有许多分支：激光物理、集成光学、傅立叶光学、纤维光学和非线性光学等。第2页，共34页。2022/8/53牛顿

2、-微粒说：按惯性直线运动的微粒流。惠更斯-波动说：在特殊介质中传播的机械波。爱因斯坦-光子说：具有波粒二象性的光量子。19世纪波动说光的本性电磁波17世纪光的干涉、衍射和偏振第3页，共34页。2022/8/5419-1几何光学的基本定律本章教学基本要求1、了解费马原理2、理解光学成像原理3、理解薄透镜和其它光学器件的成像原理第4页，共34页。2022/8/55 19-1 几何光学的基本定律一、几何光学的基本定律：反射定律:折射定律: 折射率:直线传播定律：光在均匀介质中直线传播.19-1几何光学的基本定律（入射面）第5页，共34页。2022/8/56二、费马原理（最小时间原理） 光在介质中从一

3、点传播到另一点，总沿着光程为极值的路径传播。也就是说实际的光程为所有可能的光程中的极小值、极大值或恒定值。 光程为极值的条件相当于积分的变分为零：19-1几何光学的基本定律均匀介质的光程 l = nr不均匀介质的光程第6页，共34页。2022/8/57反射定律:ABPdxd-xiiabii19-1几何光学的基本定律第7页，共34页。2022/8/58折射定律:光路可逆19-1几何光学的基本定律ABPabdxirn1n2i斯涅尔定律第8页，共34页。2022/8/59三、全反射（ Total Internal Reflection）19-1几何光学的基本定律第9页，共34页。2022/8/510

4、光纤19-1几何光学的基本定律 由两种同轴均匀透明介质组成，内部是折射率为n1 的圆柱体（芯线），外层是折射率为n2 的圆筒（包线） 。芯线的折射率大于包线的折射率，当光线在芯线和包线界面处的入射角大于临界角，在芯线内发生全反射，使光线由一端传输到另一端。光纤通讯：通讯容量大、能耗小、抗干扰性强、频带宽、保密性好第10页，共34页。2022/8/5112009年的诺贝尔物理学奖授予“光在纤维中的传输以用于光学通信方面” 取得了突破性成就的高锟以及发明了半导体成像器件电荷耦合器件(CCD) 图像传感器的博伊尔和史密斯。 1965年，经过无数实验研究，高锟发表一篇论文提出：用玻璃纤维进行长距离信息

5、传递，将带来一场通讯事业的革命，并提出当玻璃纤维损耗率下降到20分贝/公里时，光纤通讯即可成功。他的研究为人类进入光导新纪元打开了大门。 第11页，共34页。2022/8/51219-2 反射成像 19-2 反射成像一、平面镜反射成像虚像第12页，共34页。2022/8/51319-2 反射成像傍轴（近轴）光线：与光轴靠的很近的光线二、球面镜反射成像P点发出的傍轴光线全部反射到P点成为P的像光轴：球面顶点和曲率中心的连线。第13页，共34页。2022/8/514二、球面镜反射成像镜像公式19-2 反射成像上式中l近似为AV之间弧长第14页，共34页。2022/8/515焦点平面镜19-2 反射

6、成像第15页，共34页。2022/8/51619-2 反射成像成像公式对凸面镜也成立:第16页，共34页。2022/8/51719-2 反射成像 符号规则物距：物与入射光线在反射表面同侧，物距为正，反之为负。像距：像与出射光线在反射表面同侧，像距为正，反之为负。球面曲率半径R,焦距 f：曲率中心与出射光线在反射表面同侧， R 和f为正，反之为负。垂直于轴的线段：由轴计起，在光轴之上为正，在光轴之下为负。第17页，共34页。2022/8/51819-2 反射成像 作图法 横向放大率从Q点发出的典型光线 平行光线 过焦点的光线 球心的光线 射到顶点的光线这些光线汇聚到Q与相似第18页，共34页。2

7、022/8/51919-2 反射成像成虚像第19页，共34页。2022/8/520由省物理学会与省物理教指委共同举办的第七届“2015年浙江省大学生物理创新竞赛”（详细通知可以查看浙大本科生院通知或浙江省物理学会网站)，理论竞赛将于2015年12月12日（周六）上午8：30至11：30举行，根据参加理论竞赛的人数和竞赛成绩评出一、二、三等奖。获奖比例为参赛人数的5、15、30，对获奖者颁发省级获奖证书！并可以申请第二课堂的相关学分!根据关于上一届竞赛时全体大学物理任课教师会议讨论结果，对参赛及获奖同学进行课程平时成绩的奖励，具体奖励办法：获一、二、三等奖分别加6分、4分与3分，其它参赛同学根据

8、比赛成绩加02分，平时总成绩累计不超过30分。参赛报名费30元/人，报名截止时间11月28日！第20页，共34页。2022/8/52119-3 单球面镜成像 19-3 单球面折射成像傍轴成像符号规则与球面镜反射成像类似第21页，共34页。2022/8/522例 19.1第22页，共34页。2022/8/523 19-4 薄透镜薄透镜：由两个彼此紧靠的曲率半径相同的球形折射面组成，厚度可以忽略。两球曲率中心的连线是主光轴，有两个焦点。一、正透镜和负透镜正透镜、会聚透镜第23页，共34页。2022/8/524负透镜、发散透镜第24页，共34页。2022/8/525二、薄透镜公式PQO和PQO相似O

9、AF2和PQF2相似负号表示当物距和焦距为正时，像是倒立的第25页，共34页。2022/8/526三、透镜制造者公式书上132页公式有误透镜工作在空气或真空中第26页，共34页。2022/8/527最后焦距表达式：第27页，共34页。2022/8/528四、薄透镜作图法（1）光线平行于光轴，经透镜透射（凹面镜反射）后，透射（反射）光经过焦点F2。（2）光线通过焦点F1，经透镜透射（凹面镜反射）后，透射（反射）光平行于光轴。（3）光线通过光心，经透镜透射（凹面镜反射）后，沿原路直射（反射） 。F2F1F2F1第28页，共34页。2022/8/529对于多个透镜组成的近轴光具组，实物对于透镜所成的像可以视为下一个透镜的物。如果该像位于下一个透镜的物距为正的区域，其物距等于该像到下一个透镜的距离；如果该像位于下一个透镜的物距为负的区域，其物距须加上负号。有关这个系统的成像处理，是先从离物最近的透镜开始，按照上述符号规则逐级成像。第29页，共34页。2022/8/530例 19.2第30页，共34页。2022/8/531 19-5 光学器件一、放大镜凸透镜是最简单的放大镜，用于放大物对人眼的张角。人眼的近点约在距眼睛25cm处明视距离角放大率第31页，共34页。2022/8/532二、显微镜可获得较大的放大率以观察微小物体