第一篇：光學(xué) 雙折射 教案

《光學(xué)》電子教案

§5-3 光通過(guò)單軸晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象

一、雙折射現(xiàn)象

1、什么叫雙折射現(xiàn)象

1669年，巴托里奴斯發(fā)現(xiàn)，一束光進(jìn)入方解石（晶體）后產(chǎn)生兩束折射光，我們將一束光進(jìn)入晶體后產(chǎn)生兩束折射光的現(xiàn)象，叫雙折射現(xiàn)象。

2、尋常光和非常光

一束光垂直晶面入射，折射光中一束遵守折射定律，另一束不遵守折射定律。遵從折射定律的光線(xiàn)稱(chēng)為尋常光線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)o光，不遵從折射定律的光線(xiàn)稱(chēng)為非常光線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)e 光，不遵從折射定律的含義：1°，sini1/sini2?常數(shù)，2°折射面與入射面不一定重合。尋常光和非常光都是平面偏振光。

二、光軸與主截面

1、光軸：在晶體內(nèi)常有一個(gè)或兩個(gè)固定的方向，光在晶體內(nèi)沿著這一方向傳播時(shí)，不發(fā)生雙折射，這一方向稱(chēng)為晶體的光軸。

注意：光軸僅標(biāo)志一定的方向，并不限于某一條特殊的直線(xiàn)。單軸晶體、雙軸晶體

2、主截面 包含光軸和一條給定光線(xiàn)的平面，叫作與這條光線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的晶體的主截面。通過(guò)o光和光軸所作的平面稱(chēng)為o光的主截面。通過(guò)e光和光軸所作的平面稱(chēng)為e光的主截面。O光垂直于自己的主截面；e光平行于自己的主截面。

光軸位于入射面內(nèi)，o光和e光的主截面重合，一般情況下不重合，但夾角很小，看作重合。

三、o光和e光的相對(duì)強(qiáng)度

1、用自然光照射，o光和e光強(qiáng)度相等。

2、用平面光（偏振光）照射，情況又如何？

入射偏振光的振幅為A，其振動(dòng)面與主截面夾角為θ

?Ae?Acos? ??A0?Asin?I0/Ie?tg2? 晶體轉(zhuǎn)動(dòng)，改變?角

光束若粗些，有重迭部分，晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，重迭部分光強(qiáng)不變。

I0?A2sin2? Ie?A2cos2? I0?Ie?A2(sin2??cos2?)?A2?I

例：強(qiáng)度為I的自然光，垂直入射到方解石晶體上后又垂直入射到另一塊完全相同的晶體上。兩塊晶體的主截面之間的夾角為?，試求當(dāng)?分別等于30°時(shí)，最后透射出來(lái)的光束的相對(duì)強(qiáng)度（不考慮反射、吸收等損失）。

§5-4 光在晶體中的波面

一、o光和e光的波面

雙折射的實(shí)質(zhì)是o 光和e 光在晶體中的傳播速度不同。

o光的傳播規(guī)律與光在各向同性介質(zhì)中一樣，Vo 沿各方向的傳播時(shí)相同，波面為球面。e 光則不然，Ve 沿各方向的傳播時(shí)不同，波面為橢球面。光沿光軸傳播, e光振動(dòng)方向垂直光軸 ve?vo?光垂直光軸傳播,e光振動(dòng)方向平行光軸, ve?在光軸方向：兩波面相切；

垂直于光軸方向：兩波光速相差最大。

單軸晶體分為兩類(lèi)：vo>ve 叫正晶體（如石英），ve>vo 叫負(fù)晶體（如方解石）。

cnecno

二、光在晶體中的傳播方向

1、單軸晶體內(nèi)o光和e光的傳播方向

利用o光和e光的波面圖和惠更斯求波面作圖法，可以確定o光和e光在晶體內(nèi)的傳播方向。

1、光軸在入射面內(nèi)，并與晶體表面成一定傾 角，平行光以入射角i 1入射到晶體表面。AB為入射光波面，B點(diǎn)發(fā)出次波傳至o點(diǎn)時(shí)，A點(diǎn)發(fā)出的次波已進(jìn)入晶體內(nèi)，作出o光和e光的波面，它們?cè)诠廨S方向相切，作出整個(gè)光束在晶體內(nèi)傳播時(shí)o光和e光的波面，o光的波面為DE，e光的波面為DF，o光傳播方向與波面垂直，e光的傳播方向與波面不垂直。

