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
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）。
（ 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
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）。现象：出现中央最亮最宽的明条，两边不等距发表的明暗条纹（或明暗乡间的圆环）。困难问题：难以解释光的直进、寻找不到传播介质。
（3）电磁说（麦克斯韦）：基本观点：认为光是一种电磁波。实验基础：赫兹实验（证明电磁波具有跟光同样的性质和波速）。各种电磁波的产生机理：无线电波自由电子的运动；红外线、可见光、紫外线原子外层电子受激发； x射线原子内层电子受激发；γ射线原子核受激发。可见光的光谱：发射光谱——连续光谱、明线光谱；吸收光谱（特征光谱）。困难问题：无法解释光电效应现象。
（4）光子说（爱因斯坦）：基本观点：认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hν。实验基础：光电效应现象。装置：（略）。现象：①入射光照到光电子发射几乎是瞬时的；②入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率ν。；
③当ν＞v0时，光电流强度与入射光强度成正比；④光电子的最大初动能与入射光强无关，只随着人射光灯中的增大而增大。解释①光子能量可以被电子全部吸收．不需能量积累过程；②表面电子克服金属原子核引力逸出至少需
做功（逸出功）hν。；③入射光强。单位时间内入射光子多，产生光电子多；④入射光子能量只与其频率有关，入射至金属表，除用于逸出功外。其余转化为光电子初动能。困难问题：无法解释光的波动性。
（5）光的波粒二象性：基本观点：认为光是一种具有电磁本性的物质，既有波动性。又有粒子性。大量光子的运动规律显示波动性，个别光子的行为显示粒子性。实验基础：微弱光线的干涉，X射线衍射．
二、重要研究方法
1．作图：几何光学离不开光路图。利用作图法可以直观地反映光线的传播，方便地确定像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或观察范围等．把它与公式法结合起来，可以互相补充、互相验证。
2．光路追踪法：用作图法研究光的传播和成像问题时，抓住物点上发出的某条光线为研究对象。不断追踪下去的方法．尤其适合于研究组合光具成多重保的情况。
3．光路可逆法：在几何光学中，一所有的光路都是可逆的，利用光路可逆原理在作图和计算上往在都会带来方便原子物理包括两大部分内容；原子结构和原子核结构。前者研究原子核外电子的分布及跃迁规律，后者研究核的组成及其变化规律。
一、重要概念和规律
