石河子大学课程教学设计课程名称:光学授课班级:物理学2013(1)班任课教师:王锐职称:副教授理 学院 物理 系(部) 理论物理 教研室《光学》课程教学设计汇编总目录Part I :教学大纲 (2)Part II:教学设计 (6)《光学》课程教学大纲中,本课程的教学内容共8章,此次教学设计的10个节段分别选自作为主要章节的第1、2、3、4、5这五章。
1. 光程和光程差 (6)选自第一章:光的干涉/第三节:光程和光程差2. 迈克尔逊干涉仪 (8)选自第一章:光的干涉/第六节:迈克尔逊干涉仪3. 惠更斯-菲涅耳原理 (10)选自第二章:光的衍射/第一节:惠更斯-菲涅耳原理4. 菲涅耳圆孔衍射 (12)选自第二章:光的衍射/第二节:菲涅耳衍射5. 单缝衍射图样的光强分布 (14)选自第二章:光的衍射/第三节:夫琅禾费单缝衍射6. 几何光学的基本概念与费马原理 (16)选自第三章:几何光学的基本原理/第一节:几何光学的基本概念与费马原理7. 近轴光在单球面上的成像 (18)选自第三章:几何光学的基本原理/第三节:球面反射和折射8. 近轴条件下的薄透镜成像公式 (20)选自第三章:几何光学的基本原理/第四节:薄透镜9. 人的眼睛 (22)选自第四章:光学仪器的基本原理/第一节:人的眼睛10.双折射现象 (24)选自第五章:光的偏振/第三节:光通过单轴晶体时的双折射现象《光学》课程教学大纲课程英文名称:Optics 课程编码:Z119252总学分:3.5 总学时:56 理论学时:56 实验学时:0课程性质:学科基础必修课开课单位:理学院大纲制定者:王锐大纲审定者:孙茂珠审定日期:2014.10课程简介:光学是研究光的传播规律和光与物质的相互作用的科学,因此本课程是一门实践性比较强的学科基础必修课,主要讲授几何光学和物理光学方面的基本理论、基本方法和典型光学系统实例及其应用,是光学系统设计和光学测量技术的基础。
一、课程的地位与作用本课程是应用物理学与物理学(师范类)专业的学科基础必修课程。
通过本课程的学习,学生应能对光学的基本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识,为学习光学设计、光信息理论和从事光学方面等研究打下坚实的基础。
光学是普通物理学的一个重要组成部分,是研究光的本性、光的传播和光与物质的相互作用的基础科学,它和原子物理、电动力学、量子力学等后继课有密切的关系。
激光的出现和发展,使光学的研究进入到一个崭新的阶段。
它与现代科学技术有密切联系。
光学的发展过程也是人们认识客观世界的一个重要组成部分,它有助于培养学生的辩证唯物主义世界观。
二、课程的教学目标与基本要求1. 教学目标通过本课程的教学,应使学生具备以下能力:(1)掌握几何光学的基础理论和典型的光学成像系统,掌握几何光学中的数学处理方法,能用几何光学的内容分析实际应用中的成像问题。
(2)系统掌握物理光学的干涉、衍射和偏振理论,掌握物理光学的研究方法。
(3)掌握光的干涉、衍射、偏振技术在光学测量中的应用。
(4)了解现代光学的基本概念和基础理论。
2. 基本要求通过光学课程理论教学,要求学生掌握光学中的基本概念、基本原理、方法,并具有分析问题、解决问题的能力,熟悉光学的研究方法,了解光学的前沿及在相关学科领域的应用,提高学生的创新精神和科学研究能力,促进学生的全面发展。
教师授课教学手段主要采用多媒体技术;教学方法采用讲授法、演示法、讨论法、练习法等多种方法相结合。
