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崔宏滨 物理系凝聚态物理专业 实验室：物理楼221室 Tel： 3607624 Email：hbcui@ustc.edu.cn 助教 杨正: zyang@mail.ustc.edu.cn 赵宁波: nbzhao@mail.ustc.edu.cn 绪论 细推物理须行乐，何用浮名绊此身？ ——杜甫《曲江二首》之一 ? 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。 ——李政道 一、关于物理学 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？ 说明物理学在我们的人生中是十分重要的。 物理学有多么重要？ 难道是王婆卖瓜吗？ 计算机有多么重要？ 计算机是集合了最先进科技成果的产品。 二．物理学的研究方法 1．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。 2．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。 3．物理模型 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。 所谓模型，就是模拟真实的一种形象化的构型。 从模型，可以得出新的结论。 结论必须同实验结果进行对比，“自洽”。 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？ 察其言而观其行，方能知其人。 研究光的本质，必须从其现象开始。 现象，则表现在光与物质的相互作用中。 光在与不同物质的相互作用中，表现出不同的性质。 可以用不同的物理模型对光进行描述。 1、光的宏观表现 传播定律：均匀介质中，光沿直线传播 反射定律：i’=i 折射定律：nsini=n’sini’ 光线模型 光路可逆原理 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。 几何光学中光的物理模型 用直线或曲线段来表示光的路径，称为光线 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。 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 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 由Fermat原理导出几何光学的实验定律 （1）光的直线传播定律 在均匀媒质中，两点间光程最短的路径是直线。 （2）光的反射定律 （3）光的折射定律 （2）?????? 光的反射定律 （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 1．? 光学系统的尺度远大于光波的波长。 2．? 介质是均匀和各向同性的。 3．? 光强不是很大。 2、光与小尺度物体的作用 1678年，Huygens提出光的波动学说。 1801年，T．Young在光通过双孔的实验中，首次观察到了光的干涉现象。 1808年，Malus观察到了光的偏振现象，说明光是横波。 1865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 “紫外灾难”，1900年由Plank用量子假设解决。 1905年，Einstein用量子假设成功解释光电效应。 光具有波粒二象性，这也是一切量子现象的基本属性。 波：几率波 粒：分立的能量子，E=hω 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) 双镜头反光照相机 照相机的镜头 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 物距与景深 投影仪器 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：24×36 120相机底片：60×60 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：45~55mm 长焦镜头（tele-lens ） f75mm * * 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。 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