光學

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光學

幾何光學

光的傳播

   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

　　人類肉眼所能看到的可見光只是整個電磁波譜的一部分。電磁波之可見光譜範圍大約為390～760nm(10-9m)

光的性質

   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。）
   

光是什麼

　　光的本質是一種能引起視覺的電磁波，同時也是一種粒子（光子）。光可以在真空、空氣、水等透明的物質中傳播。

光線

  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。
  

光的反射定律與折射定律

⒈光的反射定律

①反射光線，入射光線，法線在同一平面內

②反射光線，入射光線分居法線兩側

③反射角等於入射角（入射角等於反射角的說法是錯誤的，因為入射角決定反射角）

引理：當入射角保持不變時，平面以入射點為軸轉動θ角度，反射角偏轉2θ角度。

⒉光的折射定律

①光在發生折射時，折射光線，入射光線，法線在同一平面內

②折射光線，入射光線分居法線兩側

③光從空氣斜射入水中或玻璃中時，折射光線向法線偏折（折射角小於入射角）反之成立

④當入射角增大（或減小）時，折射角增大（或減小）

光在發生折射時入射角與折射角符合斯涅爾定律（Snell's Law）。此定律指出光從真空進入某種介質發生折射時，入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比數，等於這種介質的折射率n。這項定律以如下公式顯示：

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

或光從介質1進入另一不同折射率之介質2時，其入射角的正弦（θ ）與其折射率（n）之乘積會相等：

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

某種的介質的折射率亦等於光在真空中的速度c跟光在介質中的傳播速度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　由於此時像並非是真實的發光點，而是由真是光線的反向延長線匯聚而成的，我們把這樣的像叫做虛像。 物點到反射平面的距離稱之為物距，像點到反射平面的距離稱之為像距。 光的平面反射成像中，物距等於像距。

光的平面折射成像

光由一種介質斜射入另一種介質時，一部分進入另一種介質並且改變了傳播方向，這種現象叫做光的折射現象。 通常用光的傳播速度來區分介質 折射光與入射光分居法線兩側，但與法線的夾角不同，即折射光≠入射光（投射現象除外）。

發生折射的原因：光在不同介質中的傳播速度不同。 光的透射：折射現象中，入射角等於0°，即入射光與法線重合時，光不改變傳播方向。即折射現象中垂直入射光線叫做投射。

光的全反射

光由光密（即光在此介質中的折射率大的）媒質射到光疏（即光在此介質中折射率小的）媒質的界面時，全部被反射回原媒質內的現象。 能發生全反射的入射角稱之為臨界角 全反射的條件： ①光線必須是斜入射。 ②光線必須是由光密媒質到光疏媒質 ③入射角必須大於臨界角

光的球面反射成像

傍軸條件與物像距公式

凹面鏡　凸面鏡 鏡頂　主光軸 這種由光線真實相交成的像叫實像 傍軸條件　傍軸光線

光的球面折射與透鏡成像

透鏡成像

透鏡是一種將光線聚合或分散的設備，通常是由一片玻璃構成。 凸透鏡是指透鏡中間較厚。而凹透鏡是指透鏡中間較薄。

透鏡的焦點、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：計算時，若透鏡為凹透鏡，像距取負數。