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1、眼应用光学基础第1页，共158页，编辑于2022年，星期二几几何何光光 学学光的直线传播光的直线传播光的反射光的反射光的折射光的折射分类分类定律定律条件条件规律规律应用应用凸透镜成像凸透镜成像第2页，共158页，编辑于2022年，星期二一、光的传播、光的传播 1、光源、光源 能够能够 发光的物体叫光源。发光的物体叫光源。如如:太阳、发光的电灯、荧火虫都是光源。太阳、发光的电灯、荧火虫都是光源。月亮本身不发光，它不是光源。月亮本身不发光，它不是光源。2、光在、光在同一种均匀同一种均匀物质中是沿直线传播的。物质中是沿直线传播的。光在不同物质中传播的速度是不同的，光在不同物质中传播的速度是不同的，在
2、真空中传播的速度最大，为在真空中传播的速度最大，为3108 m/s。自身自身第3页，共158页，编辑于2022年，星期二影子影子由于光沿直线传播，在光的传由于光沿直线传播，在光的传播过程中，遇到不透明的物体播过程中，遇到不透明的物体时，在物体后面就形成一个光时，在物体后面就形成一个光不能到达的区域，从而形成一不能到达的区域，从而形成一块阴影，这个阴影就是物体的块阴影，这个阴影就是物体的影子影子。第4页，共158页，编辑于2022年，星期二日食、月食的形成日食、月食的形成太阳月球地球日食的形成日食的形成第5页，共158页，编辑于2022年，星期二二、光的反射现象二、光的反射现象1、光的反射现象、
3、光的反射现象 光射到两种介质的分界面时，有一部分光被光射到两种介质的分界面时，有一部分光被反射回去的现象叫光的反射。反射回去的现象叫光的反射。例如：我们能看到不发光的物体，就是由于物体例如：我们能看到不发光的物体，就是由于物体反射的光缘故。反射的光缘故。第6页，共158页，编辑于2022年，星期二2、光的反射定律、光的反射定律反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线两反射光线和入射光线分别位于法线两 侧，侧，反射角等于入射角。反射角等于入射角。（可简记为（可简记为“三线共面、法线居中、两角相等三线共面、法线居中、两角相等”）入射
4、角反射角入射光线反射光线第7页，共158页，编辑于2022年，星期二1)1)求作反射光线求作反射光线2)已知物像，求作镜面已知物像，求作镜面第8页，共158页，编辑于2022年，星期二3）（如图）太阳光与水平面成）（如图）太阳光与水平面成60角，要用一平角，要用一平面镜把太阳光反面镜把太阳光反射到竖直的井底，画出平面镜放置的位置射到竖直的井底，画出平面镜放置的位置.60O第9页，共158页，编辑于2022年，星期二4)从S发出的光经平面镜过A点。SSA第10页，共158页，编辑于2022年，星期二三、光的折射三、光的折射1、光的折射现象、光的折射现象 光由一种物质进入另一种物质时传播方向发生改
5、变的现光由一种物质进入另一种物质时传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。如：插在水中的筷子变弯折了，就象，叫做光的折射。如：插在水中的筷子变弯折了，就是由于光的折射的缘故。是由于光的折射的缘故。2、折射规律、折射规律 折射光线、入射光线、法线在同一平面时，折射折射光线、入射光线、法线在同一平面时，折射光线和入射光线分别位于法线两侧。光线和入射光线分别位于法线两侧。光从空气斜射到光从空气斜射到水或其他介质时水或其他介质时，折射角小于入射角折射角小于入射角；光从水或其光从水或其他介质斜射到空气时他介质斜射到空气时，折射角大于入射角。折射角大于入射角。第11页，共158页，编辑于2022年，星期二空
6、气空气水水水池变水池变“浅浅”了；插入水中的筷子变了；插入水中的筷子变弯了；海市蜃楼等。弯了；海市蜃楼等。习题入射光线入射光线入射光线入射光线折射光线折射光线折射光线折射光线入射角入射角入射角入射角折射角折射角折射角折射角第12页，共158页，编辑于2022年，星期二画出下图中的折射光线。画出下图中的折射光线。玻玻 璃璃玻玻 璃璃第13页，共158页，编辑于2022年，星期二凸透镜对光起会聚会聚作用：第14页，共158页，编辑于2022年，星期二凹透镜对光起发散发散作用：第15页，共158页，编辑于2022年，星期二光的折射定律光的折射定律 折射光线与入射光线、法线处在折射光线与入射光线、法线
