第四章-光學-光本性160312

1光的本性與電磁波（1）振動的基本概念與物理量、波動的基本概念與物理量。（2）光是電磁波，光學與電磁學的統(tǒng)一；電磁波與電磁波譜。（3）牛頓的光的微粒說；惠更斯的光的波動說。（4）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,以及它們的實際應用。（5）光電效應與康普頓效應（6）多普勒效應及其應用。（7）激光基本原理12第四章-光學光學——我們看到的，卻是我們最不了解的東西光是什么？怎么描述光這種物質(zhì)，或者說這種現(xiàn)象？2000多年前，亞里士多德認為白光是最純凈的光。阿基米德利用反射鏡聚焦原理將羅馬戰(zhàn)船燒毀。春秋戰(zhàn)國時期，墨翟所著《墨經(jīng)》中有關(guān)小孔成像的現(xiàn)象。23光學——光的微粒說能解釋的現(xiàn)象：光線的反射定理光線的折射定理。。。。。牛頓提出光的微粒說：不能解釋的現(xiàn)象：兩束光線能夠相互交叉而不互相干擾。。。。。。。直到18世紀末的100多年里，牛頓的微粒說一直占據(jù)統(tǒng)治地位。第四章-光學34光學——相對于物體的運動，光更加的神秘簡單性原則因果性原則統(tǒng)一性原則真理性原則牛頓的自然哲學觀：運動學—質(zhì)點光學—微粒說化學—原子說Page:39第四章-光學45光學——光的波動說光是一種壓力波，類似于聲波。早期光的波動說：光在一種稱為以太的均勻介質(zhì)中傳播。光是一種縱波。早期的波動說存在很多的缺陷，因此無法和微粒說相抗衡。勒內(nèi)·笛卡爾，1596-1650，近現(xiàn)代法國哲學家、物理學家、數(shù)學家第四章-光學56光學——光的干涉光的干涉托馬斯·楊：1773~1829，英國醫(yī)生、物理學家，光的波動說的奠基人之一。楊氏雙縫干涉實驗證明光的波動性光的疊加滿足波動疊加原理。第四章-光學67光學——光的干涉雙縫干涉實驗1、在光源前放置一條狹縫；2、再放置具有兩條狹縫的屏；3、再在距雙縫一定位置處放置一光屏。7第四章-光學8光學——光的繞射現(xiàn)象光波在通過障礙物時，會發(fā)生一定程度的繞射現(xiàn)象。這是波所具有的特性之一。比如聲音能夠繞過墻壁進入教室。為什么日常生活中，光的繞射現(xiàn)象觀察不到呢？8第四章-光學波產(chǎn)生明顯的繞射現(xiàn)象的條件是：波長要接近或者大于障礙物的尺寸。9光學——光的衍射泊松亮斑當一束光照到一個不透明圓盤上時，會得到一個什么樣的圖案？觀察的泊松亮斑的實驗裝置光線能繞過圓盤；屏上的黑斑中央出現(xiàn)一個光斑。9第四章-光學10光學——生活中光de干涉與衍射現(xiàn)象馬路邊的油膜鏡頭上使用的增透膜光盤表面昆蟲翅膀還有嗎？。。。金屬表面氧化層第四章-光學手機貼膜表面的花紋1011光學——怎么來理解光的波動性光的波動性：繞行現(xiàn)象干涉效應衍射效應。。。。那么問題就來了：怎么來理解光的波動性呢？如何來解釋雙縫干涉效應如何來計算雙縫干涉斑紋的間距如何來理解光柵效應11第四章-光學12§4-1

波動學初步波動學——機械振動生活中，我們觀察最多的波動是機械振動。大家能舉出幾例你所看到的關(guān)于機械振動的實例嗎？鐘擺彈簧象？！1213波動學——振動的描述振動：物體在某一位置附近做來回運動，指一個狀態(tài)改變的過程，即物體的往復運動。確定性振動隨機振動（非確定性振動）周期振動非周期振動13§4-1

波動學初步14波動學——描述振動的參數(shù)1、平衡位置在平衡位置物體所受合力為零。平衡位置加速度為零，速度達到最大。14§4-1

波動學初步15波動學——描述振動的參數(shù)2、周期T（s）物體從初始狀態(tài)完成一次振蕩，又回到初始狀態(tài)所需的時間。3、頻率f（Hz）單位時間內(nèi)完成的周期數(shù)。§4-1

波動學初步1516波動學——描述振動的參數(shù)4、振幅A平衡位置到最大位置的距離，反映了振動的強度。海浪的高度反映了其強度。當振動向外傳播時，我們稱之為波或者波動。機械波的傳播需要媒介，我們稱這類媒介為介質(zhì)。振動產(chǎn)生的波通過水介質(zhì)向外傳播165、相位§4-1

波動學初步相位(phase)反映了一個波，特定的時刻在它振動中的位置。17波動學——描述波的參數(shù)6、波速v反映波在介質(zhì)中傳播的速度。與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)；（密度，彈性等）機械波傳播速度與頻率無關(guān)波速與什么量有關(guān)：17§4-1

波動學初步18波動學——色散關(guān)系機械波的傳播速度只與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與波動的頻率無關(guān)。所有頻率的聲音在空氣中的速度相同：約343m/s（室溫）。聲速與空氣溫度、氣體類別有關(guān)，而與空氣壓力無關(guān)。聲音在空氣中沒有色散現(xiàn)象。18§4-1

波動學初步19波動學——描述波的參數(shù)7、波長反映波在一個周期內(nèi)傳播的距離。手的振動通過繩子為媒介向外傳播機械波。19§4-1

波動學初步20波動學——描述波的參數(shù)8、波線、波前和波面波線：反映波的傳播方向；波前：波在介質(zhì)中傳播時，某時刻剛剛開始位移的質(zhì)點構(gòu)成的面，稱為波前；波面：同一時刻具有相同振動狀態(tài)的質(zhì)點構(gòu)成的面。波面上各點的振動具有相位相同的特點?！?-1

