【2022精品课件】几何光学的基本定律.pptVIP

1.2 几何光学基本定律及可逆性原理 一、几何光学三大定律 1. 光的直线传播定律 ： 在 各向同性 、 均匀、透明 介质中，光总是沿着直线传播。 ? 成立条件 ： 各向同性、均匀、透明 介质中，行进 过程中无小孔、狭缝等 —— 忽略衍射； 太阳 地球 月亮 不均匀介质？ 光线轨迹：曲 线 * 精品课件资料 2. 独立传播定律 ： 从 不同发光体 发出的相互 独立的光线，以不同路径传播在空间某点相 遇时，彼此互不影响 （ 频率、波长、振幅 ）， 独立传播。相遇处的光强简单相加， 总是增 强 。 ? 成立条件 ：此定律只对 非相干光 准确成立 —— 忽略干涉现象 。 屏上被两发光点同时照 亮区域的照度等于两光 光点产生的照度之和。 干 涉： E ? E 1 ? E 2 I ? E 1 ? E 2 非干涉： 2 2 I ? E 2 * 精品课件资料 手术无影灯和探照灯 * 精品课件资料 3. 光的折射和反射定律 反射定律： ? 入射光线、反射光线和投射点法线三者共面 ? 入射光线和反射光线位于法线两侧 , 且有 I 1 ? ? I 1 ? 注 ： 光滑分界面 ? ? I 1 ? I 1 粗糙表面？ n 1 I 2 n 2 符号规则 ： 光线沿锐角转向法线，顺时针为正， 逆时针为负。 * 精品课件资料 ? 折射定律： ? ? 入射光线、折射光线和投射点法线 三线共面 折射角正弦和入射角正弦之比 在一定温度和压 力下 对一定波长的光线而言是一常量，等于两 介质折射率之比。 sin i sin i ? const 2 1 ? ? 折射：入射到光滑分界面的光，一部分被返回， 另外一部分进入第二种介质，改变传播方向。 相对折射率 ：与空气比较的折射率。 空气中 n ? 1 . 000272 ( 760 mmHg , 20 ? , ? ? 0 . 593 ? m ) ? 注：反射定律是折射定律的一种特例 。 ? ? ? I 1 n 2 ? ? n 1 ? I 2 ? ? I 1 即 I 1 * 精品课件资料 二、两个重要的光学现象 1. 全反射 ? 如果 n 1 n 2 , 则 sinI 1 / sinI 2 = n 2 / n 1 1, 即 I 1 I 2 ? 如果 n 1 n 2 , 则 sinI 1 / sinI 2 = n 2 / n 1 1, 即 I 1 I 2 I 2 首先达到 90 ° ? I 2 n 2 n 1 ? n 2 ? I m ? I 1 I 1 ? ? I m ? 临界角： 光从光密介质入射到光疏介质时，折射角 等于 90 度时对应的入射角。 n 1 ? n 2 I 2 ? 90 , I 1 ? I m 0 * 精品课件资料 全反射： 光从光密介质进入光疏介质时，如果 两种介质分界面把 光能 全部返回第一种介质中去， 这种现象称为全反射。 全反射条件 ： n ? n I ? I 1 2 1 m ? ? I 2 n 2 ? 实质 ： 第二种介质内有光进入， 但又全部返回第一介质。 n 1 ? n 2 ? I m ? I 1 I 1 ? ? I m * 精品课件资料 海市蜃楼是一种折光现象，由于靠近表面竖直 方向上空气密度的剧烈变化，使得一些远处的 物体在一定区域形成图像以代替其真实位置。 这些图像是扭曲的，倒转的或是摇摆的。 空气密度与气压、温度和水蒸气含量密切相关。 ? ? P ( pressure ) ? ? 1 ? ( air ) ? ? T ( temperatur e ) ? ? vap ? 1 ( water vapour content ) ? * 精品课件资料 上蜃景出现在真实 物体的上方。 * 精品课件资料 海市蜃楼 : 上层空气发生全反射 ( 又 叫上蜃景 ) ? ? ? 在夏季，白昼海水温度比较低，特别是有冷水流经过的海 面，水温更低，下层空气受水温更低，下层空气受水温影 响，较上层空气为冷， 出现下冷上暧的反常现象 。下层空 气本来就因气压较高，密度较大，现在再加上气温又较上 层为低，密度就显得特别大， 因此空气层下密上稀的差别 异常显著。 光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层，并在上层发生 全反射，又折回到下层密的气层中来；经过这样弯曲的线 路，最后投入我们的眼中，我们就能看到它的像。 由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的，因此我们 所看到的映像比实物是抬高了许多，所以叫做上现蜃景。 * 精品课件资料 * 精品课件资料 下蜃景出现在真实 物体的下方。 * 精品课件资料 下层空气发生全反射 ( 又叫下蜃景 ) ? 在沙漠里，白天沙石被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升 高极快。由于空气不善于传热，所以在无风的时候，空气 上下层间的热量交换极小， 导致下层空气密度反而比上层 小的反常