7、处在同一平面内同一平面内；折射光线和入射光；折射光线和入射光线分别位于线分别位于法线法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比正比折射率折射率 (1)定义：光从定义：光从真空真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率 （2）表达式：）表达式：n=折射率可记忆为折射率可记忆为折射率可记忆为折射率可记忆为基础知识梳理基础知识梳理第16页，共158页，编辑于2022年，星期二物理意义物理意义 折射率是表示光线从一种介质
8、进入另一种介质时，发生折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时，发生偏折偏折程程度的物理量，与入射角度的物理量，与入射角i及折射角及折射角大小大小无无关关折射率和光速的关系折射率和光速的关系 折射率和光在介质中传播的速度有关，当折射率和光在介质中传播的速度有关，当c为真空中的光速，为真空中的光速，v为介质中的光速时为介质中的光速时n=c/v,式中式中c 3.0108 m/s，n为介质的折射为介质的折射率，总大于率，总大于1，故光在介质中的传播速度必，故光在介质中的传播速度必小于小于真空中的光真空中的光速速 在光的折射现象中，光路是在光的折射现象中，光路是可逆可逆的的第17页，共158页，编辑
9、于2022年，星期二基础知识梳理二、全反射二、全反射1光密介质与光疏介质光密介质与光疏介质介质项目介质项目 光密介质光密介质光疏介质光疏介质折射率折射率大大小小光速光速小小大大相对性相对性若若n甲甲n乙乙，则则甲是甲是介介质质若若n甲甲n乙乙，则则甲是甲是介介质质光密光密光疏光疏第18页，共158页，编辑于2022年，星期二全反射现象：全反射现象：光从光从光密光密介质入射到介质入射到光疏光疏介质的分界面上时，光介质的分界面上时，光全部全部反射回反射回光光密密介质的现象介质的现象临界角：折射角等于临界角：折射角等于90时的入射角叫做临界角用公式表示时的入射角叫做临界角用公式表示sinC=1/n
10、发生全反射的条件发生全反射的条件(1)光由光由光密光密介质射向介质射向光疏光疏介质介质(2)入射角入射角 临界角临界角第19页，共158页，编辑于2022年，星期二第二节球面和共轴球面系统的理想成像一、单折射球面的成像第20页，共158页，编辑于2022年，星期二单球面近轴区的物像关系第21页，共158页，编辑于2022年，星期二引言引言由第七章的内容可知，当物体通过折射球面成像时，除位于近轴区内近轴区内的物体外，均不能成完善像不能成完善像。但近轴区的成像近轴区的成像范围和光束宽度均很小，范围和光束宽度均很小，实用意义不大。如果能把近轴光学系统成完善像的范围扩大到任意空间，即空间任意大的物体以
11、任意宽的光束通过光学系统时均能成完善像，则这样的光学系统成为理想光学系统理想光学系统。第22页，共158页，编辑于2022年，星期二理想光学系统具有以下基本特性基本特性：点点成点点像 物空间的每一点物空间的每一点，在像空间必有一个点像空间必有一个点与之对应，且只有一点与之对应，这两个对应点称为物像空间的共轭点共轭点。线线成线线像 物空间的每一条直线物空间的每一条直线在像空间必有一条直线像空间必有一条直线与之对应，且只有一条直线与之对应，这两条对应直线称为物像空间的共轭线共轭线。平面平面成平面平面像 物空间的每一个平面每一个平面，在像空间必有一个平面像空间必有一个平面与之对应，且只有一个平面与之
12、对应，这两个对应平面称为物像空间的共轭面共轭面。第23页，共158页，编辑于2022年，星期二推广：对对称轴轴共轭 物空间和像空间存在着一对唯一一对唯一的共轭对称轴共轭对称轴。当物点A绕物空间的对称轴旋转一个任意角时，它的共轭像点A也绕像空间的对称轴旋转同样的角度，这样的一对共轭轴称为光轴。物空间的任一个同心光束同心光束必对应于像空间中的一个同心光束同心光束。若物空间中的两点与像空间中的两点共轭，则物空间两点的连线连线与像空间两点的连线连线也一定共轭。若物空间任意一点位于一直线上，则该点在像空间的共轭点该点在像空间的共轭点必位于该直线的共轭线该直线的共轭线上。第24页，共158页，编辑于202
13、2年，星期二 上述定义只是理想光学系统的基本假设基本假设。在均匀透明介质中，除平面反射镜具有上述理想光学系统的性质外，任何实际的光学任何实际的光学系统都不能绝对完善成像系统都不能绝对完善成像。研究理想光学系统成像规律的实际意义是用它作为衡量实际光学系统成像质量的标准。通常把理想光学系统计算公式理想光学系统计算公式（近轴光学公式）计算出来的像，称为实际光学系统的理想像理想像。另外，在设计实际光学系统时，用它近似表示实际光学系统所成像的位置和大小，即实际光学系统设计的初始计算实际光学系统设计的初始计算。理想光学系统的基本特性很重要，它是推导几何光学许多重要定律的基础。在今后学习中注意领会其思想。第
