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光的几何性与物理性 光的几何性与物理性 光学包括两大部分内容：几何光学和物理光学。几 何光学（又称光线光学）是以光的直线传播性质为基础，研 究光在煤质中的传播规律及其应用的学科；物理光学是研究 光的本性、光和物质的相互作用规律的学科。 一、重要概念和规律 （一）、几何光学基本概念和规律 1、基本规律 光源：发光的物体．分两大类：点光源和扩展光源． 点 光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集 合． 光线 ——表示光传播方向的几何线． 光束通过一定 面积的一束光线．它是通过一定截面光线的集合．光速—— 光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为 C=3×108 m/s。 丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。 法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。 实 像 ——光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成 的． 虚像——光源发出的光线经光学器件后，由发实际光 线的延长 线形成的。 本影——光直线传播时，物体后完全 照射不到光的暗区． 半影 ——光直线传播时，物体后有部 分光可以照射到的半明半暗区域 ． 2．基本规律 （1）光的直线传播规律：先在同一种均匀介质中沿直 第 2 页 第 3 页 被分解成单色光的现象。 （4）透镜： 在光疏介质的环境中放置有光密介质的透 镜时， 凸透镜： 对光线有会聚作用， 凹透镜： 对光线有 发散作用．透镜成像作图： 利用三条特殊光线。成像规律 1/u+1/v=1/f。线放大率m=像长/物长=|v|/u。说明①成像公 式的符号法则——凸透镜焦距 f 取正，凹透镜焦距 f 取负； 实像像距 v 取正，虚像像距 v 取负。②线放大率与焦距和物 距有关． （5）平行透明板： 光线经平行透明板时发生平行移动 （侧移）．侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。 4．简单光学仪器的成像原理和眼睛 （1）放大镜： 是凸透镜成像在。uf 时的应用。通过放 大饼在物方同地看到正立虚像。 （2）照相机： 是凸透镜成像在 u＞2f 时的应用．得到 的是倒立缩小施实像。 （3）幻灯机： 是凸透镜成像在 f＜u＜2f 时的应用。 得到的是倒立放大的实像． （4）显微镜： 由短焦距的凸透镜作物镜，长焦距的透 镜作目镜所组成。物体位于物镜焦点外很*近焦点处，经物 镜成实像于 目镜焦点内很*近焦点处。再经物镜在同侧形成 一放大虚像（通常位于明视距离处）。 第 4 页 （ 5）望远镜： 由长焦距的凸透镜作物镜，短焦距的 透镜作目镜所组成。极远处至物镜的光可看成平行光，经物 镜成中间像（倒立、缩小、实像）于物镜焦点外很*近焦点 处，恰位于目镜焦点内，再经目镜成虚像于极远处（或明视 距离处）。 （6）眼睛： 等效于一变焦距照相机，正常人明视距约 25 厘米。明视距离小子 25 厘米的近视眼患者需配戴凹透镜 做镜片的眼镜；明视距离大于 25 厘米的远视 25 者需配戴凸 透镜做镜片的眼镜。 （二）物理光学——人类对光本性的认识发展过程 （1）微粒说（牛顿）基本观点： 认为光像一群弹性小 球的微粒。 实验基础 光的直线传播、光的反射现象。 困 难问题 无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象 以及光的独立传播规律等。 （2）波动说（惠更斯）基本观点： 认为光是某种振动 激起的波 （机械波）。 实验基础： 光的干涉和衍射现象。 ①光的干涉现象——杨氏双缝干涉实验 条件： 两束光频率相同、相差恒定。 装置 （略）。 现 象： 出现中央明条，两边等距分布的明暗相间条纹。 解释： 屏上某处到双孔 （双缝）的路程差是波长的整数倍 （半个波 长的偶数倍）时，两波同相叠加，振动加强，产生明条；两 波反相叠加，振动相消，产生暗条。 应用： 检查平面、测 第 5 页 量厚度、增强光学镜头透射光强度（增透膜）． ②光的衍射现象——单缝衍射（或圆孔衍射） 条件： 缝宽 （或孔径）可与波长相比拟。 装置 ：（略）。