波動學初步2021波動學——描述波的參數(shù)1、平衡位置O2、周期T3、頻率f4、振幅A5、相位6、波速v7、波長8、波線、波前和波面簡諧波的數(shù)學描述§4-1

波動學初步2122波動學——簡諧波的數(shù)學描述簡諧波是最簡單的波動形式。簡諧振動可以看成物體做勻速圓周運動在某一方向的投影。如果做機械振動的質(zhì)點，其位移與時間的關(guān)系遵從正弦（或余弦）函數(shù)規(guī)律，這樣的振動叫做簡諧運動22§4-1

波動學初步23波動學——簡諧振動的應用：鐘擺人們早已發(fā)現(xiàn)鐘擺的擺動周期是固定的，因此可以用來制作精準的計時工具。鐘擺的特點：1、擺動周期與擺動幅度無關(guān)。2、擺動周期變化很小。。。。。23§4-1

波動學初步24波動學——波的基本性質(zhì)波根據(jù)介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向可分為兩種：橫波：質(zhì)點振動方向與傳播方向垂直縱波：質(zhì)點振動方向與傳播方向相同橫波縱波介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向有必然聯(lián)系嗎？§4-1

波動學初步2425波動學——地震中的波動地震是地殼運動的結(jié)果，期間會產(chǎn)生地震波。按傳播方式進行分類：橫波、縱波等。哪一個是縱波，哪一個是橫波？哪一個的破壞力大呢？25§4-1

波動學初步26波動學——波的疊加原理如果兩列波相遇，會怎么樣呢？26§4-1

波動學初步27波動學——波的疊加原理兩列波的合成：兩列波同時傳到某個質(zhì)點時，質(zhì)點的運動是兩列波各自波動的線性疊加。兩列波各自的性質(zhì)都不發(fā)生變化。（波長，頻率，波速等）。兩列波的傳播方向不發(fā)生改變，相遇結(jié)束后仍按原先的運動狀態(tài)離開。波動傳播的是能量，或者說是能流，所以不會發(fā)生物質(zhì)的碰撞?！?-1

波動學初步2728波動學——波動的奇異現(xiàn)象：共振現(xiàn)象當振動的頻率剛好等于物體的固有頻率時，物體會發(fā)生劇烈振動，這種現(xiàn)象稱為共振現(xiàn)象。魚洗：盆內(nèi)注入一定量清水用潮濕雙手來回摩擦銅耳魚洗發(fā)出的嗡鳴聲如噴泉般的水珠從四條魚嘴中噴射而出28§4-1

波動學初步29波動學——受迫振動的共振現(xiàn)象共振現(xiàn)象如何來解釋呢？假設有一個周期力作用在一個彈簧振子上，則該振動方程可寫為：29§4-1

波動學初步蕩秋千：怎么推秋千蕩的最高？3030波動學——共振現(xiàn)象導致橋梁垮塌當外力的頻率與橋梁的固有頻率接近時，橋梁就會發(fā)生共振。振動幅度極大增強，最終導致垮塌。極大的陣風；整齊踏步的行人；。。。?！?-1

波動學初步31光的本性與電磁波（1）振動的基本概念與物理量、波動的基本概念與物理量。（2）牛頓的光的微粒說；惠更斯的光的波動說。（3）光是電磁波，光學與電磁學的統(tǒng)一；電磁波與電磁波譜。（4）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,以及它們的實際應用。（5）光電效應與康普頓效應（6）多普勒效應及其應用。（7）激光基本原理3132§4-2

光的本性波動光學——光是什么？光是一種什么樣的波動呢？光波是機械波嗎？光波與機械波的異同點是什么？相同點：都具有波的一切性質(zhì)：反射、折射、干涉和衍射，服從波的疊加原理。波長、波速與頻率具有相同的表達式。3233波動光學——光是什么？光波與機械波的不同點：產(chǎn)生機理不同；（舉例）光波的傳播不需要介質(zhì)，而機械波必須有介質(zhì)；光波是橫波。光波在真空中速度一定，但在介質(zhì)中傳播會發(fā)生色散現(xiàn)象。（不同頻率速度不同）；機械波在介質(zhì)中的速度與頻率無關(guān)?！?-2

光的本性3334光學——光的波動理論初步惠更斯原理：波面上的每一個點都可以認為是一個新的獨立的波源。每一個新波源發(fā)出的波的包絡面就是下一時刻的該波的波面。波動滿足線性疊加原理?；莞乖韺嶋H上是指波動的線性疊加原理?！?-2

光的本性3435光學——惠更斯原理解釋光的反射與折射光的反射原理波傳播方向與波面垂直。波面是所有子波源傳播的包絡面。35§4-2

光的本性36光學——惠更斯原理解釋光的反射與折射光的折射原理波在不同介質(zhì)中傳播速度不一樣根據(jù)波面的概念能夠得到折射率公式折射率公式——斯涅爾定律36§4-2

光的本性37光學——惠更斯原理解釋光的反射與折射光的全反射光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)臨界條件—折射角等于90°全反射角的計算：§4-2

光的本性3738光全反射——光纖光纖利用光的全反射原理，將光限制在玻璃、石英或者塑料細絲內(nèi)，可以進行遠距離傳輸。38前香港中文大學校長高錕和GeorgeA.Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸?shù)脑O想，高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學獎。§4-2

光的本性39光全反射——光纖如圖所示，介質(zhì)Ⅰ為空氣，介質(zhì)Ⅱ折射率為，則下列那種情況是正確的？介質(zhì)Ⅰ介質(zhì)Ⅱ30°光線a40°光線bA、光線a和光線b都會發(fā)生全反射；B、光線a和光線b都不會發(fā)生全反射C、光線a會發(fā)生全反射，光線b不會發(fā)生全反射D、光線a不會發(fā)生全反射，光線b會發(fā)生全反射§4-2