14、25页，共158页，编辑于2022年，星期二 理想光学系统的基点和基面基点和基面是指表征理想光学系统特性的焦点、焦平面、主点、主平面。利用这些特殊的点和面来讨论光学系统的成像特性，可使讨论的问题大为简化简化。第26页，共158页，编辑于2022年，星期二 物方焦平面 通过物方焦点物方焦点F F且垂直于光轴垂直于光轴的平面。光轴物方焦平面像方焦平面 像方焦平面 通过像方焦点像方焦点FF且垂直于光轴垂直于光轴的平面。第27页，共158页，编辑于2022年，星期二 物方焦平面物方焦平面的共轭像面共轭像面在无穷远处无穷远处，物方焦平面上任何一点物方焦平面上任何一点发出的光束，经理想光学系统后必为一平行
15、光束平行光束。同样，像方焦平面像方焦平面的共轭面共轭面也在无穷远处无穷远处，任何一束入射的平行光入射的平行光，经理想光学系统后必会聚会聚于像方焦平面的某一点像方焦平面的某一点。注意：焦点和焦平面是理想光学系统的一对特殊的点和面。焦点F和和F彼此之间不共轭，两焦平面彼此之间也不共轭彼此之间不共轭，两焦平面彼此之间也不共轭。第28页，共158页，编辑于2022年，星期二理想光学系统光轴 如图，平行光线AE1和FO1的交点与像方共轭光线 和 的交点F共轭，所以F是物方无穷远轴上点的像，F点称为理想光学系像方焦点。由此，任一条平行光轴任一条平行光轴的入射线的入射线经理想光学系统后，经理想光学系统后，出
16、射线出射线必过必过FF点点。同理，有一物方焦点F，它与像方无穷远轴上点共轭。任一条任一条过F点的入射线经理想光学系统后，出射线必平行于光轴。FAE1FO1 像方焦点 物方焦点GkOk第29页，共158页，编辑于2022年，星期二 物方焦平面 通过物方焦点物方焦点F F且垂直于光轴垂直于光轴的平面。光轴物方焦平面像方焦平面 像方焦平面 通过像方焦点像方焦点FF且垂直于光轴垂直于光轴的平面。第30页，共158页，编辑于2022年，星期二 物方焦平面物方焦平面的共轭像面共轭像面在无穷远处无穷远处，物方焦平面上任何一点物方焦平面上任何一点发出的光束，经理想光学系统后必为一平行光束平行光束。同样，像方焦
17、平面像方焦平面的共轭面共轭面也在无穷远处无穷远处，任何一束入射的平行光入射的平行光，经理想光学系统后必会聚会聚于像方焦平面的某一点像方焦平面的某一点。注意：焦点和焦平面是理想光学系统的一对特殊的点和面。焦点F和和F彼此之间不共轭，两焦平面彼此之间也不共轭彼此之间不共轭，两焦平面彼此之间也不共轭。第31页，共158页，编辑于2022年，星期二F光轴FAE1GkBEkG1QQH H 如图，入射光线AE1和出射光线GkF 的 延长线相交于点Q，FG1和EkB的延长线交于点Q，设AE1和EkB具有同样的高度，则光线AE1和GkF共轭，FG1和EkB共轭，则共轭线的交点Q和Q必共轭。由此推得，过Q和Q点
18、作垂直于光轴的平面QH和QH也相互共轭。图中图中QHQH和和Q Q H H 具有同具有同样的高度，且位于光轴样的高度，且位于光轴的同侧（上侧），故这的同侧（上侧），故这两面的垂轴放大率两面的垂轴放大率 +1+1，称这对垂轴放大率，称这对垂轴放大率为为+1+1共轭面为共轭面为主平面主平面。主平面第32页，共158页，编辑于2022年，星期二u-uh 像方焦距：像方主点像方主点到像方焦点像方焦点F的距离，以 f 表示。焦距的正负正负是以相应的主点为原点主点为原点来确定，如果由主点到相应焦点的方向与光线传播方向一致一致，则焦距为正，反之为负正，反之为负。如图，f 0，且：物方焦距：物方主点物方主点到
19、物方焦点物方焦点F的距离，以 f 表示。第33页，共158页，编辑于2022年，星期二8.1 基本特性、基点和基面基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面 物方焦平面 通过物方焦点物方焦点F F且垂直于光轴垂直于光轴的平面。光轴物方焦平面像方焦平面 像方焦平面 通过像方焦点像方焦点FF且垂直于光轴垂直于光轴的平面。第34页，共158页，编辑于2022年，星期二8.1 基本特性、基点和基面基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面 物方焦平面 通过物方焦点物方焦点F F且垂直于光轴垂直于光轴的平面。光轴物方焦平面像方焦
