光学

光学发展史

牛顿的微粒论：可以解释直线传播和反射，但无法解释反射和折射同时出现

惠更斯弹性波动说：可以解释反射和折射同时出现，但是无法找到介质"以太"

麦克斯韦电磁场理论：揭示了光的电磁本质，将电磁光三者相同一

爱因斯坦光量干理论：解释了光电效应的现象，解释了光的短干性

光的波粒二象性：光既具有波动性，也具有粒子性

光的直线传播：光在同种均匀介质中沿着直线传播，光在真空中能够传播，且速度最快，约为\(3\times 10^5 km/s\)，光时最短（光在两点之间传播时，实际走的路径，是所有可能路径中“传播时间最短（或更严格说：时间取极值）”的那一条）

应用：阴影，小孔成像，日食，月食

光的反射

光在传播时遇到界面后，有光线返回原介质的现象

一个平面，分局两侧，两角相等

光的反射光和入射光共面

光在遇到界面后一定发生反射

光的折射

光在传播时，遇到界面后，有光线进入新介质的现象，利用惠更斯原理分析光的折射

一个平面，分居两侧，比值恒定

光在发生折射时，光路可逆，若光线垂直界面入射，则不发生偏转，光在发生折射的同时，必然会发生反

折射率为光由真空进入介质后，入射线和折射角的正弦之比

表示介质使光线发生偏转程度的能力的大小

c为光速，v为光在该介质内传播的速度

\[n=\frac{c}{v}\\ n_1sin\theta_1=n_2sin\theta_2 \]

\(n_1,n_2\)为两种介质的折射率，\(\theta_1\),\(\theta_2\)为入射角和折射角（光线和法线的夹角）

n无量纲且>1,n越大表示该介质让光发生折射的能力越强，当入射角一定时，折射角越大，n较大的介质为光密介质，n较小的介质为光疏介质，折射率n由光源的性质和介质决定

相对折射率：

\[n_{12}=\frac{sin\theta_1}{sin\theta_2}=\frac{v_1}{v_2}=\frac{n_2}{n_1} \]

光的全反射

当光传播到界面上，未发生折射而全部反射的现象叫做光的全反射

临界角：光由光密介质射入光疏介质时，折射角达到90度时，入射角为临界角

\[sinC=\frac{1}{n} \]

发生全反射的条件：光由光密介质射入光疏介质，入射角大于临界角

n越大临界角越小越容易发生全反射

海市蜃楼，沙漠幻影

倒影，上方

下方，像是地面有水

全反射棱镜

光导纤维

光的色散

光学器件对乱公路的控制

平行玻璃砖：光的传播方向保持平行，在第二界面处不再考虑发生反射

三棱镜：光的传播方向发生偏，减小入射角，则会在第二界面发生全反射

在入射角相同时，偏转角越大，折射率越大（\(n_2>n_1\)）

光线原路返回，在第二界面处不会发生全发射，彩虹形成的基本原因，有虹霓之分虹

光的颜色和色谱

光的颜色由 频率决定，频率由光源决定，不同色光在真空中的传播速度均为 c ，光的波长频率和波速关系

真空中（空气中）：\(c=\frac{\lambda}{T}=\lambda_0t\)

介质中：\(v=\frac{\lambda}{T}=\lambda\cdot f\)

真空中与介质中波长关系：\(\lambda=\frac{\lambda_0}{n}\)

太阳光是一种由多种单色光组成的复合光

光谱：复合光中多种频率的光被分离后，按波长有序排列，所形成的图像

太阳光谱：

红橙黄绿青蓝紫，从左到右，\(f\uparrow,\lambda_0\downarrow\)