本课程以课堂讲授为主,课堂采用多媒体教学(ppt、flash、视频等)、启发式教学,加强演示实验。
课下师生讨论(答疑、辅导、演示实验等)。
安排部分内容让学生自学,对自学内容,应布置讨论及思考题,以提高学生独立思考问题及解决问题的能力。
在讲授传统的波动光学时,渗入现代光学内容,沟通它们之间的联系。
既要注意与中学的联系、与前面电磁学的联系,又要注意本课内各章的联系,还要注意与后继课程的联系。
注意加强基础,扩大知识面,增加信息量,既重理论也重应用,努力使新观点、新技术、新方法和光学基本的传统内容有机结合。
要求学生除了掌握课堂介绍的知识和完成课后练习之外,还要求学生牢固掌握基础知识,能力强的学生可按照教师的提示进行自学和知识深化。
三、课程知识单元与知识点0绪论0.1光学的研究内容和方法。
0.2光学发展简史。
1光的干涉1.1光的电磁理论1.2波动性的独立性、叠加性和相干性1.3光程和光程差1.4分波面双光束干涉1.5分振幅薄膜干涉1.6迈克尔逊干涉仪1.7法布里-珀罗干涉仪多光束干涉1.8干涉现象的应用2光的衍射2.1惠更斯-菲涅耳原理2.2菲涅耳衍射2.3夫琅禾费单缝衍射2.4夫琅禾费圆孔衍射2.5平面衍射光栅2.6空间光栅布喇格方程3几何光学基本原理3.1几何光学的基本概念与费马原理3.2平面反射和折射3.3球面反射和折射3.4薄透镜3.5近轴物点近轴光线成像条件3.6同轴球面光具组的基点和基面薄透镜的组合4光学仪器的基本原理4.1人的眼睛4.2光阑光瞳物镜的聚光本领4.3象差概论4.4助视仪器的放大本领4.5光学仪器的分辨本领5光的偏振5.1光的偏振性5.2反射和折射中的偏振现象5.3光通过单轴晶体时的双折射现象5.4偏振元件5.5椭圆偏振光和圆偏振光5.6偏振光的干涉5.7光弹性效应和电光效应5.8旋光现象6光的吸收、散射和色散6.1光的吸收比尔定律6.2光的散射受激散射6.3光的色散7 光的量子性7.1光速7.2光电效应7.3康普顿效应7.4光的波粒二象性8现代光学基础8.1激光的基本原理8.2激光的特点及其应用四、时间分配教学环节(学时)知识 单元 知 识 点 讲课研讨课实验上机课外小计0 绪论 1 11 光的干涉12 122 光的衍射10 103 几何光学基本原理9 94 光学仪器的基本原理 4 45 光的偏振12 126 光的吸收、散射和色散 2 27 光的量子性 4 48 现代光学基础 2 2总 计 56 56五、课程其他说明1、主要先修课程:高等数学,力学,电磁学2、适用专业类别:应用物理学专业,物理学专业本科学生3、主要教材:姚启钧原著. 光学教程(第四版), 北京:高等教育出版社;参考教材:马科斯·玻恩,埃米尔·沃耳夫著. 杨葭荪译,光学原理,北京:电子工业出版社;石顺祥,张海兴,刘劲松编著. 物理光学与应用光学,西安:西安电子科技大学出版社;崔宏滨, 李永平, 段开敏编著. 光学,北京:科学出版社;梁铨廷, 孔宪炎编著. 光学,广州:广东高等教育出版社;郁道银, 谈恒英主编. 工程光学,北京:机械工业出版社。
4、考核方式及成绩构成:闭卷考试。
采用百分制,平时成绩(包括考勤得分、课堂表现与在线学习得分、作业得分等)30%,期末试卷考试成绩70%。
)(2r n r n -π重点: 迈克尔逊干涉仪的设计原理突出:① 与的作用。
1G 2G课程名称 光学章节名称第二章光的衍射§2.1 惠更斯-菲涅耳原理课程讲授时间 45分钟课堂 教学 目的 1.了解衍射现象,注意区分菲涅耳衍射和夫琅和费衍射。
2.理解次波的相干叠加。