20、平面 像方焦平面 通过像方焦点像方焦点FF且垂直于光轴垂直于光轴的平面。第35页，共158页，编辑于2022年，星期二8.1 基本特性、基点和基面基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面 物方焦平面 通过物方焦点物方焦点F F且垂直于光轴垂直于光轴的平面。光轴物方焦平面像方焦平面 像方焦平面 通过像方焦点像方焦点FF且垂直于光轴垂直于光轴的平面。第36页，共158页，编辑于2022年，星期二1 1图解法求像图解法求像 对于多个光组的图解法求像，其求解过程与单个光组相似，需要注意的是前一光组的像就是后一光组的物。按照这一思路，利用追踪典型光线的方法逐个光组
21、图解法求像，最后得到的像就是多个光组所成的像。2.2.解析法求像解析法求像 第一种方法是逐个光组计算法，最后求出像的位置及成像性质；第二种方法是等效光学系统法；第三种方法就是正切计算法。2.1逐个光组计算法 该方法就是从第一个光组开始对每个光组利用牛顿公式或高斯公式，前一光组所成的像就是后一光组的物，所以，该方法需要确定出相邻两光组之间的过渡公式。每个光组的焦距和焦点、主点位置以及光组间的相互位置均为已知。第37页，共158页，编辑于2022年，星期二 图2-26 相邻两光组间的关系 看如图2-26所示两个光组的情况，物点 被第一光组成像于 ,它就是第二个光组的物 。两光组的相互位置以距离 =
22、来表示。由图可见有如下的过渡关系 =上式中，为第一光组的像方焦点 到第二光组物方焦点 的距离，即 =,称为光学间隔。它以前一个光组的像方焦点为原点来决定其正负，若它到下一个光组物方焦点的方向与光线的方向一致，则为正；反之，则为负。第38页，共158页，编辑于2022年，星期二第39页，共158页，编辑于2022年，星期二光学系统的光阑一、光阑的分类1孔径光阑(有效光阑)：限制轴上物点成像光束立体角的光阑决定光轴上点发出的平面光束的孔径角。2视场光阑：安置在物平面或象平面上限制成像范围的光阑。3消杂光光阑：拦截部分杂光的光第40页，共158页，编辑于2022年，星期二（1）保证近轴条件，改善成像
23、质量（像的清晰度），控制景深保证近轴条件，改善成像质量（像的清晰度），控制景深（2）控制成像物空间的范围控制成像物空间的范围（3）控制像面的亮度控制像面的亮度（1）孔径光阑：诸挡光孔中孔径光阑：诸挡光孔中,最有效的控制成像光束光能最有效的控制成像光束光能量者，称为孔径光阑简称孔阑量者，称为孔径光阑简称孔阑1)光阑的作用：光阑的作用：2)光阑的种类：光阑的种类：第41页，共158页，编辑于2022年，星期二瞳孔瞳孔（2）视视场场光光阑阑：诸诸挡挡光光孔孔中中,最最有有效效的的控控制制成成像像物物空空间间范范围围者者，称为视场光阑称为视场光阑.简称场阑简称场阑人眼瞳孔：孔径光阑，人眼瞳孔：孔径光阑
24、，窗窗：视场光阑窗：视场光阑物点物点第42页，共158页，编辑于2022年，星期二1 1、孔径光阑的定义和作用、孔径光阑的定义和作用孔径光阑孔径光阑 (ApertureStops)含义含义1 1：限制轴上物点成像光束孔径角大小的光阑。限制轴上物点成像光束孔径角大小的光阑。第43页，共158页，编辑于2022年，星期二 含义含义2 2：孔径光阑的位置不同，但孔径光阑的位置不同，但都起到了对轴上物点成像光束宽都起到了对轴上物点成像光束宽度的限制作用度的限制作用；只需相应的改变光阑大小，即可保证轴上物点成；只需相应的改变光阑大小，即可保证轴上物点成像光束的孔径角不变。像光束的孔径角不变。第44页，共
25、158页，编辑于2022年，星期二 含义含义3 3：孔径光阑的位置不同，则对应于孔径光阑的位置不同，则对应于选择轴外物点发出选择轴外物点发出光束的不同部分参与成像光束的不同部分参与成像。孔径光阑的定义：孔径光阑的定义：1 1）限制轴上物点成像光束孔径角的大小（宽度）；）限制轴上物点成像光束孔径角的大小（宽度）；2 2）选择轴外物点成像光束的位置。）选择轴外物点成像光束的位置。第45页，共158页，编辑于2022年，星期二2 2、入射光瞳与出射光瞳、入射光瞳与出射光瞳(EntranceandExitpupils)Pupils：TheimageoftheApertureStops入射光瞳：入射光瞳
26、：孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）出射光瞳：出射光瞳：孔径光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）孔径光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）照相机镜头中的孔径光阑照相机镜头中的孔径光阑第46页，共158页，编辑于2022年，星期二孔径光阑孔径光阑孔径光阑孔径光阑物像关系物像关系后面后面光学光学系统系统入瞳入瞳出瞳出瞳孔径光阑孔径光阑前面前面光学光学系统系统整整个个光光学学系系统统第47页，共158页，编辑于2022年，星期二ABAB孔径光阑孔径光阑底片底片第48页，共158页，编辑于2022年，星期二ABAB孔径光阑孔径光阑视场光阑视场光阑底片
