光學

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物理學 > 光學


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幾何光學[編輯]

光的傳播[編輯]

   光的速度:光在真空中的速度是一个常量,为每秒299792458米,常用表示。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[編輯]

   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[編輯]

  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[編輯]

  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[編輯]

  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[編輯]

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:

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:

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:

光的平面反射和折射成像[編輯]

光的平面反射成像[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

傍軸條件與物像距公式[編輯]

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

球面反射成像的橫向放大率[編輯]

光的球面折射與透鏡成像[編輯]

光的球面折射成像[編輯]

透鏡成像[編輯]

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[編輯]

有凸透鏡

波動光學[編輯]

光的干涉[編輯]

相干[編輯]

相消[編輯]

光的繞射[編輯]

光的偏振[編輯]

光的吸收與散射[編輯]

光譜[編輯]