光的本性3940光學——光的衍射波經(jīng)過障礙物時會發(fā)生繞行，也被稱為光的衍射效應。光線通過小孔時，會原先的傳播路徑以外的地方出現(xiàn)。傳播路徑與小孔尺寸有什么關(guān)系？光線一矩形小孔時發(fā)生衍射效應，從而產(chǎn)生衍射斑紋。利用惠更斯原理解釋光線的繞行現(xiàn)象§4-2

光的本性4041光學——神奇的光：費馬原理A站在離岸一定距離的地方，看見B落入水中。設A在岸上的跑步速度為10m/s，水中的游泳速度為8m/s。A應該選怎樣的路徑，才能最快到達B處？耗時最少的路徑不是AB之間的直線！41§4-2

光的本性42光學——神奇的光：費馬原理光線在選擇所有可能路徑時，選取了一條所需時間最短的路徑?！M馬原理光波是怎么知道要沿最短路徑走的呢？42光的折射公式！§4-2

光的本性43光的本性與電磁波（1）振動的基本概念與物理量、波動的基本概念與物理量。（2）牛頓的光的微粒說；惠更斯的光的波動說。（3）光是電磁波，光學與電磁學的統(tǒng)一；電磁波與電磁波譜。（4）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,以及它們的實際應用。（5）光電效應與康普頓效應（6）多普勒效應及其應用。（7）激光基本原理4344§4-3電磁波光的本性——光波與電磁波的關(guān)系麥克斯韋提出了一個重要的假設：光是電磁波的一種，也滿足電磁波的波動方程。光波是電磁波中的很小一段范圍，是指肉眼可見的電磁波。光波的傳播也是電分量與磁分量相互振蕩的過程。4445光的本性——電磁波的基本性質(zhì)電磁波的四個基本性質(zhì)：1、電磁波是橫波。2、偏振性。3、電場與磁場分量始終同相位。4、電磁波的傳播速度為c。45§4-3電磁波46光的本性——電磁波譜電磁波包含了很長的波長范圍：無線電波微波紅外光可見光紫外光x射線射線46§4-3電磁波47光的本性——可見光譜可見光是人肉眼能夠直接感知的電磁波。波長范圍：380-780nm能夠被人眼的感光細胞感知。光度學：光度學是1760年由朗伯建立的，且定義了光通量、發(fā)光強度、照度、亮度等主要光學光度學參量。在可見光波段內(nèi)，考慮到人眼的主觀因素后的相應計量學科稱為光度學。色度學：色度學確切的講它是研究人眼對顏色感覺規(guī)律的一門科學。每個人的視覺并不是完全一樣的。47§4-3電磁波48光的本性——光源的光譜光譜是物體所發(fā)出的光在不同頻率上的分布。（不同顏色光所占比重）太陽光譜太陽光譜組成：紫外光：7%可見光：50%紅外光：43%§4-3電磁波4849光的本性——光源的光譜常見人造光源的光譜：白熾燈白熾燈光譜49白熾燈的光譜組成：1、可見光；2、大量的紅外光；§4-3電磁波白熾燈光效：１２～２４流明／瓦發(fā)光效率大概只有15%

50光的本性——光源的光譜常見人造光源的光譜：熒光燈熒光燈光譜50熒光燈光譜組成：1、主要是可見光2、有少量紫外光3、有少量紅外光§4-3電磁波熒光燈光效：50～100流明／瓦能量效率大概50%左右

51光的本性——紫外消毒燈紫外消毒燈危害：51紫外消毒燈非常類似日光燈。2004年6月，人大46名研究生就餐被紫外消毒燈照射，全都出現(xiàn)眼腫和臉痛現(xiàn)象，其中11位學生情況更為嚴重，經(jīng)醫(yī)院檢查血液發(fā)生異常。教室中的紫外消毒燈2004年10月，幼兒園老師忘記關(guān)掉宿舍內(nèi)消毒殺菌的紫外線燈，致使27個孩子午休時被紫外線灼傷。Sundamageinultravioletphotographsin12-year-oldchildren§4-3電磁波52光的本性——光源的光譜新型光源LED燈：全固態(tài)照明光源LED光譜LED光源由半導體化合物組成，比如GaN，GaAs等。半導體分為p型和n型，能夠組成pn結(jié)。在pn結(jié)中電子與空穴結(jié)合發(fā)出光子。LED中電能直接轉(zhuǎn)化為光能，轉(zhuǎn)化效率極高。52LED光效發(fā)展曲線。LED照明的亮度不再用瓦數(shù)來表示，應為LED光效每年都在大幅提高。衡量LED亮度采用流明/瓦?！?-3電磁波熒光燈光效：110~250流明／瓦

53光的本性——光源的光譜2014年的諾貝爾物理獎授予了三位日本科學家，表彰他們發(fā)明了_________.A、白光LEDB、紅光LEDC、黃光LEDD、藍光LED53§4-3電磁波54光的本性——光源的光譜2014年的諾貝爾物理獎授予了三位日本科學家，表彰他們發(fā)明和推動了LED照明技術(shù)。赤崎勇：日本國籍，日本工程學、物理學家。天野浩：日本國籍，日本工程學家。中村修二：日裔美籍，日裔美籍電子工程學家。赤崎勇天野浩中村修二§4-3電磁波5455LED照明LED白光照明解決方案：1993年，當時在日本NichiaCorporation（日亞化工）工作的中村修二（ShujiNakamura）發(fā)明了基于寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化稼（InGaN）的藍光LED?！?-3電磁波5556光的本性——燈光下物體的顏色色度學和光度學的知識。56§4-3電磁波57光的本性與電磁波（1）振動的基本概念與物理量、波動的基本概念與物理量。（2）牛頓的光的微粒說；惠更斯的光的波動說。（3）光是電磁波，光學與電磁學的統(tǒng)一；電磁波與電磁波譜。（4）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,以及它們的實際應用。（5）光電效應與康普頓效應（6）多普勒效應及其應用。（7）激光基本原理5758§4-4