2、光軸垂直于晶體表面，并平行于入射面，平行光垂直入射。o光和e光傳播方向一致，速度相同不產(chǎn)生雙折射。

3、光軸平行于晶體表面，并平行于入射面，平行光垂直入射。產(chǎn)生雙折射。

4、光軸平行于晶體表面，并垂直于入射面，平行光垂直入射。O光和e光的傳播方向一致，但速度不同，產(chǎn)生雙折射。

5、光軸平行于晶體表面，并垂直于入射面，平行光以入射角i1射到晶體表面。e光在垂直于光軸方向傳播時(shí)，傳播方向與波面垂直，Ve為常數(shù)。

二、單軸晶體的主折射率

1、晶體對(duì)o光的折射率

c , ∵v0與方向無(wú)關(guān)，n0與方向無(wú)關(guān)。v0n0?

2、晶體對(duì)e光的折射率

e光在晶體內(nèi)的傳播速度與方向有關(guān)，雙折射晶體對(duì)e光的折射率是方向的函數(shù)。光軸垂直于入射面的特殊情況下，e 光也遵從折射定律。

sini1BD/ADc?tc=常數(shù)，遵守折射定律 ???sini2eAF/ADve?tvec，為晶體對(duì)e光的主折射率，即e光在垂直于光軸方向的折射率。ve定義：ne?晶體對(duì)e光在其他方向的折射率價(jià)于n0與ne之間。

正晶體，n0ne.例：

第二篇：光學(xué)教案

光學(xué)知識(shí)點(diǎn)

（一）光源：能發(fā)光的物體。

1、光源可分為自然光源。如 ：太陽(yáng)、螢火蟲(chóng)。

2、人造光源。如： 篝火、蠟燭、油燈、電燈、電視機(jī)屏幕。

3、月亮、平面鏡、放電影時(shí)所看到的銀幕本身不會(huì)發(fā)光，它們不是光源。

（二）光的傳播：光在同一種均勻介質(zhì)中是沿直線(xiàn)傳播的。

1、表示光的傳播方向的直線(xiàn)叫光線(xiàn)，光線(xiàn)是帶箭頭的直線(xiàn)，箭頭表示光傳播的方向。

2、用光的直線(xiàn)傳播解釋簡(jiǎn)單的光現(xiàn)象

1）影的形成：光在傳播過(guò)程中，遇到不透明的物體，由于光是沿直線(xiàn)傳播的，所以在不透光的物體后面，光照射不到，形成了黑暗的部分就是影。2）日食、月食的成因。

3）小孔成像：小孔成像實(shí)驗(yàn)早在《墨經(jīng)》中就有記載小孔成像成倒立的實(shí)像，其像的形狀與孔的形狀無(wú)關(guān)。

（三）光速

81、光在真空中的傳播速度是3×10 m/s.2、光在其他各種介質(zhì)中的速度都比在真空中的小.3、光在空氣中的速度可認(rèn)為是3×108 m/s.（四）色散：復(fù)色光分解單色光的現(xiàn)象，叫做光的色散。

1、白光是復(fù)色光。白光通過(guò)棱鏡不能再分解的光叫做單色光

2、紅、綠、藍(lán)是色光的三原色

3、紅、黃、藍(lán)是顏料的三原色。

（五）光的反射：光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)表面時(shí)，一部分光被反射回原來(lái)介質(zhì)的現(xiàn)象叫光的反射。

1、反射定律：反射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)、法線(xiàn)在同一平面上，反射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分居于法線(xiàn)的兩側(cè)，反射角等于入射角。光的反射過(guò)程中光路是可逆的。

2、分類(lèi)：

⑴ 鏡面反射：射到物面上的平行光反射后仍然平行。

迎著太陽(yáng)看平靜的水面，特別亮。黑板“反光”等，都是因?yàn)榘l(fā)生了鏡面反射 ⑵ 漫反射：射到物面上的平行光反射后向著不同的方向 每條光線(xiàn)遵守光的反射定律。

