光学

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光学

几何光学

光的传播

   光的速度：光在真空中的速度是一个常量，为每秒299792458米，常用$c$表示。真空中的光速是宇宙间信号传递的最快速度。
    光在其他介质中的速度比在真空中的速度小，光在空气中的速度十分接近光在真空中的速度。
    光在水中的速度约是光在真空中速度的3/4。
   光在玻璃中的速度约是光在真空中速度的2/3。
   能传播光的物质叫介质

　　人类肉眼所能看到的可见光只是整个电磁波谱的一部分。电磁波之可见光谱范围大约为390～760nm(10-9m)

光的性质

   光的直线传播原理：光在同种均匀介质中沿直线传播。（光在真空中亦沿直线传播。）
   

光是什么

　　光的本质是一种能引起视觉的电磁波，同时也是一种粒子（光子）。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。

光线

  光线是表示光的传播方向的带箭头的直线，光线是一种抽象概念。光线也可指光源辐射的光。

光的反射

  基本概念
  入射光线与与平面（或切平面）的交点称之为入射点（也称反射点）
  过光的入射点所做的垂直于平面（或切平面）的垂线称之为法线
  入射光线与法线的夹角叫做入射角，反射光线与法线的夹角叫做反射角
  
  光的反射分为两种，镜面反射和漫反射。
  平面上的反射称之为镜面反射，镜面反射现象中，相互平行的入射光线所得到的反射光线也相互平行。
  曲面上的反射称之为漫反射，漫反射现象中，相互平行的入射光线所得到的反射光线射向各个不同的方向。
  凹凸不平的表面上的反射现象可视为无数个不同平面上的反射。
  

光的反射定律与折射定律

⒈光的反射定律

①反射光线，入射光线，法线在同一平面内

②反射光线，入射光线分居法线两侧

③反射角等于入射角（入射角等于反射角的说法是错误的，因为入射角决定反射角）

引理：当入射角保持不变时，平面以入射点为轴转动θ角度，反射角偏转2θ角度。

⒉光的折射定律

①光在发生折射时，折射光线，入射光线，法线在同一平面内

②折射光线，入射光线分居法线两侧

③光从空气斜射入水中或玻璃中时，折射光线向法线偏折（折射角小于入射角）反之成立

④当入射角增大（或减小）时，折射角增大（或减小）

光在发生折射时入射角与折射角符合斯涅尔定律（Snell's Law）。此定律指出光从真空进入某种介质发生折射时，入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比数，等于这种介质的折射率n。这项定律以如下公式显示：

${\frac {\sin i}{\sin r}}=n$

或光从介质1进入另一不同折射率之介质2时，其入射角的正弦（θ ）与其折射率（n）之乘积会相等：

$n_{1}\cdot \sin \theta _{1}=n_{2}\cdot \sin \theta _{2}$

某种的介质的折射率亦等于光在真空中的速度c跟光在介质中的传播速度v之比：

$n={\frac {c}{v}}$

光的平面反射和折射成像

光的平面反射成像

像　由于此时像并非是真实的发光点，而是由真是光线的反向延长线汇聚而成的，我们把这样的像叫做虚像。 物点到反射平面的距离称之为物距，像点到反射平面的距离称之为像距。 光的平面反射成像中，物距等于像距。

光的平面折射成像

光由一种介质斜射入另一种介质时，一部分进入另一种介质并且改变了传播方向，这种现象叫做光的折射现象。 通常用光的传播速度来区分介质 折射光与入射光分居法线两侧，但与法线的夹角不同，即折射光≠入射光（投射现象除外）。

发生折射的原因：光在不同介质中的传播速度不同。 光的透射：折射现象中，入射角等于0°，即入射光与法线重合时，光不改变传播方向。即折射现象中垂直入射光线叫做投射。

光的全反射

光由光密（即光在此介质中的折射率大的）媒质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。 能发生全反射的入射角称之为临界角 全反射的条件： ①光线必须是斜入射。 ②光线必须是由光密媒质到光疏媒质 ③入射角必须大于临界角

光的球面反射成像

傍轴条件与物像距公式

凹面镜　凸面镜 镜顶　主光轴 这种由光线真实相交成的像叫实像 傍轴条件　傍轴光线

光的球面折射与透镜成像

透镜成像

透镜是一种将光线聚合或分散的设备，通常是由一片玻璃构成。 凸透镜是指透镜中间较厚。而凹透镜是指透镜中间较薄。

透镜的焦点、焦距和高斯公式

${\frac {1}{f}}$$=$${\frac {1}{u}}$$+$${\frac {1}{v}}$

其中$f$表示焦距，$u$表示物距，$v$表示像距。

注意：计算时，若透镜为凹透镜，像距取负数。