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一、什么是光学（光学研究的内容）？ 光学是普通物理学的重要组成部分,是研究光的本性，光的传播和光与其它物质的相互作用（如光的吸收、散射和色散，光的机械作用和光的热、电、化学和生理效应等），以及光在生产和社会生活中的应用的一门基础科学。 二、光学研究的方法 在观察和实验的基础上，对光学现象进行分析、抽象和综合，进而提出假说，形成理论，并不断反复经受实践的检验。 三、光学的分类 光学发展简史 萌芽时期： 远古至十六世纪初 按《周礼·考工记》的记载，周朝时已会用铜锡合金制造取火用的凹镜 ; 宋朝的沈括在《梦溪笔谈》中，详细记载了凹面镜和凸面镜的成像; 古埃及也掌握了用铜锡合金制镜的技术,欧几里德(公元前300年)在他的《反射光学》中，已说明了反射定律. 1.1光线传播的基本规律 光线传播的实验规律： 1、光的直线传播定律： 在均匀介质中，光总是沿直线传播的。 2、光的独立传播定律： 从不同发光体发出的互相独立的光线，以不同方向相交于空间介质中的某一点时，彼此互不影响，各光线独立传播．这就是光的独立传播定律． 应该指出，光的独立传播定律仅对不同发光体发出的光即非相干光才是准确的．如果由同一光源发出而后又被分开的两束光，经过不同的路径相交于某点，这样的两束光当满足一定条件时，可能成为相干光而发生干涉现象，则独立传播定律不适用． 3、光的反射和折射定律 研究光在两种均匀透明介质分界面上的传播规律的定律．一般说，光在两种均匀介质分界面处将产生复杂的现象：在光滑分界表面(指表面任何不规则度大约≤波长数量级)上，将产生规则的反射和折射；而在粗糙分界表面处将产生漫反射和漫折射． 反射定律： 折射定律： 2、折射率 某种介质的折射率等于光在真空中的速度c与该介质中的速度v之比值，即： 折射率n随介质而异，且与波长有关。 两种介质的相对折射率与两种介质的折射率之间有如下关系： 折射率较大者为光密介质，折射率较小者为光疏介质 临界角 全反射的条件：（1）光从光密介质射入光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角。 光导纤维就是利用了这一原理，由于反射时没有光线的损失，因此信号可以传输到极远的距离，广泛应用于内视镜及电信上。 海市蜃楼亦是由此一原理所生成，光线从较密的介质（冷空气）进入到较疏的介质（近地面的热空气）。 折射棱镜 棱镜对光的传播方向的改变，遵守折射定律。 棱镜是一种由多个平面界面组合而成的光学元件。光通过棱镜时，产生两个或两个以上界面的连续折射，传播方向发生偏折。最常用的棱镜是三棱镜（如图示）。 1、偏向角、最小偏向角： 例1、光线以30°的入射角从某介质射向空气时，反射光线与折射光线垂直。求介质的折射率及光在介质中的传播速度。 例2、如图所示，一圆柱形容器，底面直径和高度相等，当在S处沿容器边缘的A点方向观察空筒时，刚好看到筒底圆周上的B点。保持观察点位置不变，将筒中注满某种液体，可看到筒底的中心点o，试求这种未知液体的折射率是多大？ 1.2费马原理--光线传播的普遍规律 光在介质中传播时，光传播的几何路程与介质折射率之乘积称为光程。 光在任意介质中从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播。又称最小时间原理或极短光程原理。 表达： 说明： ①意义：费马原理是几何光学的基本原理，用以描绘光在空间两定点间的传播规律。 ②用途：A .可以推证反射定律、折射定律等实验定律。由此反证了费马原理的正确性. B.推求理想成像公式。 ③极值的含义：极小值，极大值，恒定值。一般情况下，实际光程大多取极小值。 二、费马原理的证明 1、直线传播定律：（在均匀介质中） 2、折射定律：（在非均匀介质中） 如图示：Ａ点发出的光线入射到两种介质的平面分界面上，折射后到达Ｂ点。 ① 折射线在入射线和法线决定的平面内 ②折射线、入射线分居法线两侧 1.3成像的基本原理 成像问题是几何光学研究的主要问题之 一。光学元件质量的高低是以成像质量来衡量的。为学习研究成像规律，首先介绍几个基本概念。 2、光学系统：若干反射面或折射面组成一个光学系统 光学系统的光轴：一条公共的轴线通过各个光学元件表面的曲率中心 经过光轴的任一平面称为子午面 3、实像、虚像 当顶点为光束的发出点时，该顶点称为光源、物点。 当同心光束经折射或反射后，仍能找到一个顶点，称光束保持了其同心性。该顶点称为像点。 对能保持同心性的光束，一个物点能且只 能形成一个像点，即物与像形成一一对应关系。 物方（物空间）：入射的光束在其中传播的空间. 像方（像空间）：出射的光束在其中传播的空间. 共轭点：物像点不仅一一对应，由光的可逆性原