27、底片第49页，共158页，编辑于2022年，星期二第50页，共158页，编辑于2022年，星期二2.2像差像差实实际际成成像像理理想想成成像像像差：像差：几何几何像差像差复色光复色光形成像差形成像差色差色差单色光单色光形成像差形成像差单色单色像差像差：球差、彗差、像：球差、彗差、像散、像场弯曲、畸变散、像场弯曲、畸变波波像像差差波面发生变化波面发生变化实实际际波波面面理理想想波波面面非近轴成像非近轴成像第51页，共158页，编辑于2022年，星期二1.球差球差轴上物点发出的宽光束经薄透镜后轴上物点发出的宽光束经薄透镜后不再交于一点不再交于一点无论屏在何处都将出现弥散斑无论屏在何处都将出现弥散斑
28、度量球差大小度量球差大小会聚会聚透镜透镜发散发散透镜透镜可选取不同曲率的透镜或可选取不同曲率的透镜或复合透镜消球差复合透镜消球差单色像差单色像差第52页，共158页，编辑于2022年，星期二第53页，共158页，编辑于2022年，星期二2.彗差彗差轴外傍轴物点发出的宽光束经透镜折射后不再交于一点，而轴外傍轴物点发出的宽光束经透镜折射后不再交于一点，而在高斯像面上形成在高斯像面上形成彗星状弥散斑彗星状弥散斑注意：注意：球差和彗差往往同球差和彗差往往同时存在，消除球差后才明时存在，消除球差后才明显观察到彗差。显观察到彗差。已消除球差后傍轴物点宽光束成像的条件：一对共轭点已消除球差后傍轴物点宽光束成
29、像的条件：一对共轭点阿贝正弦条件阿贝正弦条件第54页，共158页，编辑于2022年，星期二第55页，共158页，编辑于2022年，星期二3.像散像散远离轴上物点发出的窄光束经透镜后远离轴上物点发出的窄光束经透镜后不再交于一点不再交于一点引入引入子午平面子午平面和和弧矢平面弧矢平面子午光束子午光束和和弧矢光束弧矢光束主轴主轴子午焦线子午焦线最最小小模模糊糊圆圆弧弧矢矢焦焦线线高斯焦面高斯焦面第56页，共158页，编辑于2022年，星期二4.像场弯曲像场弯曲垂直于光轴的平面物体只有在近轴区域才近似成像为垂直于光轴的平面物体只有在近轴区域才近似成像为一个平面，对较大物面，像面不是平面而是曲面一个平面
30、，对较大物面，像面不是平面而是曲面场曲场曲5.畸变畸变当物体发出光线与主轴有较大倾角时，即使是窄光束，当物体发出光线与主轴有较大倾角时，即使是窄光束，所成像与原来的物不再相似所成像与原来的物不再相似各部分放大率不一样：各部分放大率不一样：桶形畸变、枕形畸变桶形畸变、枕形畸变第57页，共158页，编辑于2022年，星期二第58页，共158页，编辑于2022年，星期二二二.色差色差光的颜色由光的频率决定光的颜色由光的频率决定颜色由波长决定颜色由波长决定1.1.光的色视觉光的色视觉理想单色光理想单色光多种单色光叠加在一起多种单色光叠加在一起复色光复色光注意：注意：白光为复色光，白光为复色光，能形成白
31、色光的两种单色光称为互补色能形成白色光的两种单色光称为互补色：红与青红与青 绿与品红绿与品红 蓝与黄蓝与黄三基原色三基原色红红(R)(R)绿绿(G)(G)蓝蓝(B)(B)700.0nm 546.1nm 435.8nm (1931CIE-RGB)700.0nm 546.1nm 435.8nm (1931CIE-RGB)645.2nm 526.3nm 444.4nm (1964CIE-RGB)645.2nm 526.3nm 444.4nm (1964CIE-RGB)第59页，共158页，编辑于2022年，星期二注意：注意：复色光照在某种表面由于反射或吸收率对波长具有选择性，同复色光照在某种表面由于
32、反射或吸收率对波长具有选择性，同种复色光在不同表面的反射得到的视觉效果是不同的。种复色光在不同表面的反射得到的视觉效果是不同的。2.透镜的色差透镜的色差透明介质折射率与入射波长相关透明介质折射率与入射波长相关位置色差位置色差放大率色差放大率色差单个透镜无法消除色差单个透镜无法消除色差,用凹透镜与凸用凹透镜与凸透镜粘和起来，其系统主面与透镜重合透镜粘和起来，其系统主面与透镜重合可消放大率色差可消放大率色差要完全消除色差要完全消除色差,必须使透镜系统的焦距相等、必须使透镜系统的焦距相等、焦点重合焦点重合第60页，共158页，编辑于2022年，星期二第61页，共158页，编辑于2022年，星期二光的