（六）平面鏡：

1、成像特點(diǎn)：①物體在平面鏡里所成的像是虛像。②像、物到鏡面的距離相等。③像、物大小相等。④像、物的連線(xiàn)與鏡面垂直。

2、“正立”“等大”“虛象”像、物關(guān)于鏡面對(duì)稱(chēng)。

3、成像原理：光的反射定理。

4、作用：成像、改變光路。

5、實(shí)像和虛像：實(shí)像：實(shí)際光線(xiàn)會(huì)聚點(diǎn)所成的像。

虛像：反射光線(xiàn)反向延長(zhǎng)線(xiàn)的會(huì)聚點(diǎn)所成的像。

（七）光的折射：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一般會(huì)發(fā)生變化；這種現(xiàn)象叫光的折射現(xiàn)象。

1、光的折射定律：

⑴折射光線(xiàn)，入射光線(xiàn)和法線(xiàn)在同一平面內(nèi)。⑵折射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分居與法線(xiàn)兩側(cè)。⑶

光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角。光從水中或其他介質(zhì)斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角。光從空氣垂直射入（或其他介質(zhì)射出），折射角=入射角= 0度。

2、在折射時(shí)光路是可逆的。

3、應(yīng)用：從空氣看水中的物體，或從水中看空氣中的物體看到的是物體的虛像，看到的位置比實(shí)際位置高。

（八）透鏡成像：

1、透鏡及分類(lèi)： 凸透鏡： 邊緣薄，中央厚。

凹透鏡： 邊緣厚，中央薄。

2、主光軸，光心、焦點(diǎn)、焦距。

主光軸：通過(guò)兩個(gè)球心的直線(xiàn)。

光心：主光軸上有個(gè)特殊的點(diǎn)，通過(guò)它的光線(xiàn)傳播方向不變。焦點(diǎn)：凸透鏡能使跟主軸平行的光線(xiàn)會(huì)聚在主光軸上的一點(diǎn)，這點(diǎn)叫透鏡的焦點(diǎn)，用“F”表示

焦距：焦點(diǎn)到光心的距離叫焦距，用“f”表示。

虛焦點(diǎn)：跟主光軸平行的光線(xiàn)經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，發(fā)散光線(xiàn)的反向延長(zhǎng)線(xiàn)相交在主光軸上一點(diǎn)，這一點(diǎn)不是實(shí)際光線(xiàn)的會(huì)聚點(diǎn)，所以叫虛焦點(diǎn)。每個(gè)透鏡都有兩個(gè)焦點(diǎn)、焦距和一個(gè)光心以及一條主光軸。

3、透鏡對(duì)光的作用

凸透鏡：對(duì)光起會(huì)聚作用。

凹透鏡：對(duì)光起發(fā)散作用。

4、凸透鏡成像規(guī)律

注意：

u>f： 物距增大、像距減小、像變小、成倒立實(shí)像；物距減小、像距增大、像變大、成倒立實(shí)像。

U

第三篇：光學(xué)教案

6.1 光的吸收和散射

教 案

主講： 朱 輝 單位：物電學(xué)院

2010-12-08【教學(xué)目的】

掌握光在傳播中與物質(zhì)的相互作用之一——能量變化（吸收和散射）。掌握朗伯定律。

掌握吸收光譜及其應(yīng)用。

能夠利用瑞利散射理論解釋朝陽(yáng)、藍(lán)天現(xiàn)象。能夠利用米氏散射理論解釋白云和霧的現(xiàn)象。了解散射光的偏振性。

培養(yǎng)學(xué)生利用光的吸收和散射原理解釋自然現(xiàn)象的能力。提高學(xué)生對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)。【教學(xué)內(nèi)容】

朗伯定律。

一般吸收和選擇吸收。

吸收光譜及其應(yīng)用。

光的散射定義。瑞利散射和米氏散射。藍(lán)天、朝陽(yáng)和白云現(xiàn)象?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】

朗伯定律、吸收光譜。

用散射理論解釋自然界中的光學(xué)現(xiàn)象?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】

