第7章 光是如何传播的？.ppt

7.1　光是直线传播的吗？ 一　光线和光束 二　光的直线传播 三　光程与光程差 一　光线和光束 光线:表示光传播途径的几何线。 在均匀的各向同性介质中， 光线是垂直于波阵面的直线。 例如，从点光源发出的光， 它的每条光线就是以光源为中心的 球的径线； 在远离光源的地方，光的波阵面 趋于平面，每条光线近似于相互平行的线。 一　光线和光束 光束:光波波面的法线的集合。 单心光束（或同心光束）: 由点光源的光构成的光束。 实际物体的每一点都发出一个 单心光束，经过光学系统后， 如果仍保持为单心光束，则这 个经光学系统后光束的心叫做 光学系统对物点成的像。 二　光的直线传播 在同一种各向同性的均匀介质中，光在两点之间总是沿着连接这两点的直线传播的。 光的直线传播，是几何光学的基本规律之一。 光照射到不透明物体时，在物体后面产生影子，以及小孔成像现象，都是光的直线传播的例证。 光的直线传播规律适用的范围是，障碍物或孔的线度（光波的波长）。 普通光学仪器，如投影机、照相机、潜望镜、望远镜和显微镜，都是以光的直线传播规律为基础的。 二　光的直线传播 早在春秋战国时《墨经》记载了小孔成像的实验： “景，光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下”。 这里“光之人，煦若射”是一句很形象的比喻。 “煦”即照射，照射在人身上的光线，就像射箭一样。 “下者之人也高；高者之人也下” 是说照射在人上部的光线，则成像 于下部；而照射在人下部的光线， 则成像于上部。 直立的人通过小孔成像，投影便成为倒立的。 三　光程与光程差 实验测得频率为ν，波长为λ的光在真空中的速度为 在介质中的速度降为 两束光在介质中的路程（波程）r 与波长之比 7.2 光的反射和折射 一　光的反射定律 二　光的折射定律 三　海市蜃楼 四　虹和光的色彩 一　光的反射定律 公元前2000 年夏初的齐家文化时期 已经制造出金属反射镜，作为镜子使用。 后来出现了各种平面镜、凹面镜和凸 面镜以及“透光镜”。 这种透光镜在阳光照射下其背面的图文 能映到墙上。 春秋早期已用阳燧（凹面镜）来聚光。 镜的利用为光的反射的研究创造了良好 的条件。 一　光的反射定律 平面镜反射成像 《墨经》中记载：“景迎日，说在转”。 说明像投在迎向太阳的一边，是因为 日光经过镜子的反射而转变了方向。 点光源发射出的发散光照射在平面镜 上时，其反射光也是发散光。 所有反射光的反向延长线仍交于一点（像点）。 由于不是实际光线相交所成的像，所以平面镜所成的像是虚像。 一　光的反射定律 平面镜所成的像与物是以镜面 为轴的对称图形. 即平面镜是物和像连线的中垂面。 平面镜成像的特点： （1）成的是正立等大的虚像； （2）像和物的连线与镜面垂直； （3）像和物到镜的距离相等。 一　光的反射定律 平面镜组合成像 《庄子·天下篇》中记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴，则重影无穷”。生动地描述了光线在两镜之间彼此往复反射，形成许许多多像的情景。 《淮南万毕术》记载：“取大镜高悬， 置水盆于其下，则见四邻矣”。 将两个平面镜如图放置即成潜望镜， 用以窥探海面或地面上的活动。 一　光的反射定律 凸面镜成像的规律 《墨经》中叙述为：“鉴团，景一， 说在刑之大”。 经说中进一步解释说：“鉴，鉴者近， 则所鉴大，景亦大，其远，所鉴小， 景亦小，而必正”。 它说明物体经凸面镜总成一种缩小而正立的像。 例:钥匙经凸面镜反射在另一侧成一正立的虚像。 一　光的反射定律 凹面镜的作用 《淮南子·天文训》记载： “阳燧见日则燃而为火”。 这说明我国古代已认识到 平行光线可会聚于凹面镜的焦点。 太阳灶是利用太阳能的主要用具。 一　光的反射定律 凹面镜成像 《墨经》记载：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内”。 “中” 指焦点和球心之间。 物在“中”之内，得到比物体大 而正立的虚像; 物在“中”之外，得到比物体大 而倒立的实像。 一　光的反射定律 约公元前300 多年，古希腊哲学家柏拉图曾讲授过关于光的直线传播以及入射角和反射角相等的知识。 欧几里得在《反射光学》一书中，明确提出了光的直进性，较深入地探讨了反射现象，提出“入射光和出射光分别与法线成相等的角”，并由此出发讨论了平面镜成像，凹、凸面镜成像，还论述了凹面镜焦点的概念。 公元8 世纪，阿拉伯科学家阿尔哈曾在《光学宝鉴》一书中指出：在反射现象中，除反射角等于入射角之外，反射光线必在入射光线与界面法线所确定的平面内。从而完善了反射定律。 一　光的反射定律 光从一种介质射向另一种介质的 交界面时，一部分光返回原来介质 中，使光的传播方向发生了改变， 这种现象称为光的反射。 光的反射定律： 反射光线与入射光线、法线