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大学物理课件光学
光学基本概念与理论
光的干涉现象及应用
光的衍射现象及应用
光的偏振现象及应用
现代光学技术与发展趋势
实验方法与技巧
光学基本概念与理论
01
光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也可以表现为粒子性质。
02
光速不变原理
在真空中，光的传播速度是一个恒定值，与光源和观察者的相对运动无关。
03
光的偏振现象
光波是横波，其振动方向垂直于传播方向。通过偏振片可以选择性地吸收或透过特定振动方向的光。
光的直线传播定律
01
在同种均匀介质中，光沿直线传播。
02
光的反射定律
光在两种介质的分界面上发生反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，且反射角和入射角相等。
03
光的折射定律
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，且折射角与入射角满足一定的关系。
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，其振幅相加而产生的光强分布现象。干涉现象表明了光具有波动性。
光的干涉现象
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播路径而绕到障碍物后面继续传播的现象。衍射现象也是光波动性的表现。
光的衍射现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。光的偏振证明了光是一种横波。
光的偏振现象
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光子概念
当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的量子性。
光电效应
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进一步证实了光的粒子性。
康普顿效应
光的干涉现象及应用
薄膜干涉原理分析
解释薄膜干涉的原理，包括光在薄膜上下表面的反射和叠加。
薄膜干涉现象观察
介绍在薄膜上观察到的干涉现象，如肥皂泡、油膜等。
薄膜干涉的应用
讨论薄膜干涉在光学仪器、光学涂层等领域的应用。
03
F-P腔的应用
讨论F-P腔在光学测量、光谱分析等领域的应用。
01
多光束干涉现象观察
介绍多光束干涉的实验现象和观察结果。
02
F-P腔基本原理
解释F-P腔的基本原理和构造，包括多光束干涉的产生和条件。
光的衍射现象及应用
光是一种电磁波，具有波动性质，如干涉、衍射等。
光的波动性质
解释了光的衍射现象，认为光波前上的每一点都可以看作是新的波源，发出次级波，这些次级波的包络面形成新的波前。
惠更斯-菲涅尔原理
根据衍射屏的形状和大小，可以将衍射现象分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。
衍射现象的分类
圆孔衍射
当单色光通过小圆孔时，在屏上形成明暗相间的圆环状衍射图样，称为圆孔衍射。圆环的半径与波长、圆孔半径和观察距离有关。
单缝衍射
当单色光通过宽度与波长可比的单缝时，在屏上形成明暗相间的条纹，这是单缝衍射现象。条纹间距与缝宽、波长和观察距离有关。
衍射现象的应用
单缝衍射和圆孔衍射在光学仪器、光谱分析等领域有广泛应用，如光栅光谱仪、分光计等。
1
2
3
由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件称为光栅。
光栅的定义
当单色光照射到光栅上时，每个狭缝都会发生单缝衍射，同时不同狭缝发出的光波还会发生干涉，形成明暗相间的条纹。
光栅衍射原理
光栅在光谱分析、光学测量等领域有广泛应用，如光栅光谱仪可用于分析物质成分和含量。
光栅的应用
X射线的性质
01
X射线是一种波长极短的电磁波，具有很强的穿透能力，可用于探测物质内部结构。
X射线衍射原理
02
当X射线照射到晶体上时，由于晶体内部原子排列的周期性，X射线会发生衍射现象，形成特定的衍射图样。
X射线衍射在晶体结构分析中的应用
03
通过分析X射线衍射图样，可以确定晶体的晶格常数、原子间距等结构参数，进而推断出晶体的化学组成和晶体结构。这对于研究物质的性质和开发新材料具有重要意义。
光的偏振现象及应用
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动。
自然光
普通光源直接发出的光，在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的振动，且各个方向振动的振幅相等。
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
马吕斯定律
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
布儒斯特角
当自然光以布儒斯特角入射到两种透明介质的界面时，反射光为完全偏振光，且振动方向与入射面垂直。
当自然光从一个介质折射
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