吸收光譜。電偶極輻射理論。

散射和漫射、反射和衍射的區(qū)別。散射光的偏振性?！菊n時(shí)安排】 45分鐘 【預(yù)習(xí)要求】

觀察自然界中的吸收和散射現(xiàn)象?！窘虒W(xué)方法】

實(shí)驗(yàn)演示法、講授法、談話(huà)法等。【實(shí)驗(yàn)演示】

通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示光的吸收和散射現(xiàn)象

通過(guò)PPT顯示光的吸收和吸收光譜的動(dòng)畫(huà)或圖片。【教學(xué)手段】

采用多媒體教學(xué)?！緟⒖紩?shū)目和參考文獻(xiàn)】

1.趙凱華.新概念物理教程光學(xué).北京:高等教育出版社,2004.11.2.鐘錫華.現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ).北京：北京大學(xué)出版社，2003.8.3.趙凱華,鐘錫華.光學(xué).北京:北京大學(xué)出版社,1984.4.母國(guó)光,戰(zhàn)元齡.光學(xué).北京:人民教育出版社,1979.5.郭光燦等.光學(xué).北京:高等教育出版社,1997.6.張志軍, 熊維巧.原子吸收分光光度法測(cè)定微量鉻[J].化學(xué)工程師 , 2000,(03)7.孫立民, 郭麗娟.氫化物原子吸收分光光度法測(cè)定水中的汞[J].吉林水利 , 2002,(06)8.伯廣宇等.探測(cè)大氣溫度和氣溶膠的瑞利-拉曼-米氏散射激光雷達(dá)[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2010（01）.【作業(yè)】

Page291 6.2 [教學(xué)內(nèi)容] 導(dǎo)入：

除了真空，沒(méi)有一種介質(zhì)對(duì)電磁波是絕對(duì)透明的。光的強(qiáng)度隨穿進(jìn)介質(zhì)的深度而減少的現(xiàn)象，稱(chēng)為介質(zhì)對(duì)光的吸收（absorption）。仔細(xì)的研究發(fā)現(xiàn)光不僅有吸收而且還有散射兩種情況，前者是光能量被介質(zhì)吸收后轉(zhuǎn)化為熱能，后者則是光被介質(zhì)散射到四面八方。

演示1：光通過(guò)液體以后的變化，引入光與物質(zhì)相互作用中的吸收和散射問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)

光束越深入物質(zhì)，強(qiáng)度將越減弱

結(jié)論：

⑴ 光的能量被物質(zhì)吸收——光的吸收現(xiàn)象

⑵ 光向各個(gè)方向散射 ——光的散射

6.1 光的吸收和散射

一、光的吸收 1.朗伯定律

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)光沿X方向均勻通過(guò)介質(zhì)的時(shí)候，設(shè)光的強(qiáng)度在經(jīng)過(guò)厚度dx的一層介質(zhì)時(shí)強(qiáng)度由I減為I-dI。在相當(dāng)廣闊的光強(qiáng)范圍內(nèi)，-dI正比于I和dx，有

?dI??Idx

（1）

式中α是個(gè)與光強(qiáng)無(wú)關(guān)的比例系數(shù)，成為該物質(zhì)的吸收系數(shù)。

為了求出光束穿過(guò)厚度為l的介質(zhì)后的強(qiáng)度

圖一 光的吸收

改變，（1）改寫(xiě)為

并在0到l區(qū)間對(duì)x進(jìn)行積分。得

?le

(2)

I?I0?dII???dx

在光強(qiáng)不太強(qiáng)的情況下，大量的實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)定律相當(dāng)精確。

激光出現(xiàn)后，由于人類(lèi)掌握的光強(qiáng)增加了幾個(gè)甚至十幾個(gè)數(shù)量級(jí)——這時(shí)候就出現(xiàn)光與物質(zhì)作用的非線(xiàn)性效應(yīng)（非線(xiàn)性光學(xué)）。