光的干涉與衍射光的本性——光的干涉再探兩列波在空間相遇，在有些波的疊加區(qū)域的振動始終加強，而有些波的疊加區(qū)域振動始終減弱，波在疊加區(qū)域形成振動強弱相間的穩(wěn)定分布，稱為干涉現(xiàn)象。?產(chǎn)生的條件：1、頻率相同；2、振動方向相同；3、相位差恒定。5859光的本性——光的干涉再探?光程差=N*：干涉加強；?光程差=N*+1/2：干涉相消。d為雙縫間距；為P點到狹縫的夾角。明暗條紋是怎么產(chǎn)生的？59§4-4

光的干涉與衍射60光的本性——薄膜干涉薄膜干涉的原理：光線在薄膜上表面和下表面發(fā)生反射，兩條反射的光線發(fā)生干涉。奇數(shù)倍半波長，干涉相消。偶數(shù)倍半波長，干涉相長。60?光程差=N*：干涉加強；?光程差=N*+1/2：干涉相消。§4-4

光的干涉與衍射61光的本性——薄膜干涉增透薄在玻璃鏡片表面蒸鍍一層透明材料。通過控制這層透明材料的厚度，使反射兩束光線相差半波長。反射光干涉相消，透射光增強。眼鏡表面的增透膜：增加30%的光線透過率。61§4-4

光的干涉與衍射62光的本性——薄膜干涉生活中有哪些地方應用增透膜？眼鏡望遠鏡。。。。。。。有增透膜，就也有增反膜，原理剛好和增透膜相反。寶石表面，特別是人造寶石表面會鍍上一層增反膜，提高寶石的成色。62§4-4

光的干涉與衍射63光的本性——小孔衍射光線通過尺寸與波長相近的小孔時，會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。需要掌握衍射條紋寬度與小孔尺寸之間的關(guān)系！63衍射效果與波長大小和小孔尺寸大小都有關(guān)系：波長越長，衍射效果越明顯；小孔尺寸越小，衍射效果越明顯?！?-4

光的干涉與衍射64光的本性——小孔衍射在拍攝夜景的照片中常會出現(xiàn)燈光發(fā)出多條光芒的“星芒”圖像，這是燈光通過相機小光圈鏡頭時由于_________產(chǎn)生的效果。A、偏振效應B、干涉效應C、衍射效應D、光電效應§4-4

光的干涉與衍射6465光的本性——星芒效果大家是否看到過帶星芒效果的攝影作品？星芒效果實際上就是光的衍射效果。星芒效果實際上是和光圈大小直接相關(guān)。65§4-4

光的干涉與衍射66光的本性——星芒效果六芒星十芒星十四芒星§4-4

光的干涉與衍射6667光的本性——圓孔衍射圓孔的衍射圖案是一圈圈同心圓，這是由于圓孔的對稱性決定的。由于衍射的存在，任何光學元件的成像都不可能完全清晰。光學元件成像的分辨率極限是什么？§4-4

光的干涉與衍射6768光的本性——鏡頭分辨率光學鏡頭的極限分辨率是多少呢？一個點經(jīng)過光學儀器后，由于衍射效應的存在，會變成一個圓斑。當兩個圓斑靠近到一定程度時，就無法進行分辨?？煞直娴臉O限情況是一個圓斑的外徑剛好通過另一個圓斑的圓心§4-4

光的干涉與衍射6869光的本性——鏡頭分辨率極限圓孔衍射第一條暗紋所對應的張角：θ是S1與S2到小孔之間的夾角。值越小，分辨能力越高；λ為光波波長；D為小孔直徑。§4-4

光的干涉與衍射6970光的本性——鏡頭分辨率鏡頭的最小分辨角（分辨率）公式：70為了提高鏡頭分辨率，減小最小可分辨角：1、可以減小波長；2、增加鏡頭直徑。中國將投資60億元用于十二項大科學工程的建設，并將在貴州建造世界上最大的望遠鏡§4-4

光的干涉與衍射71光的本性——鏡頭分辨率鏡頭的最小分辨角（分辨率）公式：71一般顯微鏡鏡頭不可能做得很大，所以提高顯微鏡分辨率只有減小其工作波長。1、可見光范圍380~780nm，提升效果有限；2、紫外光范圍100~250nm，已應用到半導體制造行業(yè)；3、電子顯微鏡：利用電子波的波長與其動能有關(guān)，且遠小于光學波長。西番蓮屬植物花粉§4-4

光的干涉與衍射72光的本性——鏡頭分辨率衍射效應的大幅減小，使得電子顯微鏡比光學顯微鏡具有更高的分辨率，這是因為電子顯微鏡中的電子比可見光子的_______A、波長更大B、波長更小C、電荷更大D、質(zhì)量更大§4-4

光的干涉與衍射7273光的本性——光的偏振光是橫波，電場和磁場的振動方向與波的傳播方向垂直。光的偏振方向定義為電場的振動方向。自然光線偏振光圓偏振光部分偏振光。。。73§4-5

光的偏振74光的本性——光的偏振自然光（非偏振光）通過偏振片后，只有偏振方向與偏振片一致的光的分量能夠通過。§4-5

光的偏振7475光的起偏自然光（其他偏振光）經(jīng)過一塊偏振片后，就變成線偏振光，其偏振方向與偏振片的偏振方向相同。光學檢偏器：1、在光源前放置一塊偏振片，是光源發(fā)出的光變成線偏振光；2、再在后面放置第二塊偏振片，測量光強。3、當兩片偏振片相互垂直時，光強為零；當相互平行時，光強最大。§4-5

