高中物理 奥赛培训光学辅导课件.ppt

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1、物理奥赛培训-光学辅导2021/8/11 星期三1主要内容1、几何光学的基本理论、几何光学的基本理论 平面镜、凸面镜、凹面镜、凸面折射、凹面折射、凸透镜、凹透镜的成像原理近轴光线+反折射定律2、波动光学波动光学位相与光程3、光的量子理论、光的量子理论光子的动量与能量深、广、新、奇、活新新：3D成像、负折射、隐形、光镊、激光冷却、反多普勒效应2021/8/11 星期三2关于光的理论光是粒子流（光线）光是波（电磁波）光是具有波粒二相性的波2021/8/11 星期三31、几何光学2021/8/11 星期三4介质1：折射率 n1介质2：折射率 n2法线1.1、反折射定律反射定律折射定律2021/8/1

2、1 星期三51.1、反折射定律折射率法线2021/8/11 星期三6折射率大的介质叫光密介质，小的叫光疏介质1.1、反折射定律2021/8/11 星期三71.2、全反射2021/8/11 星期三81.3、近轴光线的概念 数学表达：abc2021/8/11 星期三9近垂直入射1.4、近轴光线的概念折射定律2021/8/11 星期三101.5、球面镜的焦点AOCBi2021/8/11 星期三111.6、凸球面透射的焦点AOCBir2021/8/11 星期三122021/8/11 星期三131.7、凹球面透射的焦点AOCBir2021/8/11 星期三142021/8/11 星期三15n1n2ABC

3、O1O21.8 凸透镜的焦点2021/8/11 星期三161.9、成像法则焦平面2021/8/11 星期三171.9 成像法则2021/8/11 星期三181.10 成像的公式透镜、球面镜2021/8/11 星期三191.11、3D成像原理2021/8/11 星期三201.11.1、眼睛辨别距离（空间感）原理2021/8/11 星期三211.11.1、一直眼睛只能接收来自 一个方向的光线2021/8/11 星期三221.11.1、玻璃杯中的钱币2021/8/11 星期三231.11.2、3D显示技术原理左右眼看视角不同2021/8/11 星期三241.11.3、眼镜3D红蓝滤色眼睛偏振眼睛主动

4、式眼睛2021/8/11 星期三251.11.4、裸眼3D（遮光式）2021/8/11 星期三261.11.5、裸眼3D（折光式）2021/8/11 星期三271.11.5、圆柱镜折射原理焦平面2021/8/11 星期三281.12、负折射材料2021/8/11 星期三29介质1：折射率 n1介质2：折射率 n2法线1.12.1、负折射材料性质 n20反折定律折射定律2021/8/11 星期三301.12.1、负折射材料性质2021/8/11 星期三311.12.1、负折射材料实验2021/8/11 星期三321.12.2、n=-1的情况：平板成像2021/8/11 星期三332021/8/1

5、1 星期三341.12.3、n，D d光程差：光程差：相位差相位差：2021/8/11 星期三44明纹条件明纹条件 暗纹条件暗纹条件 2.2、杨氏双缝干涉2021/8/11 星期三452.2、双缝干涉条纹2021/8/11 星期三46现象现象:*S衍射屏衍射屏观察屏观察屏a 10-3 a定义定义:光在传播过程中能绕过障碍物*S衍射屏衍射屏观察屏观察屏L L的边缘而偏离直线传播的现象2.3、光的衍射 惠更斯菲涅耳原理 单缝夫琅禾费衍射2021/8/11 星期三473、光的量子理论2021/8/11 星期三483.1 基本内容光线是光子流，每个光子具有光压：光子流产生的压强满足能量、动量守恒定律2

6、021/8/11 星期三493.2、多普勒效应2021/8/11 星期三503.2.1 波的多普勒效应 情景1：固定波源，产生10个周期的一列波，波速u,则：情景2：波源以速度v运动（向着观测者），产生10个周期的一列波，波速u,则：2021/8/11 星期三513.2 沿运动方向的波频率变大t1t1t2t2X=u(t-t2)X=u(t-t1)2021/8/11 星期三523.3、相对论多普勒效应狭义相对论：运动的尺子长度变短，运动的时钟变慢2021/8/11 星期三533.4、反多普勒效应：负折射率介质能量传播方向相位传播方向反多普勒效应：声源靠近，频率增大，声源远离，频率减小2021/8/

7、11 星期三543.5、激光光镊2021/8/11 星期三553.5.1、先谈谈彩虹2021/8/11 星期三563.5.2、从量子的角度：光具有动量2021/8/11 星期三573.5.2、动量守恒定光压方向2021/8/11 星期三583.5.2、动量守恒定广压方向2021/8/11 星期三593.5.3、空心激光光镊决赛第八题（10分）空心激光束是一种在传播方向上中心光强为零的圆筒形光束由于这一特征，它可以把某些微小粒子约束在激光束的中心部位，作为激光导管、激光镊子、光学扳手等，实现对纳米粒子、生物细胞等微小粒子的精确操控空心激光技术目前在生物学、激光加工、原子冷却等方面得到了广泛的应用

8、，正逐渐成为一门新兴的学科分支产生空心激光束的基本做法是利用光学系统将一束实心的圆柱形激光转换成为一束空心的激光。给定如下光学器件：凸透镜，锥面反射镜，球面镜，如图：2021/8/11 星期三60利用上述光学器件设计一光学系统，使得一束很细的实心圆柱形入射激光转化成一束空心的出射激光，且空腔为圆柱形，半径为请回答如下问题：1、画出该光学系统的光路图2、求该光学系统中锥面镜顶点到球面镜球心的距离2021/8/11 星期三61参考解答：参考解答：1、光路图如下，指出被球面镜反射的光线汇聚于凸透镜的焦点.(1).（3）2、参照所给光路图，可知设,有如下几何关系：两式联立，可求得.（2）2021/8/

9、11 星期三623.5.3、空心激光光镊 可以构造不同中空方式的中空激光光束，用于激光导管、光镊、光学扳手等其他两种典型类型2021/8/11 星期三633.6、原子的核外电子能级量子化原子中的电子只能吸收和放出某些特定频率的电磁波。E3E2E12021/8/11 星期三643.7、激光冷却原理2021/8/11 星期三653.7、激光冷却原理多普勒效应的应用2021/8/11 星期三66 日晷 圭表2021/8/11 星期三67圭表是测量回归年长度，确定季节的天文仪器，如图。（1）假定圭的高度1米，表的刻度精度到厘米，估算此设备测量回归年的误差，已知当地纬度为北纬40度。（2）在保持刻度精度

10、的条件下增加高度可以提高回归年的测量精度，元代科学家郭守敬就是以此方式大大提高了回归年的测量精度。假设圭表增加到10米，估算由此测得的回归年误差。（3）然而郭守敬建立了10米的圭表后，发现事与愿违，由于圭越高，影子边缘越模糊。设这一现象是由于太阳有一定的体积造成的，问由此造成的边缘阴影的模糊范围。（4）于是郭守敬想到了一个办法改善阴影长度的测量方法小孔成像原理，请你据此原理推测郭守敬是如何实现的。太阳到地球的距离149597870千米，太阳的直径约为1 391 000千米2021/8/11 星期三682021/8/11 星期三69谢谢2021/8/11 星期三702021/8/11 星期三71