在液體中吸收系數(shù)α與液體濃度C的關(guān)系為

??AC

(3)那么(2)式可以改寫(xiě)為

I?I0e?ACl

(4)公式(3)可以作為液體濃度測(cè)量的理論依據(jù)。2.一般吸收和選擇吸收

在吸收的過(guò)程中，如果所有的波長(zhǎng)的吸收都是一樣的，我們稱(chēng)為普遍吸收，也可以稱(chēng)之為一般吸收。

a）一般吸收

吸收很少，并且在某一給定的波段內(nèi)幾乎不變。如：空氣、無(wú)色玻璃和純水都是在可見(jiàn)光范圍內(nèi)產(chǎn)生一般吸收。

不是所有的物質(zhì)都是如此，對(duì)于廣闊的電磁波了范圍，一般吸收介質(zhì)不可能存在。比如我們看一束白光通過(guò)一個(gè)濾光片，那么就會(huì)產(chǎn)生一些特殊的效果。如紅色濾光片后變成紅光，這種物質(zhì)對(duì)某些波長(zhǎng)吸收特別強(qiáng)烈的過(guò)程，我們稱(chēng)為選擇吸收。

b)選擇吸收

特點(diǎn)表現(xiàn)為：吸收很多，并且隨著波長(zhǎng)的變化而劇烈的變化。任何一種物質(zhì)對(duì)光的吸收都是有這兩種吸收組成。c）吸收曲線(xiàn)的應(yīng)用。（如光纖吸收曲線(xiàn)）

圖二 光纖的工作波長(zhǎng)分段圖

圖二是光纖的吸收曲線(xiàn)，從圖中可以看出吸收比較少的，而且應(yīng)用最好是波長(zhǎng)1550nm的窗口。這也是高錕的重要貢獻(xiàn)。

圖三 大氣窗口

一般將大氣的衰減作用相對(duì)較輕、透射率較高、能量較易通過(guò)的電磁波段定義為大氣窗口。只有位于大氣窗口的波段才能被用于生成遙感圖像。在VIS—IR區(qū)段，常用的大氣窗口有：0.3—1.3μm、1.5—1.8 μ m、2.0—2.6 μ m、3.0-4.2 μ m、4.3—5.0 μ m、8—14 μ m。在微波區(qū)段，主要采用的大氣窗口為8mm附近和頻率低于20GHz的波段。

3.吸收光譜

產(chǎn)生連續(xù)光譜的光源所發(fā)出的光，通過(guò)有選擇吸收的介質(zhì)后，用分光計(jì)可以看出默寫(xiě)線(xiàn)段或某些波長(zhǎng)的光被吸收。這就形成了吸收光譜。

a)實(shí)驗(yàn)裝置

圖4 觀察吸收光譜的實(shí)驗(yàn)裝置

b)吸收光譜

當(dāng)連續(xù)的白光通過(guò)吸收物質(zhì)后再經(jīng)過(guò)光譜儀器的分析，即可將不同波長(zhǎng)的光被吸收的情況顯示出來(lái)，形成“吸收光譜”。

c)吸收光譜與發(fā)射光譜的關(guān)系

圖五 氫原子在可見(jiàn)光區(qū)域的發(fā)射光譜和吸收光譜

從圖五中可以看出，吸收譜中的暗線(xiàn)和發(fā)射譜中明線(xiàn)意義對(duì)應(yīng)，也就是說(shuō)某種物質(zhì)自身發(fā)射那些波長(zhǎng)的光，它就強(qiáng)烈的吸收那些波長(zhǎng)的光。

d)吸收光譜的應(yīng)用

我們知道不同的元素對(duì)應(yīng)有不同的發(fā)射譜線(xiàn)，就如同條形碼一樣。很多的時(shí)候我們無(wú)法也不能把元素加上高溫讓其發(fā)射譜線(xiàn)，如恒星表面覆蓋的一層氣體。

利用吸收譜觀察太陽(yáng)表面的元素構(gòu)成：1868年法國(guó)人讓桑（J.P.Janssen）發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜中出現(xiàn)了不知來(lái)源的暗線(xiàn)；后有英國(guó)天文學(xué)家洛爾基（J.N.Lockyer）取名為氦，源于希臘語(yǔ)意為太陽(yáng)(helios)。這種物質(zhì)1894年才有英國(guó)化學(xué)家萊姆賽（W.Ramsay）從億鈾礦蛻變的氣體中發(fā)現(xiàn)。

利用吸收光譜測(cè)量：元素比例的定量分析。

二、光的散射

1.光的散射

在光學(xué)性質(zhì)均勻的介質(zhì)中或兩種折射率不同介質(zhì)的分界面上，無(wú)論光的直射、反射和折射都僅局限在某一個(gè)特定的方向上，而在其他方向上的光強(qiáng)則等于零，我們沿著光束的側(cè)向觀察就應(yīng)該看不到光。

