二、惠更斯原理的表述
次波OR 子波
三、惠更斯原 理对反射定律 和折射定律的 解释（略去 P16-17）
惠更斯原理
惠更斯理论解释反射、折射
四、直线传播问题
大孔径障碍物光的传播方向
本质： 次波源激发的 波之间的干涉。 近似性： CD之外仍有 波动，即衍射。
用惠更斯原理解释光直进性
五、光的衍射问题
4、量子光学时间（1900～1960）
①光的粒子性 黑体辐射、光电效应、康普顿效应等 ②光的波动性 大量的干涉、衍射、偏振现象 ③德布罗意物质波 每一物质粒子都与一定波相联系 戴维孙——革未电子衍射实验 1927年 ④光的波粒二象性 E=hν ； P=h/λ ⑤玻恩 1925年，波粒二象性的几率解释——概率波
费马原理
三、由费马原理推导 几何光学三定律
1、反射定律
（1）定性证明 反射定律 ★假设在入射面内有两条 光线：QMP 和QM′P ★由于镜像对称，有光程 QM′P ≡QM′P′ 显然，QMP'≤QM'P'，故光程 QMP≤QM′P
★ 即QMP最短！
由费马原理推导反射定律
2、折射定律
（1）证明折射定律 ★设： QQ′⊥分界面Σ； PP′ ⊥分界面Σ
热电偶 吸收光子转化为 热能。
不同光电器件的响应灵敏度
3、视见函数
（主观量） v（）
⑴ 含义：客观辐射通量引起人眼主观视觉强度的物理量 任一波长的光和波长为555nm的光产生同样亮暗感觉所需要的 通量为 和 555 ⑵ 视见函数的表式
555 v ） （
/Å
视见函数曲线
第一章 光和光的传播 §1 光和光的传播
一、光的本性(绪论)
1、萌芽时期 (公元前5世纪～公元15世纪末)
人眼发出的触须样；物体发出的——争论…
2、几何光学时期 (AC16～AC18世纪)
微粒说；波动说；微粒说占上风——因为牛顿太伟大了……
3、波动光学时期 (AC19～20世纪初)
1865，麦克斯韦方程：电磁波波速为C→光也是电磁波 1888，赫兹实验： 弹性媒质以太中的横波 ★成就：光与电磁波统一，自然现象相互联系的辩证思 想，对光的本性认识前进了一大步。 ★遗留问题：以太的问题；光波到底是什么波？


附近 内： 为辐射通量谱密度

⑶
2 1 2内：1， 2 1 ( )d ；
2、光谱的响应曲线 （光电仪器）
客观辐射通量引起光电仪器（不同器件）响应灵敏度的物理量
光电（吸收率、 量子效率） 电子吸收光子跃 迁或发射，比如 光电二极管，光 电阴极
★磷光——受电磁波或电子束作用后的持续发光„„夜光表指针
★化学发光——化学反应，如腐物在空气中氧化……“鬼火” ★生物发光——特殊类型的化学反应„„萤火虫
★可见光:波长范围
400nm 760nm

c

可见光：400 ~ 760 nm；频率范围： ★光速——常数
7.5 1014 Hz 4.11014 Hz
i
Q
ndl
( L)
QP ni li
光程
二、费马原理的表述
1、文字表述：光沿着所需时间为极值的方向传播。 或： 光沿着光程为极值的方向传播。 2、数学表述： 或

Q
P
Q
ds 0 实际路径上，时间变分为零 v
nds 0 实际路径上，光程变分为零
PHale Waihona Puke 极 值极大 极小 恒定
小孔径障碍物光的传播方向
衍射问题
衍射问题 用惠更斯原理可以定性解释光的衍射
水波的衍射——开孔越小，衍射现象越明显
第1次作业
• P32-P34：1-13；1-19；
一、光程
§4 费马原理
定义： 光在介质中的几何路径长度与该介质折射率的乘积
c L nL L c ct Lc v v
QP P
⑶ 光纤通信就是利用全反射原理
全反射
⑵ 利用全反射改变光路在生产和科研上有广泛的应用。
2、光导纤维—— 光学纤维
⑴ 原理：全反射
⑵ 结构：纤芯的折射 率大于包层的照射率
n1 n2
光导纤维的原理
3、利用全反射改变光路
利用全反射棱镜改变光路
4、光在渐变折射率介质中传播——海市蜃楼
n0 sin i0 n1 sin i1 n2 sin i2 常量 n0 cos0 n1 cos1 n2 cos2 常量
★两条物像光线 QM′P ；QMP
★注意 M′M ⊥ Q′P′ ★显然， 光程 QM< QM′ PM< PM′
★ 光程最短在竖直平面内
由费马原理推导折射定律
在竖直平面∏内 ★物像光程： QMP为
(QMP) n1 QM n2 MP n1 h12 x 2 n2 h12 ( p x) 2
3、折射定律
(1) 文字表述（略）；
(3) 讨论
n1 sin i1 n2 sin i2 (2) 数学表式 sin i v1 n2 c 1 , n v2 n1 v sin i2
n1 ① 色散现象 sin i2 sin i1 f (n) f ( ) n2
4、棱镜作用
(1) 改变光路—— 科研、军事、生产、航天等
(2) 色散—— 重要的分光元件 两类光谱仪之一，棱镜、光栅
三棱镜的色散
光谱仪原理
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 光纤连接口 狭缝 滤波片 准直镜 分光原件（光 栅、或棱镜） 准直镜 聚光透镜 探测器 CCD、光电探 测器等
在光波频段： r 1
r 0 E r 0 H
c 1
0 0
n r
0 r 0 n 2 2 S EH E E r E E 0 r 0 c0
1 I S S T