光的偏振7576光的起偏在楊氏雙縫干涉實驗中，如果在雙縫前面放置兩片完全一樣的偏振片。當這兩片偏振片相互______時，能夠在屏上觀察到明顯的干涉條紋。P1P2干涉條件：1、頻率相同2、偏振方向相同3、恒定的相位差平行§4-5

光的偏振7677光的起偏——布儒斯特角1、自然光在電介質(zhì)界面上反射和折射時，一般情況下反射光和折射光都是部分偏振光。2、只有當入射角為某特定角時反射光才是線偏振光，此特定角稱為布儒斯特角或起偏角，用θb表示。3、光以布儒斯特角入射時，反射光與折射光互相垂直?！?-5

光的偏振7778光的起偏——布儒斯特角當一束光以60°入射角照射到一個透明介質(zhì)上，反射部分的光為線偏振光，則下列選項哪個是正確的?A、折射角未知，折射光線也為線偏振光；B、折射角為30°，折射光線為部分偏振光；C、折射角未知，折射光線為部分偏振光D、折射角為30°，折射光線為線偏振光§4-5

光的偏振7879光的本性——散射光的偏振太陽光以及一般的照明光源都是非偏振光。散射光、反射光是部分偏振光。防眩目眼鏡3d電影技術(shù)。。。。79偏振光的應用：§4-5

光的偏振803d電視技術(shù)我們的兩只眼睛之間存在約5cm的距離。兩只眼睛看到的圖像經(jīng)過大腦處理，就形成了三維視覺（物體有了景深）。在了解了人眼產(chǎn)生立體感的原理后，一個問題是如何使顯示屏也具有立體感。80§4-5

光的偏振813d電視技術(shù)早期的3d技術(shù)采用紅藍兩種顏色區(qū)分左右畫面.目前采用偏振片的方法，來區(qū)分左右眼的圖像。左右眼鏡的偏振方向垂直?！?-5

光的偏振8182光的本性與電磁波（1）振動的基本概念與物理量、波動的基本概念與物理量。（2）牛頓的光的微粒說；惠更斯的光的波動說。（3）光是電磁波，光學與電磁學的統(tǒng)一；電磁波與電磁波譜。（4）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,以及它們的實際應用。（5）光電效應與康普頓效應（6）多普勒效應及其應用。（7）激光基本原理8283§4-6

光的波粒二象性光的本性——光電效應電子逸出功：光電效應：83電子克服表面吸引力的吸引,從材料表面逸出所需的能量,稱為逸出功或者功函數(shù)。光電效應：1890年前后，科學家們開始注意到：當可見光和其它電磁輻射照在一塊金屬表面上時，這些輻射能夠從金屬表面打出電子，這就是光電效應。84光的本性——光電效應光電效應：電子吸收光能量，增加了動能，克服金屬表面的吸引力，從金屬表面脫離。84振動的電磁場對金屬表面的帶電粒子施加一個振動力。電磁場越來越厲害地搖晃這些粒子直到結(jié)合最松散的電子被搖下來。電磁波輻射理論對光電效應的定性解釋是：§4-6

光的波粒二象性85光的本性——光電效應光電效應：存在截止頻率：只有當光頻率大于某一最小頻率，才能將金屬表面電子打出來；產(chǎn)生時間極快：光打到金屬表面的瞬間，就有電子飛出來（時間小于1納秒）；存在遏止電壓：只有在金屬電極間加一反向電壓，才能阻止電子從金屬表面跑出。85§4-6

光的波粒二象性86光的本性——光電效應存在截止頻率：861、并不是所有的光都能將電子從金屬表面打出來；2、存在一個最小頻率，只有大于這個頻率的光才能發(fā)生光電效應。這一頻率稱為極限頻率；3、極限頻率只跟金屬種類有關(guān)，與光強度無關(guān)?！?-6

光的波粒二象性87光的本性——光電效應產(chǎn)生速度極快：871、光子打到金屬表面的瞬間，電子就跑出來了；2、電子能量的積累不需要時間，非常類似剛性小球間的碰撞；3、這一點與波動過程中小球的能量積累相矛盾?！?-6

光的波粒二象性88光的本性——光電效應存在遏止電壓：881、當電子被打出金屬表面后，由于有剩余動能，會跑到集電極，產(chǎn)生光電流。2、要使這部分光電流為零，必須加一反向電壓，使電子動能為零，這一反向電壓稱為遏止電壓。3、遏止電壓與光子頻率和金屬種類有關(guān)?！?-6

光的波粒二象性89光的本性——波粒二象性光子能量：愛因斯坦的光量子理論：891、光即具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性；2、光子的能量只與頻率有關(guān)，與光強無關(guān)。光強：§4-6

光的波粒二象性90901、黃光的波長為570nm，試計算它的頻率和組成它的光子能量。（5.26x1014Hz,3.49x10-19J)解：§4-6

光的波粒二象性91光的本性——波粒二象性光電效應方程：電子出射初動能等于光子能量減去材料的逸出功。材料的逸出功是材料固有屬性。91§4-6

光的波粒二象性92光的本性——波粒二象性存在極限頻率：92極限頻率極限波長§4-6

光的波粒二象性93光的本性——光電效應存在遏止電壓：931、遏止電壓做的功等于電子動能。遏止電壓與光子頻率f和電子逸出功W有關(guān)?！?-6

光的波粒二象性94光的本性——波粒二象性1、對于同一種金屬，光子頻率一定，遏止電壓也固定；2、對于統(tǒng)一頻率的光子，光強反映了光子的數(shù)量。這解釋了為什么光電流趨于飽和：光強一定，則光電子數(shù)量有限，所有的電子參與導電了，光電流就飽和了。§4-6