但光束通過(guò)光學(xué)性質(zhì)不均勻的物質(zhì)時(shí)，從側(cè)向卻可以看到光，這種現(xiàn)象叫光的散射。

2.電偶極輻射理論

光通過(guò)物質(zhì)的時(shí)候，由于電場(chǎng)的作用，物質(zhì)中的原子、離子或分子在入射光電場(chǎng)的作用下做受迫振動(dòng)。設(shè)p=ez，z=Acoswt經(jīng)典的理論告訴我們。

E?H?eA4??0cRE2?sin?cos?(t?2Rc)

(5)

?0cz?S?Hz?p?O?p?O?EI

圖六 電偶極輻射

圖七 波的強(qiáng)度與角度的關(guān)系

能量可以用坡印廷矢量表示

???S?E?H?EH?1?0cE(6)則波的強(qiáng)度的平均值為

S?I?1?0cE2??0eA?32?cR22224sin?2

(7)有此可知，光在半徑為R的球面上各點(diǎn)的相位都相等(球面波)，相位落后園心R/c，但是振幅隨著角度變化。

3.散射與介質(zhì)不均勻的關(guān)系

當(dāng)光入射到介質(zhì)上，將激起其中的電子作受迫振動(dòng)，從而發(fā)出相干次波。注意這里的次波和惠更斯——菲涅耳原理假設(shè)的次波不同，這里是真是的振源。理論上可以證明，只要分子的密度是均勻的，次波相干疊加的結(jié)果，只剩下遵守幾何光學(xué)規(guī)律的光線(xiàn)，沿著其余方向的振動(dòng)完全抵消。但是，在微觀的尺度，由于分子的漲落，沒(méi)有物質(zhì)是均勻的。那么當(dāng)尺度達(dá)到波長(zhǎng)量級(jí)的鄰近小塊之間的光學(xué)性質(zhì)有較大差異時(shí)，在光波的作用下它們將成為強(qiáng)度差別較大的次波源，而且從它們到空間個(gè)點(diǎn)已有不可忽略的光程差，這些結(jié)果就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同于均勻介質(zhì)的情況。如圖八所示：

圖八 散射、衍射和反射

圖中可以看出，介質(zhì)比較大的情況下，散射可以看作反射和折射。介質(zhì)比較小的情況下，可以看作衍射。4．瑞利散射和米氏散射

瑞利在1871年針對(duì)細(xì)微質(zhì)點(diǎn)的散射，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，提出了散射光強(qiáng)與波長(zhǎng)的四次方成反比的規(guī)律。

從電動(dòng)力學(xué)的結(jié)果我們也可以看出，偶極子的輻射功率也是正比與頻率的四次方。究其原因，瑞利認(rèn)為是熱運(yùn)動(dòng)破環(huán)了分子之間的關(guān)聯(lián)。

同樣我們從上面的分析也可以看出，較大顆粒對(duì)光散射，不能僅僅看成獨(dú)立的電偶極子的振蕩合成了，它們有很大的一部分是相關(guān)的。對(duì)應(yīng)大顆粒散射，米(C.Mie)和德拜(P.Debye)以球形質(zhì)點(diǎn)為模型計(jì)算了電磁波的散射，給出了適用于任何球體的散射公式。如圖九所示。

