2021-2022学年高二物理竞赛课件：光学.pptx

光学光学12-1 几何光学简介几何光学简介12-2 光源光源 单色光单色光 相干光相干光12-3 双缝干涉双缝干涉12-4 光程与光程差光程与光程差12-5 薄膜干涉薄膜干涉12-6 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪12-7 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理12-8 单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射 第十二章第十二章 光学光学12-9 圆孔的夫琅禾费衍射圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领12-11 X射线的衍射射线的衍射 12-12 光的偏振状态光的偏振状态 12-13 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律 12-14 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 12-15 光的双折射光的双折射12-16 偏振光的干涉偏振光的干涉 人为双折射人为双折射12-17 旋光性旋光性12-18 现代光学简介现代光学简介12-10 光栅衍射光栅衍射 光光 学学 概概 述述一一.光的机械微粒学说光的机械微粒学说(17(17世纪世纪-18-18世纪末世纪末)代表：牛顿代表：牛顿对立面：惠更斯对立面：惠更斯-波动说波动说分歧的焦点：分歧的焦点：光在水中的速度光在水中的速度18501850年傅科（年傅科（FoucauldFoucauld）测定）测定微粒说开始瓦解微粒说开始瓦解二二.光的机械波动说（光的机械波动说（1919世纪初世纪初-后半世纪）后半世纪）英英国国人人托托马马斯斯.杨杨(T.Young)和和法法国国人人菲菲涅涅尔尔(A.T.Fresnel)通通过过干干涉涉、衍衍射射、偏偏振振等等实实验验证证明明了光的波动性及光的横波性。了光的波动性及光的横波性。性质：弹性机械波，在机械以太中传播。性质：弹性机械波，在机械以太中传播。三三.光的电磁说（光的电磁说（1919世纪的后半期世纪的后半期-）1919世世纪纪后后半半期期MaxwellMaxwell建建立立电电磁磁理理论论，提提出出了了光的电磁性，光的电磁性，18871887年赫兹用实验证实。年赫兹用实验证实。性质：电磁波在电磁以太中传播。性质：电磁波在电磁以太中传播。四四.光的量子说（光的量子说（2020世纪初世纪初-）电电磁磁波波动动说说在在解解释释“热热幅幅射射实实验验”及及“光光电电效效应应”等实验遇到困难。等实验遇到困难。19001900年年普普朗朗克克提提出出了了“热热幅幅射射量量子子理理论论”，爱爱因因斯斯坦坦提提出出了了光光子子理理论论，将将光光看看成成一一束束粒粒子子流流与与电电磁磁波动说相抗衡。波动说相抗衡。二者各自统治着自已的领域。二者各自统治着自已的领域。19241924年年法法国国人人德德布布罗罗意意（De.Broglie)De.Broglie)大大胆胆提提出出了了“物物质质波波”的的概概念念，尔尔后后薛薛定定谔谔、海海森森伯伯等等人人创建了量子力学，又将二者统一起来。创建了量子力学，又将二者统一起来。光光是是一一个个复复杂杂的的客客体体，它它的的本本性性只只能能通通过过它它的的表表现现来来确确定定。它它的的某某些些方方面面象象波波而而另另一一方方面面象象微微粒粒（波波粒粒二二象象性性）。但但它它既既不不是是经经典典的的波波，也也不不是是经经典典的的微微粒粒，也也不不是二者的混合体。是二者的混合体。量子光学：量子光学：以光的量子理论为基础，以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律。研究光与物质相互作用的规律。光学通常分为以下三部分：光学通常分为以下三部分：几何光学：几何光学：以光的直线传播规律为基础，以光的直线传播规律为基础，主要研究各种成象光学仪器的理论。主要研究各种成象光学仪器的理论。波动光学：波动光学：以以光的电磁性质为基础光的电磁性质为基础,研究光的传播规律，主要是研究光的传播规律，主要是干涉、衍射、偏振。干涉、衍射、偏振。波动光学对光的描述波动光学对光的描述u光是电磁波光是电磁波可见光波长可见光波长u与物质相互作用（感光、生理作用）的主要是与物质相互作用（感光、生理作用）的主要是 矢量矢量-光矢量光矢量。矢量矢量的振动称为的振动称为光振动光振动。振动方程：振动方程：波动方程：波动方程：12-2 光源光源 单色光单色光 相干光相干光一、光源一、光源 光源：光源：发光的物体发光的物体类型：类型：普通光源普通光源(自发辐射自发辐射)激光光源激光光源(受激辐射受激辐射)热（辐射）光源热（辐射）光源白炽灯、弧光灯、太阳白炽灯、弧光灯、太阳非热辐射光源（冷光源）非热辐射光源（冷光源）气体放电管、日光灯、萤火虫气体放电管、日光灯、萤火虫原子发光原子发光原子光波列：原子光波列：激发态寿命激发态寿命 10-1110-8 s自发辐射自发辐射一定频率、振动方向，长度有一定频率、振动方向，长度有限的光波列限的光波列原子的发光模型原子的发光模型E1E2基态基态激发态激发态能级能级原子光波列原子光波列普通光源发光：普通光源发光：大量原子和分子持续、随机地发大量原子和分子持续、随机地发射的光波列射的光波列两个特点：间歇性、两个特点：间歇性、随机性随机性：谱线宽度谱线宽度有限长的单色波列有限长的单色波列单色光：单色光：或或二、单色光二、单色光 普通单色光源：普通单色光源：激光：激光：三、相干光三、相干光 两同频单色光的叠加两同频单色光的叠加光波中的电场矢量光波中的电场矢量 称为称为光矢量光矢量。非相干非相干叠加叠加对于普通光源发出的光对于普通光源发出的光如果如果即两个光源发出的光之间具有确定的相位差，则即两个光源发出的光之间具有确定的相位差，则把这两个光源称为把这两个光源称为相干光源相干光源，它们所发出的就是，它们所发出的就是相干光相干光。相干相干叠加叠加平均平均光强光强：相干条件相干条件：振动方向相同，频率相同，具有确定：振动方向相同，频率相同，具有确定的相位差。的相位差。当两束相干光在空间任一点相遇时，它们之间的当两束相干光在空间任一点相遇时，它们之间的相位差相位差 随空间位置不同而连续变化，从而在不同随空间位置不同而连续变化，从而在不同位置上出现光强的强弱分布，这种现象就是位置上出现光强的强弱分布，这种现象就是光的干涉光的干涉现象。现象。干涉相长（明）干涉相长（明）(k=0,1,2,3,)干涉相消（暗）干涉相消（暗）(k=0,1,2,3,)