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1、崔宏滨 物理系凝聚态物理专业,实验室:物理楼221室 Tel: 3607624 Email:,助教,杨正: 赵宁波: ,绪论,细推物理须行乐,何用浮名绊此身? 杜甫曲江二首之一 人每时每刻都在呼吸着,所以并不觉得呼吸是一种幸福。但如果不能呼吸了,将会怎样?物理学对于我来说就像呼吸一样。 李政道,一、关于物理学,物理学是一门自然科学,我们反复学习、必须学习。这是为什么? 说明物理学在我们的人生中是十分重要的。 物理学有多么重要? 难道是王婆卖瓜吗? 计算机有多么重要? 计算机是集合了最先进科技成果的产品。,与其说是计算机改变了我们的社会,不如说是量子力学,或者Einstein改变了这一切。,二
2、物理学的研究方法,1物理学是一门实验科学 一切结论都来自于实验,一切结论都要经过实验的检验。 2物理学的理论体系 自然哲学的数学原理,Newton著 物理学的研究对象自然的原理。 物理学的理论体系数学,用严格的数学理论阐述、推导和研究物理学的规律。 可以说,物理学就是将自然界的原理用数学理论加以阐述的科学体系。,3物理模型 为了概括对象的本质和特征,需要建立研究对象的物理模型。 所谓模型,就是模拟真实的一种形象化的构型。 从模型,可以得出新的结论。 结论必须同实验结果进行对比,“自洽”。 新模型的建立,标志着新理论的建立,模型被修正,标志着物理学有了新的发展。,三、光是什么?,察其言而观其行,
3、方能知其人。 研究光的本质,必须从其现象开始。 现象,则表现在光与物质的相互作用中。 光在与不同物质的相互作用中,表现出不同的性质。 可以用不同的物理模型对光进行描述。,1、光的宏观表现,传播定律:均匀介质中,光沿直线传播 反射定律:i=i 折射定律:nsini=nsini 光线模型,光路可逆原理,光线如果沿原来反射和折射方向入射时,则相应的反射和折射光将沿原来的入射光的方向。,如果物点Q发出的光线经光学系统后在Q点成像,则Q点发出的光线经同一系统后必然会在Q点成像。即物像之间是共轭的。,Q,Q,几何光学中光的物理模型,用直线或曲线段来表示光的路径,称为光线 光线只表示光的路径,用来处理光的传
4、播和成像问题,不涉及光的物理本质,是一种唯象的模型。 在几何光学的范围内,无法定义和研究诸如波长、频率、能量和波速等物理量。,Fermat 原理,P,Q,费马(Fermat)原理:两点间光的实际路径,是光程平稳的路径。(1679年) 光程:折射率光所经过的路程,即nS。 一般情况下为折射率的路径积分。 平稳:极值(极大、极小)或恒定值。 在数学上,用变分表示,椭球面内两焦点间的路径,光程为恒定值,在椭球面上一点作相切的平面和球面,则经平面反射的光线中,实际光线的光程最小,经球面反射的光线中,实际光线的光程最大。,抛物面焦点发出的光,反射后变为平行光,汇聚在无穷远处,光程为极大值。,由Ferma
5、t原理导出几何光学的实验定律,(1)光的直线传播定律 在均匀媒质中,两点间光程最短的路径是直线。 (2)光的反射定律 (3)光的折射定律,(2) 光的反射定律,P是P点关于面的对称点。P,Q,O三点确定平面。直线QP与反射面交于O点。则易知当i=i时,QO+OP为光程最短的路径。,Q,P,Q,P,O,(4) 物像之间的等光程性 物点Q与像点Q之间的光程总是平稳的,即不管光线经何路径,凡是由Q通过同样的光学系统到达Q的光线,都是等光程的。,几何光学定律成立的条件,1 光学系统的尺度远大于光波的波长。 2 介质是均匀和各向同性的。 3 光强不是很大。,2、光与小尺度物体的作用,1678年,Huyg
6、ens提出光的波动学说。 1801年,TYoung在光通过双孔的实验中,首次观察到了光的干涉现象。 1808年,Malus观察到了光的偏振现象,说明光是横波。 1865年,Maxwell提出电磁波理论。后来证实光是电磁波。 光的电磁波模型,3、在原子尺度上的表现,“紫外灾难”,1900年由Plank用量子假设解决。 1905年,Einstein用量子假设成功解释光电效应。 光具有波粒二象性,这也是一切量子现象的基本属性。 波:几率波 粒:分立的能量子,E=h 与几何光学时期的波动性和粒子性根本不同,四、几何光学的应用照相机,单镜头反光照相机(SLR),旁轴取景器式照相机,箱式照相机,双镜头反光
7、照相机,成像镜头,取景镜头,底片,底片,镜头,毛玻璃,反光板,五棱镜,反光板,透反镜,眼睛,成像镜头,镜头与反光板机械联动,实现调焦,照相机的幅面与视角,135相机底片:2436,120相机底片:6060,照相机的镜头,为了获得高质量的影像,镜头通常由多组球面透镜构成,可以消除色差、像差、球差、彗差等。,镜头的焦距,24x36,镜头的焦距与像的大小,通过增大像距放大图像,在镜头与相机之间加接圈(近摄接圈),标准镜头(standard-lens) f:4555mm,长焦镜头(tele-lens ) f75mm,广角镜头(wide-lens)f40mm,物距与景深,物方景深,像方景深,光圈:调节曝光量,改变成像质量,F数=1, 1.2, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22,2,21,快门:控制曝光量,高速时,是一条光缝扫过底片,速度1/t:B,1,2,4,8,16,30,60,125, 250(300),500,1000,2000,投影仪器,照明系统,成像系统,光源,聚光镜,成像镜,屏幕,波罗组合棱镜,波罗组合棱镜 ,使实像倒转为正像,目镜,物镜,双筒望远镜,
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