33、干涉光的干涉第62页，共158页，编辑于2022年，星期二S1S2水波的干涉水波的干涉1.什么是波的什么是波的干涉？干涉？2.波的干涉条波的干涉条件是什么？件是什么？相干波源相干波源f1=f2第63页，共158页，编辑于2022年，星期二亮亮亮亮亮亮暗暗暗暗S1S2相干光源相干光源S1SS1=SS2S1、S2相干光源相干光源:1.频率相同频率相同2.振动方向相同振动方向相同3.相差恒定相差恒定第64页，共158页，编辑于2022年，星期二演示演示:双缝干涉双缝干涉第65页，共158页，编辑于2022年，星期二PP1S1S2Sr1r2P.亮纹亮纹:r=r2-r1=n(n=0,1,2)光的干涉产生
34、的原因光的干涉产生的原因第66页，共158页，编辑于2022年，星期二PP1Q1S1S2Sr1r2Q.暗纹暗纹:r=r2-r1=(2n-1)/2(n=1,2)第67页，共158页，编辑于2022年，星期二条纹间距的推导条纹间距的推导ld,r=r2-r1=dsin x=ltan lsin r=r2-r1 dx/l亮纹条件亮纹条件:dx/l=k(k=0,1,2)亮纹中心位置亮纹中心位置:x=kl/d条纹间距条纹间距:x=l/d第68页，共158页，编辑于2022年，星期二双缝干涉的条纹间距双缝干涉的条纹间距条纹间距：条纹间距：X=L/d测测 X、L、d 第69页，共158页，编辑于2022年，星期
35、二S1S2S双缝干涉的条纹间距双缝干涉的条纹间距Ld1.增大双缝间的距离，增大双缝间的距离，条纹间距条纹间距_2.增大像屏到双缝的距离，增大像屏到双缝的距离，条纹间距条纹间距_3.增大光的波长，增大光的波长，条纹间距条纹间距_增大增大增大增大减小减小第70页，共158页，编辑于2022年，星期二各种色光在真空中的波长和频率各种色光在真空中的波长和频率光的颜色是由波长光的颜色是由波长(频率频率)决定的决定的.红红紫紫:波波长长减小减小,频频率增大率增大.第71页，共158页，编辑于2022年，星期二巩固巩固1在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中,以白光为光源以白光为光源,在屏幕在屏幕上观察到了彩色干
36、涉条纹上观察到了彩色干涉条纹,若在双缝中的一若在双缝中的一缝前放一红色滤光片，另一缝前放一绿色缝前放一红色滤光片，另一缝前放一绿色滤光片滤光片,这时这时A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹只有红色和绿色的双缝干涉条纹B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其它颜其它颜色的双缝干涉条纹依然存在色的双缝干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏但屏上仍有光亮上仍有光亮D.屏上无任何光亮屏上无任何光亮【C】第72页，共158页，编辑于2022年，星期二OS1S2S如图，如图，SS1=SS2，S1O=S2O，用，用白光作双缝干涉实验，屏上得
37、白光作双缝干涉实验，屏上得到的干涉条纹是到的干涉条纹是A.黑白的，黑白的，O是亮纹是亮纹B.黑白的，黑白的，O是暗纹是暗纹C.彩色的，彩色的，O是亮纹是亮纹D.彩色的，彩色的，O是暗纹是暗纹【C】巩固巩固2第73页，共158页，编辑于2022年，星期二白光的干涉图样第74页，共158页，编辑于2022年，星期二巩固巩固4利用图中装置研究双缝干涉现象时，利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法有下面几种说法,其中正确的是其中正确的是：A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽纹间距变宽C
38、.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽条纹间距变宽D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄纹间距变窄E.去掉滤光片后，去掉滤光片后，干涉现象消失干涉现象消失【ABD】测量光的波长测量光的波长:条纹间距条纹间距 x=l/d第75页，共158页，编辑于2022年，星期二薄膜两表面的反射光的叠加薄膜两表面的反射光的叠加薄膜干涉薄膜干涉第76页，共158页，编辑于2022年，星期二明明暗暗薄膜两表面的反射光的叠加薄膜两表面的反射光的叠加薄膜干涉薄膜干涉d1d2第77页，共158页，编辑于2022年，星期二明明暗暗