光的波粒二象性949595當紫外線照射某金屬表面時有電子逸出，若增加該紫外線的強度，則

。a．逸出電子的初動能增加；b．光電效應的極限頻率變小；

c．單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加；d．打出電子所需的時間縮短?！?-6

光的波粒二象性969619、巳知某金屬的逸出功為3.2eV，則該金屬的極限波長為λmax=

；若用某紫外線照射該金屬，其逸出光電子的最大初動能為0.28eV，則該紫外線的波長為λ=

nm。387.5nm356.3§4-6

光的波粒二象性97已知一單色光照射在鈉表面上，測得光電子的最大動能是1.2eV，而鈉的紅限波長是540nm，那么入射光的波長_____nm。

hc＝1.24納米.千電子伏特§4-6

光的波粒二象性9798光的本性與電磁波（1）振動的基本概念與物理量、波動的基本概念與物理量。（2）牛頓的光的微粒說；惠更斯的光的波動說。（3）光是電磁波，光學與電磁學的統(tǒng)一；電磁波與電磁波譜。（4）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,以及它們的實際應用。（5）光電效應與康普頓效應（6）多普勒效應及其應用。（7）激光基本原理989999當光束通過光學性質(zhì)不均勻的介質(zhì)（如：霧、含有懸浮微粒的液體等）時，會發(fā)生部分光線偏離原來傳播方向的現(xiàn)象，從而從側(cè)面可以看到光的現(xiàn)象，稱為光的散射（瑞利散射、正常散射）。光的顏色偏紅白光光的顏色偏藍懸濁液（微粒線度小于波長）如：在清水中加入少量牛奶這能解釋為什么大海是藍色的?！?-6

光的波粒二象性100光的本性——康普頓效應在1922—1923年間，美國科學家康普頓研究了X射線射經(jīng)過石墨等物質(zhì)的散射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)：X射線被散射后，除部分波長沒有改變外，還有部分波長變長，這種現(xiàn)象稱為康普頓效應（康普頓散射）。康普頓因此榮獲了1927年Nobel物理學獎。100§4-6

光的波粒二象性101101§4-6

光的波粒二象性102光的本性——康普頓效應康普頓效應反映了光與電子的相互碰撞光子與物質(zhì)（電子）相互作用應符合：動量守恒能量守恒康普頓效應與光電效應在本質(zhì)上是相同的，都是光子與電子的相互作用。102§4-6

光的波粒二象性103光的本性與電磁波（1）振動的基本概念與物理量、波動的基本概念與物理量。（2）牛頓的光的微粒說；惠更斯的光的波動說。（3）光是電磁波，光學與電磁學的統(tǒng)一；電磁波與電磁波譜。（4）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,以及它們的實際應用。（5）光電效應（6）多普勒效應及其應用。（7）激光基本原理103104§4-7

多普勒效應光的本性——多普勒效應當鳴笛的火車開向站臺，站臺上的觀察者聽到的笛聲變尖，即頻率升高；相反，當火車離開站臺，聽到的笛聲頻率降低。多普勒效應視頻104105光的本性——多普勒效應當波源與觀察者有相對于傳播介質(zhì)有運動時，觀察者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率有差異的現(xiàn)象稱為多普勒效應（

Dopplereffect）固有頻率f0：當波源與觀察者之間沒有相對運動時，觀察者接受到的頻率稱為波源的固有頻率；接受頻率f’：指單位時間觀察者接收到的完整波的數(shù)目?！?-7

多普勒效應106光的本性——多普勒效應當波源不動時，觀察者以VR速度朝波源移動。2、當觀察者相對介質(zhì)以VR遠離波源VR<01、當觀察者相對介質(zhì)以VR靠近波源VR>0§4-7

多普勒效應107光的本性——多普勒效應當觀察者不動時，波源以Vs速度朝觀察者移動。2、當波源相對介質(zhì)以VS遠離觀察者VS<01、當波源相對介質(zhì)以VS靠近觀察者VS>0§4-7

多普勒效應108光的本性——多普勒效應當波源和觀察者都移動時，總的多普勒公式：§4-7

多普勒效應108109光的本性——多普勒效應【例題1】聲源靜止，發(fā)出100Hz聲波，聲速340米/秒。人以3.4米/秒的速度駕車背離聲源而去，則人聽到聲音的頻率是____________?！?-7

多普勒效應109110110【例題3】車上一警笛發(fā)射頻率為1500Hz的聲波,該車以20m/s的速度向某方向運動，某人以5m/s的速度跟蹤其后，已知空氣聲速為330m/s。求該人聽到的警笛發(fā)聲頻率.§4-7

多普勒效應111111一輛救護車以33.5m/s的速度行駛在高速公路上，它的警笛所發(fā)出聲波的頻率為400Hz,聲速是343m/s。一輛客車以24.6m/s的速度向救護車開來，當客車開近和離開救護車時，客車中乘客所聽到的警笛聲的頻率各是多少？當客車開近救護車時，乘客聽到的頻率為：當客車離開救護車時，乘客聽到的頻率為：§4-7

多普勒效應112光的本性——多普勒效應的應用多普勒效應具有很多的應用：彩色B超112蝙蝠的回聲定位不是多普勒效應。多普勒效應指通過比較反射波的頻率判斷飛蟲的飛行方向和速度。通過聲納判斷魚群的速度§4-7

多普勒效應113光的本性——多普勒效應的應用多普勒效應具有很多的應用（電磁波）113§4-7

多普勒效應114光的本性——多普勒效應光波也有相同的效應，稱為光波的多普勒效應。當光源遠離觀察者時，光源發(fā)出的光紅移(長波長移動)；當光源靠近觀察者時，光源發(fā)出的光藍移(短波長移動)；天文學:來自遙遠銀河系光的波長變長(紅移),頻率變小。彼此遠離→宇宙膨脹(大爆炸理論)比如：假如一個星體發(fā)射550nm的光。如果這顆星體靠近我們時，我們觀察到它發(fā)的光藍移，比如變成500nm；如果這顆星體遠離我們時，我們觀察到它發(fā)的光紅移，比如，變成600nm§4-7

