大學(xué)物理教學(xué)課件：光學(xué)篇

大學(xué)物理教學(xué)課件：光學(xué)篇本課件講解光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，包括光的波動(dòng)、電磁波特性、折射、反射、色散、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象。了解光學(xué)，掌握未來。光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)介紹什么是光？光是一種電磁波，不能傳播在真空以外的介質(zhì)中。光的顏色當(dāng)光入射到介質(zhì)時(shí)，根據(jù)不同介質(zhì)折射率的不同，光的色散現(xiàn)象就會(huì)產(chǎn)生。不同的顏色可用光譜儀進(jìn)行區(qū)分。光的強(qiáng)度光的強(qiáng)度為單位橫截面積內(nèi)的能量密度。光速真空中的光速是一定的，等于3×10的八次方米每秒。光的波動(dòng)理論原理光波具有傳播速度、頻率、波長、振幅等物理量，可進(jìn)行干涉、衍射等形式。物理模型光傳播可用赫茲（Hertz）的等電流管模型來描述光波的傳播。光的電磁波特性麥克斯韋方程組描述電場和磁場隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律。光譜學(xué)通過控制反射、衍射、干涉等現(xiàn)象，可以測量物質(zhì)的物理特性，如光譜信息的獲取。光的偏振光的偏振是指光中振動(dòng)方向固定的特殊性質(zhì)，分為線偏振和圓偏振。光的折射與反射現(xiàn)象1光的折射角度光在從一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)，會(huì)改變傳播方向。2反射定律入射角等于反射角，反射定律適用于任何表面。3全反射現(xiàn)象當(dāng)光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)時(shí)，若入射角大于等于臨界角，則會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。光的色散現(xiàn)象1顏色分離當(dāng)光進(jìn)入介質(zhì)時(shí)，不同顏色的光會(huì)受到不同的折射作用，導(dǎo)致顏色的分離。2折射率與色散關(guān)系不同介質(zhì)的折射率與不同波長光的折射率之間存在關(guān)系，導(dǎo)致色散現(xiàn)象。3光譜儀利用朗伯-普朗克定律、查爾斯定律、玻爾茲曼定律等分析光的波長分布。光的干涉與衍射現(xiàn)象干涉現(xiàn)象光波相遇時(shí)相互疊加的現(xiàn)象，包括二次干涉、多次干涉、條紋干涉等形式。普朗克公式能量與頻率成正比，其比例常數(shù)叫做普朗克常數(shù)，為6.63×10的負(fù)34次方（joule×s）。衍射現(xiàn)象光通過一定大小的孔或棱鏡時(shí)，波的傳播會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，表現(xiàn)為新的波面折射。光的偏振現(xiàn)象偏振板濾光原理偏振板能夠削減光的強(qiáng)度，提高對光的光學(xué)解析度。常用于LCD等顯示屏幕上。偏振太陽鏡通過對光的偏振處理來減少陽光的反射，讓人們看到更清晰的畫面。液晶偏振器液晶偏振器可通過不同電壓的施加來改變光的偏振狀態(tài)，進(jìn)而控制像素。光的激光特性與應(yīng)用1激光的性質(zhì)激光是一種光束特性，具有單色性、方向性、亮度、相干性等特點(diǎn)。2激光的應(yīng)用激光可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、科技、航空等領(lǐng)域，如激光治療、光存儲(chǔ)、激光測距等應(yīng)用。3激光的發(fā)展趨勢超短脈沖激光技術(shù)、激光成像技術(shù)等是激光技術(shù)的新趨勢。光的光學(xué)儀器與測量方法曲率儀測量透鏡、鏡子的曲率和焦距的光學(xué)儀器。干涉儀測量光的波長和折射率的精密儀器，包括米氏干涉儀、邁克爾遜干涉儀等。色散儀測定光的波長和頻率的精密儀器，包括回旋式色散儀等。光的光學(xué)美學(xué)與藝術(shù)應(yīng)用1光的藝術(shù)性質(zhì)光有顏色、亮度、透明度、反射等特性，是繪畫、雕塑、裝置藝術(shù)的基本元素。2光的造型方式光線的長度、方向、速度、顏色、形狀等是光的造型方式。3光的視覺效果如反射、折射、干涉、衍射等，對視覺創(chuàng)作和觀賞產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。光的生物學(xué)應(yīng)用與醫(yī)學(xué)診斷光學(xué)相干斷層掃描用于眼部等生物體內(nèi)部的成像技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高分辨率的斷層掃描。光受體分子負(fù)責(zé)植物感應(yīng)光線、調(diào)節(jié)植物生長的一類蛋白質(zhì)。激光手術(shù)用于眼科、皮膚科、心臟等手術(shù)，精度高、恢復(fù)快，被稱為醫(yī)學(xué)界的“千里眼”和“順手良醫(yī)”。光的納米學(xué)與光電子學(xué)1納米級光學(xué)元件利用納米技術(shù)創(chuàng)造出新型光學(xué)器件，如光子晶體、納米金球等。2量子點(diǎn)納米級半導(dǎo)體材料，可以發(fā)出高亮度的各種顏色光。應(yīng)用于顯示器、照明、生物成像等領(lǐng)域。3光電子器件將光和電子相結(jié)合的電子器件，如太陽能電池、光能器件等應(yīng)用。光的通訊系統(tǒng)與信息傳輸光纖通訊利用光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，具有信息傳輸速度快、干擾少、傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn)。激光通訊采用空中傳輸方式，利用激光光束進(jìn)行信息傳輸，具有高速、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。光學(xué)編碼技術(shù)用數(shù)字技術(shù)和光學(xué)器件結(jié)合，對信息進(jìn)行編碼處理，有良好的抗干擾能力。量子通信通過量子態(tài)的特性進(jìn)行信息傳輸，并且具有不可偽造、絕對安全等特點(diǎn)。光的環(huán)境保護(hù)與能源利用太陽能電池利用太陽光的能量，直接轉(zhuǎn)化成電能，作為一種可再生清潔能源。非晶硅薄膜太陽能電池應(yīng)用于建筑、交通等領(lǐng)域，可作為墻體、車站等的建筑材料，兼具美觀和功能。光催化劑應(yīng)用于水污染治理和空氣凈化等領(lǐng)域，可將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)反應(yīng)能，達(dá)到凈化環(huán)境的目的。光學(xué)未來發(fā)展趨勢展望1光子計(jì)算機(jī)的興起光子計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)相比，具有大帶寬、低延遲等優(yōu)點(diǎn)。2超光速通訊技術(shù)相關(guān)研究相繼提出，可實(shí)現(xiàn)光通訊的極限速度。3量子光學(xué)前沿利用量子糾纏、量子干涉、量子納米材料等，開拓量子光學(xué)前沿領(lǐng)域。光學(xué)相關(guān)行業(yè)就業(yè)前景分析1信息通信領(lǐng)域隨著信息化和智能化的不斷推進(jìn)，在通信、IT等領(lǐng)域有廣