圖九 瑞利散射和米氏散射

5.藍(lán)天、朝陽(yáng)和白云 首先，白晝天空之所以是亮的，完全是大氣散射陽(yáng)光的結(jié)果。如果沒(méi)有大氣，即使在白晝，人們仰觀天空，將看到光輝奪目的太陽(yáng)懸掛在漆黑的背景中。這景象是宇航員司空見(jiàn)慣了的。由于大氣的散射，將陽(yáng)光從各個(gè)方向射向觀察者，我們才看到了光亮的天穹，按瑞利定律，白光中的短波成分（藍(lán)紫色）遭到散射比長(zhǎng)波成分（紅黃色）強(qiáng)烈得多，散射光乃因短波的富集而呈蔚藍(lán)色。瑞利曾對(duì)天空中各種波長(zhǎng)的相對(duì)光強(qiáng)作過(guò)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)與反比律頗相吻合。大氣的散射一部分來(lái)自懸浮的塵埃，大部分是密度漲落引起的分子 散射，后者的尺度往往比前者小得多，瑞利反比律的作用更加明顯。所以每當(dāng)大雨初霽、玉宇澄清的時(shí)候，天空總是藍(lán)得格外美麗可愛(ài)，其道理就在這里.由于白光中的短成分被更多地散射掉了，在直射的日光中剩余較多的自然是長(zhǎng)波成分了。早晚陽(yáng)光以很大的傾角穿過(guò)大氣層，經(jīng)歷大氣層的厚度要比中午時(shí)大得多，從而大氣的散射效應(yīng)也要強(qiáng)烈得多，這便是旭日初升時(shí)顏色顯得特別殷紅的原因（圖十）。白云是大氣中的水滴組成的，因?yàn)檫@些水滴的半徑與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)相比已不算太小了，瑞利定律不再適用，按米-德拜的理論，這樣大小的物質(zhì)產(chǎn)生的散射與波長(zhǎng)的關(guān)系不大，這就是云霧呈白色的緣故。

圖十 藍(lán)天和朝陽(yáng)的形成

6.散射光的偏振性

雖然從光源發(fā)出的光是自然光。但從正側(cè)方（Z）觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)散射光是線(xiàn)偏振。斜方向觀察發(fā)現(xiàn)是部分偏振的，唯有在X方向才是自然光。如圖十一。

圖十一 散射光的偏振性

先假定入射光是線(xiàn)偏振的，傳播方向沿X軸，電矢量E沿平行Y軸的方向振動(dòng)。根據(jù)電偶極振蕩理論所有的受迫振動(dòng)都是平行與Y軸的，由此產(chǎn)生的次級(jí)電磁波是球面波，向各個(gè)方向傳播時(shí)，波的電矢量E’都是在電偶極子軸線(xiàn)DD’所在的平面內(nèi)。由于光是橫波，E’還必須垂直與波的傳播方向。根據(jù)(7)式，在赤道面各點(diǎn)的振幅最大，兩極為零。

同樣可以把自然光的另外一部分沿著Z軸振蕩處理。就可以得到上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

應(yīng)用：蜜蜂利用偏振光和生物鐘來(lái)辨別方向。

開(kāi)車(chē)時(shí)司機(jī)帶有偏光的太陽(yáng)鏡。

第四篇：光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史教案

光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史教案

一、教學(xué)目標(biāo)

1.使學(xué)生了解本課程的主要內(nèi)容，了解光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史。2.使學(xué)生了解光學(xué)的研究?jī)?nèi)容和方法，掌握光學(xué)的基本概念。3.了解光學(xué)的研究對(duì)象和光學(xué)發(fā)展的五個(gè)時(shí)期。4.了解并掌握學(xué)習(xí)光學(xué)的方法。

二、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)：學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)光學(xué)，對(duì)內(nèi)容的理解，了解光學(xué)的發(fā)展史。

2.教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)生在學(xué)習(xí)光學(xué)的過(guò)程中，讓學(xué)生了解光學(xué)發(fā)展的五個(gè)時(shí)期所代表的人物和成就，了解這些人物中各有哪些成就。

三、教學(xué)準(zhǔn)備：ppt課件、光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史資料。

四、教學(xué)過(guò)程：

一、導(dǎo)入新課

1.談話(huà)引入：上課開(kāi)始時(shí)，提問(wèn)：學(xué)生，你們對(duì)光學(xué)的發(fā)展了解多少呢？知道什么叫光學(xué)嗎？

2.（學(xué)生思考、討論，指名學(xué)生回答）

3.這節(jié)課，我們一起來(lái)了解一下，光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史。

二、光學(xué)的基本概念 1.師：什么是光學(xué)？

（學(xué)生思考、討論，回答）2.師：出示ppt課件進(jìn)行講解 光學(xué)是一門(mén)研究光（電磁波）的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學(xué)科。

三、光學(xué)的研究對(duì)象

1.師：光學(xué)的研究對(duì)象分為哪兩個(gè)部分？

（學(xué)生思考、討論，回答）

師：出示ppt課件展示

（經(jīng)典光學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)）

2.結(jié)合ppt課件問(wèn)學(xué)生，經(jīng)典光學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)又分為哪幾個(gè)部分。

