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工程光学第1章

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引子

孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。

一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。”一儿以日初出远，而日中时近也。

一儿曰：“日初出大如盖，及日中，则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？”

一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎。

孔子不能决也。两小儿笑曰：“孰为汝多知乎？”

两小儿辩日

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1宇宙无限，知识无穷，学无止境，即使是博

学多闻的孔子也会有所不知，我们要不断学习。

2认识自然，探求客观事理，要敢于独立思考，

大胆质疑。

3知之为知之，不知为不知，不要“强不知以为

知”，要诚实谦虚。

启示

4认识事物从不同角度出发考虑，会有不同结

论，要注意客观科学地分析事情。

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先看一些趣味图片

中间的哪个圆大？

这是个正方形吗？

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是否是一个旋涡？

两条竖线哪一条长？

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这是个正圆吗？

这两条线平行么？

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是静态图片还是动态图片？

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人类获得信息有五大感官

眼、耳、鼻、舌、皮肤

看、听、味、嗅、触

人类获得总信息量中60—80%是通过眼睛获得的。

人们获取信息的来源

21世纪是信息时代

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光，Light

是我们最熟悉的现象之一

没有光，人类就无法生存

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彩虹

生活中，大自然中有关光的现象无处不在

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极光由于太阳带电粒子(太阳风)进入地球磁场，在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽的光辉

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人类首次拍到南北极光“同放光彩”

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极光弧

底边整齐微微弯曲的圆弧状的极光

短暂增亮随后很快衰减，历时10－20min,基本沿着日－地方向，有明显黄昏方向运动

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极光带

有弯扭折皱的飘带状极光

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极光片

极光片

如云朵一般的片朵状极光

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极光幔：

像面纱一样均匀的帐幔状的极光

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极光芒

沿磁力线方向的射线状的极光

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海市蜃楼

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2005年深圳湾出现的海市蜃楼

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日晕：日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射

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你还能举些关于光的现象么？

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光学仪器

现在请同学们自己举出一些光学仪器

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光学的应用领域越来越广泛

工业上：显微镜、汽车车身的检测、机器人视觉、材料金相结构

车身模型数字化系统

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农业上：收割、除草、叶面与果实的检测

叶面积仪

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军事上：望远镜、夜视仪、导弹制导、激光测距、无人驾驶侦探机、平视显示器等等

红外侦察

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红外雷达和平视显示器

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医学上：胃镜、CT、虹膜检测、生物检测

通信上：星际间通信、光缆通信

电子胃镜

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用于牙医

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航天上：哈勃望远镜

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“哈勃”太空望远镜拍摄的狮子座“NGC3370”螺旋星系的照片

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哈勃太空望远镜拍摄的宇宙快速膨胀的照片

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日用中：扫描仪、投影仪、照相机

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增加室内空间感

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光学的发展

光学的发展大致可划分为五个时期：

一、萌芽时期；

二、几何光学时期；

三、波动光学时期；

四、量子光学时期；

五、现代光学时期。

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1萌芽时期

古希腊人认为光是人眼发出的触须。

墨子（公元前468-376年）在《墨经》中记载了光的直线传播特性（影像的形成和针孔成象等）及光在镜面（凹面和凸面）上的反射等现象，把物和象的位置与大小与所用镜面的曲率联系了起来。

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克莱门德（Cleomedes，公元50年）和托勒密（C.Ptolemy，公元90-168年）研究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。

培根（R.Bacon，公元1214-1294年）提出用透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性，描述透镜焦点的位置。

十五世纪末和十六世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件已相继出现

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2几何光学时期

光学发展史上的转折点。建立了光的反射和折射定律，奠定了几何光学的基础。

1609年