3.理解惠更斯-菲涅耳原理学情分析借助惠更斯-菲涅耳原理可以解释和描述光束通过障碍物产生的衍射现象,是后几节讨论特殊形状障碍物时衍射图样光强分布的理论基础。
由于衍射现象与光的直线传播现象表面上是矛盾的,值得引人思考,因此,本次教学要从“学生角色”的立场出发:提出问题→思考问题→提出假设解释现象→完善并形成理论→解决问题,确立光的波动性观念。
教学 内容 及 教学 安排 教学过程教学内容时间分配教学策略导入光的衍射现象:泊松亮斑→‘光线’拐弯了?→介绍科学背景约10分钟1. 介绍波动说与粒子说之争的科学背景,容易激发学生学习兴趣。
2. PPT展示图片。
授课一、惠更斯原理(分析要点:①次波与次波源的概念;②原理表述;③动画演示)(过渡:分析惠更斯原理的优点与不足之处,如何进一步完善→引入菲涅耳的观点。
)二、惠更斯-菲涅耳原理(分析要点:①对惠更斯原理的“补充与完善”;②原理表述——四条假设;③菲涅耳积分公式的如何得到的。
)三、衍射现象的类型1.菲涅耳衍射2.夫琅禾费衍射(分析要点:①实验装置;②区别;③联系。
)约30分钟1. 讲授惠更斯原理时肢体语言要生动。
通过绘图展示惠更斯原理,指出其不足。
然后给出菲涅耳的四点假设,逐一完善之前的“不足之处”。
这样学生对这一原理的产生也会有一个比较完整的思考过程。
2. 对于衍射现象的类型作简要介绍,主要是对近场与远场衍射有一个基本的认识。
3. PPT课件展示图片、图示、动画演示。
板书分析菲涅耳假设。
巩固※小结约5分钟1.小结惠更斯-菲涅耳原理的完整表述。
2.PPT课件展示。
重点:惠更斯-菲涅耳原理突出:①“次波源”、“次波”、“次波相干叠加”的概念。
②菲涅耳积分的含义。
重点:半波带方程突出:①推导——主要突出分析思路,具体的计算并不难,不用详讲,避免学生将重点放到计算上。
重点:衍射图样的光强分布规律突出:①P点的明暗将由δ决定。
为定值,波面能被分成几个波带,便完全由衍射角课程名称 光学章节名称第三章几何光学的基本原理§3.1 几何光学的基本概念与费马原理课程讲授时间 45分钟课堂 教学 目的 1.明确光线、光束、实像和实物、虚像和虚物的概念。
2.理解费马原理在几何光学中的地位和作用。
3.熟练掌握几何光学的基本定律和应用。
学情分析根据中学所学的知识,学生对于几何光学的实验定律有基本的认识,但基本上仅限于背诵定律的内容,而并没有认识到它们之间的联系。
因此,本次授课内容将在简要回顾实验定律的基础上,讲授一条新的原理,将这些实验定律联系起来,使学生对于几何光学的验定律有一个整体的认识与把握。
实教学 内容 及 教学 安排教学过程教学内容时间分配教学安排及资源准备 导入生活中的光现象→几何光学是关于成像的理论约3分钟1. 调动多种感官,揭示本节课题。
2. PPT课件中图片展示。
1. 通过基本概念的建立,规范学生对光现象的描述。
2. PPT课件。
约10分钟1. 先提问学生,然后在学生回答的基础上补充完整。
2. PPT课件展示图片,板书“光的反射定律和折射定律”的主要内容。
授课一、几何光学中光的物理模型(讲授:光线、光束、实像和实物、虚像和虚物的概念)二、几何光学的实验定律1、光的直线传播定律2、光的反射定律和折射定律(讨论要点:①内容;②折射率。
)3、光路可逆原理三、费马原理数学表达式:极值==⎰BAndsL讨论要点:①关于“光程”的概念;②“极值”的含义。
约15分钟1. 先讲述费马原理的产生背景,引导学生认识该原理的表述。
然后通过讨论帮助学生理解它的含义。
2. PPT课件展示图示,板书原理的公式与讨论。