39、薄膜干涉薄膜干涉第78页，共158页，编辑于2022年，星期二薄膜干涉的应用薄膜干涉的应用等等倾法检查平整度倾法检查平整度被测面被测面标准面标准面ab空气薄膜空气薄膜ab第79页，共158页，编辑于2022年，星期二巩固巩固1图中所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的图中所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平的装置上表面是否平的装置.所用单色光是用普通所用单色光是用普通光源加滤光片产生的光源加滤光片产生的.检查中所观察到的干检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的加而成的?A.a的上表面和的上表面和b的下表面的下表面B.a的上表面和的上
40、表面和b的上表面的上表面C.a的下表面和的下表面和b的上表面的上表面D.a的下表面和的下表面和b的下表面的下表面【C】第80页，共158页，编辑于2022年，星期二巩固巩固2劈尖干涉是一种薄膜干涉劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如其装置如图图1所示所示.将一块平板玻璃放置在另一平板玻将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂当光垂直入直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图射后，从上往下看到的干涉条纹如图2所示所示.现若在图现若在图1装置中抽去一张纸片，则装置中抽去一张
41、纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹上往下观察到的干涉条纹A变疏变疏B变密变密C不变不变 D消失消失【A】第81页，共158页，编辑于2022年，星期二增透膜增透膜照相机镜头上涂有一层增透膜照相机镜头上涂有一层增透膜,增强了绿光增强了绿光的透射能力的透射能力,看上去呈淡紫色看上去呈淡紫色.以以 表示绿光表示绿光的波长的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为则所镀薄膜的厚度最小应为A./8B./4C./3D.【B】第82页，共158页，编辑于2022年，星期二牛顿环牛顿环凸透镜的弯曲表面是个球面凸透镜的弯曲表面是个球面,球表面半径叫球表面
42、半径叫做这个曲面的曲率半径做这个曲面的曲率半径.把一个凸透镜压在把一个凸透镜压在一块平面玻璃上一块平面玻璃上,让单色光从上方射入让单色光从上方射入,从从上往下看凸透镜上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环可以看到亮暗相间的圆环状条纹状条纹.1.这些环状条纹是怎样产生的这些环状条纹是怎样产生的?2.换曲率半径更大的凸透镜换曲率半径更大的凸透镜,观察到的圆环观察到的圆环半径怎样变化半径怎样变化?3.该波长更大的单色光照射该波长更大的单色光照射,观察到的圆环半观察到的圆环半径怎样变化径怎样变化?变大变大变大变大第83页，共158页，编辑于2022年，星期二光光 的的 衍衍 射射第84页，共158页，
43、编辑于2022年，星期二水波的传播水波的传播S 第85页，共158页，编辑于2022年，星期二水波的衍射水波的衍射S1 第86页，共158页，编辑于2022年，星期二光的直线传播光的直线传播S第87页，共158页，编辑于2022年，星期二光的衍射光的衍射S第88页，共158页，编辑于2022年，星期二第89页，共158页，编辑于2022年，星期二光的衍射光的衍射光离开直线传播路径绕到光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象。衍射障碍物阴影里去的现象。衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。时产生的明暗条纹叫衍射图样。第90页，共158页，编辑于2022年，星期二光的衍射条件光的衍射条件障碍物或孔的尺
44、寸小于障碍物或孔的尺寸小于波长或者和波长差不多。波长或者和波长差不多。第91页，共158页，编辑于2022年，星期二单缝衍射条纹单缝衍射条纹中央条纹亮而宽，中央条纹亮而宽，两侧条纹较暗较窄两侧条纹较暗较窄第92页，共158页，编辑于2022年，星期二单缝衍射条纹单缝衍射条纹波长越大，衍射越明显波长越大，衍射越明显第93页，共158页，编辑于2022年，星期二白光的单缝衍射条纹白光的单缝衍射条纹第94页，共158页，编辑于2022年，星期二第95页，共158页，编辑于2022年，星期二光直线传播形成的影光直线传播形成的影第96页，共158页，编辑于2022年，星期二圆屏衍射圆屏衍射S第97页，共