多普勒效應115物理學的發(fā)展——2005年世界物理年下面的三角錐代表過去：逝去的時光總是遠離我們，而遠離我們的光線則發(fā)生了紅移；上面的三角錐代表未來：未來的時光總是不斷接近我們，而接近我們的光線則發(fā)生了藍移；2005年物理年為了紀念愛因斯坦提出狹義相對論100周年。沙漏的圖形表示時間流逝，同時符合愛因斯坦提出的世界線的概念?！?-7

多普勒效應116習題宇宙大爆炸理論始于哈勃的一項觀測：所有恒星發(fā)出的光的波長都增大了，以此可以推斷宇宙在膨脹而所有恒星都在遠離我們而去。這個推斷是依據(jù)___________。A、光速不變原理B、光的干涉效應C、光的衍射效應D、光的多普勒效應§4-7

多普勒效應116117習題醫(yī)院里通過超聲波血流儀測量人體中血液的流速可以診斷心血管疾病，其測速原理是依據(jù)了___________。A、波的偏振效應B、波的干涉效應C、波的衍射效應D、波的多普勒效應利用多普勒效應測量血流的速度§4-7

多普勒效應117118什么是激光？激光的英文名稱是Laser，音譯為“萊塞”，臺灣人譯為“鐳射”。它是由全稱“LightAmplificationofStimulatedEmissionofRadiation”（受激輻射引起的光放大）每個單詞的第一個字母所組成的。

1964年10月我國著名科學家錢學森建議稱為“激光”，以明確地表示是光的受激發(fā)射，得到采納，沿用至今。118

自愛因斯坦1917年提出受激輻射概念后，足足經(jīng)過了40年，直到1958年，兩位美國微波領(lǐng)域的科學家湯斯（C.H.Townes）和肖洛（A.I.Schawlaw）發(fā)表了著名論文《紅外與光學激射器》，指出了以受激輻射為主的發(fā)光可能性，以及必要條件是實現(xiàn)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”。§4-8

激光原理119119查爾斯.湯森（C.H.Townes，1915—）1951年提出maser（梅塞）（受激發(fā)射的微波放大器）的概念；1953年制出世界上第一臺maser；1958年論述了laser的基本原理；1964年獲諾貝爾物理學獎。照片是2002年6月17日在清華大學舉辦的前沿科學國際研討會（慶賀楊振寧先生80華誕）上，湯森教授做學術(shù)報告。報告題為“TheLaser:WhatItDoesandHowItHappened”§4-8

激光原理120什么是激光？特點：光譜連續(xù)；發(fā)光波長隨物體溫度變化而變化。普通光產(chǎn)生的原理分為兩種：1、電子熱運動：帶電粒子的加速運動會向外輻射電磁波——紅外線（熱輻射）§4-8

激光原理121什么是激光？特點：光譜分立；發(fā)光波長固定，與發(fā)光體狀態(tài)關(guān)系很小。121普通光產(chǎn)生的原理分為兩種：2、原子輻射：電子在不同占據(jù)軌道上躍遷所發(fā)出的電磁波?！?-8

激光原理122原子輻射原子輻射分為兩種：1、自發(fā)輻射2、受激輻射自發(fā)輻射：高能級電子自發(fā)的向低能級躍遷，同時放出一個光子。122特點：自發(fā)的，隨機的；各光子之間沒有相關(guān)性；普通的發(fā)光光源；§4-8

激光原理123什么是激光？輻射的逆過程：共振吸收特點：原子中電子能級是分立的；只有能量等于能級差的光子才能被吸收；光子能量必須嚴格等于兩能級間的能量差?！?-8

激光原理123124什么是激光？原子輻射：受激輻射當有大量的電子處于高能級時，一個相同能量的光子會激發(fā)其他電子同時發(fā)生躍遷。特點：1、所有光子具有相同能量2、相同相位3、相同偏振方向。受激輻射實際上是一個光放大的過程！§4-8

激光原理124125激光的基本原理激光的產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：系統(tǒng)中處于高能級的電子數(shù)要多于處于低能級的電子數(shù)。存在光學諧振腔：為了使光不停的放大。在激光器兩側(cè)安置高反射率的透鏡，使光能不斷反射增強，達到激射的要求。用電或者光激勵等手段將大量電子激發(fā)到高能級(激勵源)E2E1§4-8

激光原理126什么是激光？粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：即高能級電子數(shù)量多于低能級電子數(shù)量。這一點是很難實現(xiàn)的！1、高能級電子會躍遷到低能級，同時放出能量。2、這一躍遷速度非?？欤s在1納秒量級。3、需要存在一個亞穩(wěn)態(tài)，形成三能級系統(tǒng)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。三能級系統(tǒng)示意圖§4-8

激光原理126127世界上第一臺激光器—紅寶石激光器的工作原理§4-8

激光原理127128128紅寶石激光器形成激光的理論解釋粒子數(shù)反轉(zhuǎn)§4-8

激光原理129習題激光是一種通過受激輻射后形成光放大的新型相干光源，在激光器部件中激勵源的主要作用是____A、使原子自發(fā)輻射B、使原子受激輻射C、形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

D、受激輻射后形成光放大§4-8

激光原理129130什么是激光？激光的種類：（根據(jù)工作物質(zhì)可分為）氣體激光器（氦氖激光器，CO2激光器等），結(jié)構(gòu)簡單，輸出功率大固體激光器（YAG激光器，光纖激光器等），體積小，輸出功率大半導體激光器（GaN激光器，InP激光器等），體積小巧，易于集成染料激光器（用顏色染料作為工作介質(zhì))，激發(fā)波長可以連續(xù)調(diào)節(jié)§4-8

激光原理130131什么是激光？激光的特點：方向性好單色性好相干性好能量密度大激光具有很好單色性激光具有很高亮度激光具有很好的準直性激光具有很大能量亮度激光測角儀§4-8

