《普通物理学（光学）》课程教学大纲

PAGE1PAGE9普通物理学（光学）课程教学大纲（GeneralPhysics（Optics））学时数：48其中：实验学时：0课外学时：0学分数：3适用专业：物理学一、课程的性质、目的和任务光学是物理学专业学生的一门学科基础课程，通过光学教学，应达到以下要求：1、牢固地掌握几何光学中的一些基本概念，近轴成象的计算和成象作图法，弄清典型的助视光学仪器的基本原理。2、牢固掌握有关干涉、衍射、偏振等现象的一些基本原理和规律，理解光的波动性，为后继课程奠定必要的基础。3、了解现代光学的某些基础内容和发展的某些趋向及其某些新成就。4、使学生具有分析和处理中学物理中光学教材的能力。在课堂教学、演示实验、习题课和课外作业等各个教学环节中培养学生自学、观察和独立思考的能力。通过光学内容和研究方法的教学，加强学生辨证唯物主义观点，提高学生的科学素质和能力。二、课程教学的基本要求(一)了解光学的内容和它在学术上、应用上的重要性。了解光学学科的发展简史，包括我国古代在光学方面的贡献以及人类对于光的本性的认识的深化过程，特别是20世纪以来光学所取得的巨大成就。（二）掌握光线、折射率、光程、光学系统、理想光具组、理想成象、实物、虚物、实象、虚象和物、象空间、近轴条件等物理概念。（三）掌握显微放大系统和望远系统的典型光路，放大本领的定义以及放大镜、显微镜、望远镜放大本领的表达式。（四）掌握光波的时空特性及其表达式，理解光波的叠加性和相干性，掌握相干条件及其实现的方法，掌握光程的概念和光程差与位相差的换算关系。（五）掌握夫琅和费单缝、光栅衍射的特征，对它们的强度公式不仅要能应用，而且应该会推导，熟练掌握光栅方程的导出、物理意义及应用。（六）了解从电磁场的边界条件导出菲涅耳公式的过程，理解从菲涅耳公式得出布儒斯特定律、反射光和折射光的位相及强度与入射光的关系。三、课程的教学内容、重点和难点第一章绪论主要内容§1光学是一门重要的学科§2我国古代光学方面的成就§320世纪前的光学发展史§420世纪若干重大进展摘要§5光是电磁波的一部分§6光子与电子之间的相似性重点：光的本性难点：光的本性第二章几何光学的基本原理主要内容§1费马原理（1）几何光学的基本定律（2）光程费马原理§2理想成象的一些基本概念§3光在平面界面的反射和折射光学纤维§4单球面近轴成象（1）符号规则（2）单球面折射成象（3）放大率（4）球面反射镜§5共轴球面组近轴成象（1）逐次成象法（2）透镜成象（3）薄透镜成象§6理想光具组理论（1）理想光具组（2）理想光具组的基点和基面（3）理想光具组的物象关系（4）理想光具组的作图求象法（5）薄透镜的组合重点：费马原理；共轴球面系统在近轴条件下的成象问题；理想光具组的基点和基面的定义和性质及物象关系；特殊光线和任意光线的作图法。难点：理想光具组的基点、基面的定义和性质；任意光线的作图法。第三章光学仪器主要内容 §1人的眼睛§2放大镜目镜显微镜望远镜§3光阑光瞳*§4光度学中的几个基本物理量物镜的聚光本领*§5象差简介重点：显微放大系统和望远系统的光路图；助视仪器的放大本领；光度学的几个基本概念。难点：显微放大系统和望远系统的结构和光路图。第四章光的干涉主要内容§1光波的描述和基本性质（1）光波与光场（2）平面简谐波和球面简谐波（3）光波的叠加与干涉（4）相干条件和产生相干波的方法§2分波前干涉（1）杨氏实验（1801年）（2）可见度光波的时间相干性和空间相干性（3）洛埃镜实验§3分振幅干涉—薄膜干涉（1）薄膜干涉原理（2）等厚干涉（3）等倾干涉（4）迈克耳逊干涉仪（5）牛顿环（6）薄膜干涉的应用（7）多光束干涉、法布里——泊罗干涉仪重点：相干条件；光程（差）；分波前干涉和分振幅干涉的基本概念及应用。难点：分波前干涉和分振幅干涉的基本概念及应用。