45、158页，编辑于2022年，星期二泊松亮斑泊松亮斑第98页，共158页，编辑于2022年，星期二圆孔衍射圆孔衍射S第99页，共158页，编辑于2022年，星期二圆孔衍射圆孔衍射第100页，共158页，编辑于2022年，星期二比较比较:双缝干涉与单缝衍射图样双缝干涉与单缝衍射图样第101页，共158页，编辑于2022年，星期二比较比较:圆孔衍射与泊松亮斑（圆屏衍射）圆孔衍射与泊松亮斑（圆屏衍射）第102页，共158页，编辑于2022年，星期二练习练习1用单色光照射双缝，在像屏上用单色光照射双缝，在像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，现用遮光观察到明暗相间的干涉条纹，现用遮光板将其中的一个缝挡住，则像
46、屏上观察板将其中的一个缝挡住，则像屏上观察到到A、宽度均匀的明暗相间的条纹。、宽度均匀的明暗相间的条纹。B、中央亮而宽，两边窄而暗条纹。、中央亮而宽，两边窄而暗条纹。C、一条亮纹。、一条亮纹。D、一片亮光。、一片亮光。【B】第103页，共158页，编辑于2022年，星期二练习练习2：观察实验回答下列问题：观察实验回答下列问题1.在观察光的衍射现象的实验中在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的日观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平灯管或灯丝都要平行于狭缝行于狭缝),可以看到可以看到A.黑白相间的直
47、条纹黑白相间的直条纹B.黑白相间的弧形条纹黑白相间的弧形条纹C.彩色的直条纹彩色的直条纹D.彩色的弧形条纹彩色的弧形条纹.【C】第104页，共158页，编辑于2022年，星期二2.某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点：总结出以下几点：A.若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行B.若狭缝与灯丝垂直，衍射条纹与狭缝垂若狭缝与灯丝垂直，衍射条纹与狭缝垂直直C.衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关D.衍射条纹的间距与
48、光的波长有关衍射条纹的间距与光的波长有关【ACD】第105页，共158页，编辑于2022年，星期二3.如图所示是用游标卡尺两测脚间的狭缝观如图所示是用游标卡尺两测脚间的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个现象察日光灯光源时所看到的四个现象.当游标卡当游标卡尺两测脚间的狭缝宽度从尺两测脚间的狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时逐渐变小时,所看到的四个图像的顺序是所看到的四个图像的顺序是.abcd第106页，共158页，编辑于2022年，星期二练习练习3下列现象各属于光的什么现象？下列现象各属于光的什么现象？A、雨后的彩虹。、雨后的彩虹。B、阳光下的肥皂泡呈现彩色条纹。、阳光下的肥皂泡呈现彩色条纹。C、树叶
49、上的露珠在阳光照射下呈现、树叶上的露珠在阳光照射下呈现彩色的条纹。彩色的条纹。D、光照射到圆屏后在其阴影中出现、光照射到圆屏后在其阴影中出现亮点。亮点。第107页，共158页，编辑于2022年，星期二横波的偏振现象横波的偏振现象只有横波才有偏振现象只有横波才有偏振现象.第108页，共158页，编辑于2022年，星期二观察思考观察思考让阳光或灯光通过偏振片让阳光或灯光通过偏振片P,在在P的另一侧观察的另一侧观察.1.以光的传播方向为轴旋以光的传播方向为轴旋转偏振片转偏振片P,透射光的强度透射光的强度是否发生变化是否发生变化?2.在在P的后面再放置另一个的后面再放置另一个偏振片偏振片Q,以光的传播
50、方向以光的传播方向为轴旋转偏振片为轴旋转偏振片Q,通过两通过两块偏振片的透射光的强度块偏振片的透射光的强度怎样变化怎样变化?P-起偏器起偏器Q-检偏器检偏器第109页，共158页，编辑于2022年，星期二几个结论几个结论1.偏振光偏振光:在垂直于传播方向的平面上在垂直于传播方向的平面上,只只沿一个特定的方向振动沿一个特定的方向振动.2.光是一种横波光是一种横波.3.太阳光是自然光太阳光是自然光(光振动沿各方向均匀分光振动沿各方向均匀分布布).4.自然光在介质表面反射时自然光在介质表面反射时,反射光和折反射光和折射光都是偏振光射光都是偏振光.第110页，共158页，编辑于2022年，星期二偏振现