激光原理131132光纖激光器激光的用途1、光纖通信（包括信息存儲）2、指示用（激光筆，準直器）3、金屬切割（大功率激光器）4、激光武器（超大功率激光器）5、醫(yī)療手術(shù)（去除黑色素）6、。。。。激光不能用來做普通照明光源，為什么？激光武器激光加工激光去色素激光警告標志§4-8

激光原理132133習題1921年諾貝爾物理學獎授予愛因斯坦，主要表彰他提出了______A、狹義相對論B、廣義相對論C、光電效應

D、受激輻射理論§4-8

激光原理134習題激光的發(fā)光機制是受激輻射，實現(xiàn)受激輻射的前提是激光介質(zhì)具有亞穩(wěn)態(tài)能級以形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，而亞穩(wěn)態(tài)的存在是_________的理論預言的A、量子論B、相對論C、波爾模型

D、量子力學§4-8

激光原理135習題激光具有廣泛的應用，采用不同介質(zhì)的激光器具有不同的特性，可以連續(xù)改變波長的_______A、固體激光器B、氣體激光器C、液體激光器

D、半導體激光器(染料激光器)§4-8

激光原理136教學內(nèi)容（1）振動的基本概念與物理量、波動的基本概念與物理量。（2）光是電磁波，光學與電磁學的統(tǒng)一；電磁波與電磁波譜。（3）牛頓的光的微粒說；惠更斯的光的波動說。（4）光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,以及它們的實際應用。（5）光電效應（6）多普勒效應及其應用。（7）激光基本原理，激光器的結(jié)構(gòu)以及激光技術(shù)應用?！?-9

光學復習137教學要求（1）了解簡諧振動的描述及其振幅、頻率、相位三要素；了解簡諧波的描述及其波速、頻率、波長三要素；掌握基本波動方程；了解橫波與縱波。波動方程：§4-9

光學復習138教學要求（2）了解麥克斯韋電磁場理論的建立與電磁波的發(fā)現(xiàn)，理解光是一種電磁波。了解電磁波譜的分類及其各波段的特性和產(chǎn)生機理。無線電波微波紅外光可見光紫外光x射線射線§4-9

光學復習139教學要求（3）了解歷史上牛頓的光的微粒說和惠更斯的光的波動說對于光的本性的爭論。了解支持光波動說的重要實驗。了解解釋光具有粒子性的兩個重要實驗。光的波動性：楊氏雙縫干涉實驗。珀松圓斑實驗。單縫衍射實驗。。。。。光的粒子性：光電效應實驗康普頓效應實驗§4-9

光學復習140教學要求（4）了解波的疊加原理和波的干涉現(xiàn)象，理解波的相干條件；了解惠更斯原理和波的衍射現(xiàn)象，理解波的衍射條件；了解光的偏振現(xiàn)象；了解光的干涉、衍射和偏振在實際生活中的廣泛應用。干涉條件：1、頻率相同；2、振動方向相同；3、相位差恒定?；莞乖砉獾母缮娴痊F(xiàn)象在生活中的應用§4-9

光學復習141教學要求（5）理解聲波的多普勒效應公式；了解多普勒效應在高科技中的應用。聲波的多普勒效應分辨清Vob，Vs的正負號?！?-9

光學復習142§4-7

光學復習教學要求（6）了解普通光源的自發(fā)輻射與激光的受激輻射的區(qū)別；理解激光的基本原理；了解激光器的基本結(jié)構(gòu)及其激光技術(shù)的廣泛應用。自發(fā)輻射：電子隨機的從高能級向低能級躍遷，相互之間沒有聯(lián)系。受激輻射：處于高能級的一個電子受到具有相同能量的光子的激發(fā)而發(fā)生躍遷的過程。受激輻射中產(chǎn)生了兩個完全相同的光子，實現(xiàn)光放大。激光器的基本結(jié)構(gòu)：具有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作介質(zhì)；光學諧振腔；§4-9

光學復習142143教學要求（7）了解LED照明技術(shù)的基本優(yōu)點；了解LED固態(tài)照明與傳統(tǒng)照明技術(shù)的區(qū)別；了解LED的應用范圍以及未來的應用前景。光效高，節(jié)能。亮度，顏色可調(diào)。體積小，可安裝在狹小位置。壽命高，不含汞等重金屬。光束定向性好。光輻射安全性好?！?-9

光學復習1431441.電磁波主要成員包括哪些？無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線2.電磁波的主要性質(zhì)是哪些？偏振性、同相性、橫波性、光速恒定為c3.在日常經(jīng)驗中，為什么聲波的衍射比光波的衍射更加顯著？聲波波長遠大于光波4.真空波長為560nm的光，其頻率是多少？略。5.人眼所能觀察的電磁波波長是多少范圍？380-780nm§4-9

光學復習1451456、照像機和眼鏡的鏡片上常常涂上一層增透膜以增加光通量，增透膜是利用了光的。a．干涉現(xiàn)象；

b．衍射現(xiàn)象；

c．偏振現(xiàn)象；

d．光電效應?！?-9

光學復習1461468、電子顯微鏡可以觀察到比細胞更小的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以通過

，來提高電子顯微鏡的放大能力。a．增加電子的數(shù)目；b．提高電子的動能；c．增加電磁波的強度；d．提高電磁波的頻率。§4-9

光學復習1479、某金屬表面被藍光照射時有電子逸出，若增加藍光的強度，則（A）單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加。（B）逸出的電子的初動能增加。（C）光電效應的紅限頻率變小。（D）打出電子所需的時間縮短。147§4-9

光學復習14814811、光是電磁波，具有偏振性，因而光波的振動方向與傳播方向

。a．互相垂直；

b．互相平行；

c．兩者相同；

d．兩者相反?！?-9

光學復習14914912、電子顯微鏡具有比光學顯微鏡更高的放大能力，電子顯微鏡能夠放大微小物體的關(guān)鍵是利用了

的特性。a．電子線路；

b．電子能量；

c．電磁波；

d．物質(zhì)波?！?-9

光學復習1