T
0
2 nE0 Sdt Tc0

T
0
n 2 cos (t )dt E0 2c0
⑵ 1909年，“国际烛光”，英法美协议，白炽灯 ⑶ 1937年，国际计量委员会（CIPM）， 规定“新烛光”：1940.1.1执行 ⑷ 1948年，第九届国际计量大会。 规定“坎德拉”为发光强度单位
i 90
光在渐变折射率介质中传播
三、棱镜与色散
1、色散：折射角随波长而不同—— 色散光谱
2、三棱镜：横截面是三角形棱镜 3、三棱镜的最小偏向角 过程略（见课本P12-13） 当 有 三棱镜的折射
, i1 i1
n sin
亦i2 i2
min
sin

2 2
★此时，入射光与出射光对称，棱镜内光线与棱镜底边平行
c 299792458m/s 3 108 m/s
★单色光——谱线宽度：

连续光谱
线光谱
★复色光——谱密度
dI i ( ) d

I
元素 钠（Na） 汞（Hg）
0
dI i( )d
0

典型谱线
谱线波长/nm 589.0，589.6 404.7，407.8 435.8 546.1（最强） 577.0，579.1 634.8 605.7 颜色 黄（D双线） 紫 蓝 绿 黄 红 橙
② 光疏媒质与光密媒质之相对性 (4) 应用：改变光路方向：航天器、 精密光学仪器等
光的折射
二、全反射
1、全反射
光学纤维（光导纤维）
⑴ 当光从光密介质进入 光疏介质，入射角达到某 一值（临界角）时，不再 有折射光而全部被反射— —全反射，其临界角的大 小为
n2 ic arcsin n1 n1 sin ic n2 sin 90
新概念物理教程
光 学
课程介绍
• 期末成绩构成
平时（20）+期中考试（20）+期末考试（60）
• 平时成绩
课堂考勤及表现10+作业10分 作业需在后一周之内上交，过期不予批改。
第一章 光和光的传播
§1 光和光学 §2 光的几何光学传播规律 §3 光的波动光学传播基础——惠更斯原理 §4 费马原理
§5 光度学基本概念
§2 光的几何光学传播规律
一、几何光学三定律
1、直线传播定律：各向同性均匀介质
物体的影子
针孔成像
2、反射定律 (1) 文字表述（略） (2) 数学表式 (3) 讨论： ① 与 n 无关；无色散。
i i
② i i 则 i i ， 对称：光路可逆 ③ 漫反射现象之解释 光的反射与折射
d (QMP) dx
n1 x
2 h1 x2

n2 ( p x)
2 h2 ( p x) 2
0
★得
n1 sin i1 n2 sin i2
由费马原理推导折射定律
§5 光度学基本概念
一、辐射通量和光通量（主、客观量）
☆光度学 研究发光强弱的学科„；
☆辐射度量学 研究各种电磁辐射强弱的学科„； 1、辐射通量（客观量） ⑴ 定义：文字表述…； 单位：瓦（W ）； 符号ψ=ψ (λ) ⑵ 光源表面
d ★数学表式 I d
I 应当是可以测量 发光强度物理意义
d I d
dS dS 'cos ' d 2 2 r r
Id
光源光辐射空间分布
电灯发光强度的角分布
3、光度学基准的界定及其演变 ——烛光——发光强度
⑴ 1881年,“烛光”，国家电工技术委员会（用蜡烛发光）
即：Km 683lm W
/nm
辐射能量对波长的分布函数