第五章光的衍射主要内容§1光的衍射现象和惠更斯—费涅耳原理（1）光的衍射现象及特点（2）惠更斯—费涅耳原理（3）菲涅耳衍射和夫琅和费衍射§2菲涅耳衍射（1）半波带法（2）振幅矢量图解法（3）菲涅耳圆孔衍射（4）菲涅耳圆屏衍射波带片*（5）菲涅耳直边衍射§3夫琅和费衍射（1）夫琅和费单缝衍射（2）夫琅和费圆孔衍射及光学仪器的分辨本领§4衍射光栅（1）多缝的夫琅和费衍射（2）光栅光谱*（3）闪耀光栅§5晶体对X射线的衍射重点：半波带法的基本物理思想和方法、振幅矢量图解法、夫琅和费单缝衍射、夫琅和费圆孔衍射、光栅衍射。难点：半波带法的基本物理思想和方法；光栅衍射。第六章菲涅耳公式与薄膜光学主要内容*§1从光的电磁理论导出菲涅耳公式*§2对菲涅耳公式进行讨论§3薄膜光学的基本概念§4几种典型的光学薄膜*§5多层膜X射线光学的进展重点：菲涅耳公式、反射率和透射率、布儒斯特定律、反射和折射时的位相关系。难点：菲涅耳公式。第七章光学信息处理与全息照相主要内容*§1光学图象傅里叶频谱分析*§2光学图象处理§3全息照相重点：光学信息处理的基本原理、全息照相的记录和再现过程。难点：光学信息处理的基本原理。第八章光的横波性及晶体光学基础主要内容§1光的偏振态（1）自然光（2）平面偏振光（3）部分偏振光（4）椭圆偏振光（5）圆偏振光§2晶体光学基础（1）双折射现象及规律（2）用惠更斯原理解释双折射现象（3）晶体器件（4）通过片后光的偏振态的变化（5）椭圆偏振光和圆偏振光的获得与检验§3偏振光的干涉及应用§4旋光性重点：五种偏振光的概念及检验方法、单轴晶体双折射的特点、惠更斯作图法、几种重要的偏振器件、偏振光的干涉。难点：单轴晶体的双折射；偏振光的干涉。第九章光源与激光主要内容§1物体发光机制概要§2若干典型光源的特性（1）非热光源（2）热光源§3激光原理及其特征（1）激光的诞生（2）自发辐射、受激吸收和受激辐射（3）爱因斯坦A系数和B系数（4）激光产生的必要条件—粒子数反转、光泵、谐振腔（5）激光的主要特征*§4各种激光器及其应用（1）第一台激光器——红宝石脉冲激光器（2）氦氖激光器（3）半导体激光器（4）其他类型激光器及其应用重点：激光产生的条件、特点和应用。难点：激光产生的原理。第十章介质的色散及非线性光学摘要主要内容§1光与物质的相互作用和电偶极子的振荡*§2金属材料对光的吸收*§3介质材料对光的吸收和色散§4光学中的非线性现象*§5介质的非线性光学响应*§6光波在非线性介质中的传播*§7二阶光学非线性现象*§8三阶光学非线性现象重点：非线性光学过程的基本原理和方法以及它们的一些主要应用。难点：非线性光学过程的基本原理。四、课程各教学环节要求本课程以课堂教学为主，在教学过程中，对教学内容的体系及先后次序，讨论课及自学等教学环节的安排及教学方法的使用，均可根据实际情况确定，但习题课、讨论课的教学时数不能少于25%，课堂和课外学习时数的比例至少应为1：2。采取现代教学手段。教学方法上从以教师为主逐步过渡到以学生为主。在教好基础理论的前提下，适当介绍一些近代光学的新成就，扩大学生的知识面，但这部分内容不作过高要求。有“*”的内容为自选内容，可根据执行情况取舍。五、学时分配章节主要内容各教学环节学时分配备注讲授实验讨论习题课外其它小计一绪论1001二几何光学的基本原理712111三光学仪器20103四光的干涉712010五光的衍射712010六菲涅耳公式和薄膜光学10001七光学信息处理和全息照相10001八光的横波性及晶体光学基础61209九光源与激光10001十介质的色散及非线性光学摘要10001合计3449148六、课程与其它课程的联系本课程是在中学物理的基础上循序渐进，螺旋式提高的。《高等数学》、《电磁学》是本课程必须的重要先修课程。《光学》与物理学专业的其他课程——《电动力学》、《信息光学》、《激光原理》等课程有密切的联系。七、教材与教学参考书（一）教材姚启均原著,华东师大《光学》教材编写组改编.光学教程（第三版）.北京：高等教育出版社，2002。（二）教学参考书[1]