（學(xué)生思考、討論，回答。）

師：出示ppt課件展示，進(jìn)行講解。

四、師：光學(xué)發(fā)展分為哪幾個(gè)時(shí)期？

學(xué)生思考、討論，回答。

（分為五個(gè)時(shí)期）

師：光學(xué)發(fā)展的五個(gè)時(shí)期主要有哪些？

（學(xué)生思考、討論，回答）

結(jié)合有關(guān)光學(xué)發(fā)展史資料、ppt課件展示進(jìn)行講解 1.萌芽時(shí)期

2.幾何光學(xué)時(shí)期 3.波動(dòng)光學(xué)時(shí)期

4.量子光學(xué)時(shí)期 5.現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期

五、師：光學(xué)發(fā)展的五個(gè)時(shí)期中所代表的人物和成就有哪些？

（學(xué)生思考、討論，回答。）

師：結(jié)合ppt課件、光學(xué)發(fā)展史資料進(jìn)行展示、講解。

六、拓展延伸

通過(guò)對(duì)光學(xué)發(fā)展史的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)本課所講授的知識(shí)已完全掌握，因此我將設(shè)計(jì)了課后作業(yè)，讓學(xué)生課后去查閱有關(guān)光學(xué)發(fā)展史的資料，了解光學(xué)發(fā)展中的一些偉大的歷史人物和成就。

七、板書(shū)設(shè)計(jì)

板書(shū)就像一份微型的教案，體現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)及教學(xué)過(guò)程。我的板書(shū)設(shè)計(jì)是：此板書(shū)力圖全面而簡(jiǎn)明的將授課內(nèi)容傳授給學(xué)生，清晰直觀，便于學(xué)生理解和記憶，理清文章的脈絡(luò)。

光學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史：

什么是光學(xué)

光學(xué)的研究對(duì)象

光學(xué)發(fā)展的五個(gè)時(shí)期

光學(xué)發(fā)展的五個(gè)時(shí)期所代表的人物

第五篇：角度測(cè)量 光學(xué)經(jīng)緯儀 教案

§3.2光學(xué)經(jīng)緯儀

一、復(fù)習(xí)：

1、水平較測(cè)量原理

2、豎直角測(cè)量原理

二、引入：

根據(jù)測(cè)量水平角和豎直角的原理和要求，而設(shè)計(jì)制造的一種測(cè)角儀器稱(chēng)為經(jīng)緯儀，這節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)下光學(xué)經(jīng)緯儀。

三、新課：

光學(xué)經(jīng)緯儀

經(jīng)緯儀按精度分為DJ0.7、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ20六個(gè)等級(jí)，D—大地測(cè)量、J—經(jīng)緯儀、下標(biāo)表示經(jīng)緯儀的精度，以秒為單位，數(shù)字越小，精度越高。<一>、DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造

它主要由照準(zhǔn)部(包括望遠(yuǎn)鏡、豎直度盤(pán)、水準(zhǔn)器、讀數(shù)設(shè)備)、水平度盤(pán)、基座三部分組成?，F(xiàn)將各組成部分分別介紹如下：

１．望遠(yuǎn)鏡

望遠(yuǎn)鏡和橫軸固連在一起放在支架上，并要求望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸垂直于橫軸，當(dāng)橫軸水平時(shí)，望遠(yuǎn)鏡繞橫軸旋轉(zhuǎn)的視準(zhǔn)面是一個(gè)鉛垂面。為了控制望遠(yuǎn)鏡的俯仰程度，在照準(zhǔn)部外殼上還設(shè)置有一套望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)和微動(dòng)螺旋。在照準(zhǔn)部外殼上還設(shè)置有一套水平制動(dòng)和微動(dòng)螺旋，以控制水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)擰緊望遠(yuǎn)鏡或照準(zhǔn)部的制動(dòng)螺旋后，轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，望遠(yuǎn)鏡或照準(zhǔn)部才能作微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。

２．水平度盤(pán)

水平度盤(pán)是用光學(xué)玻璃制成圓盤(pán)，在盤(pán)上按順時(shí)針?lè)较驈?°到360°刻有等角度的分劃線(xiàn)。相鄰兩刻劃線(xiàn)的格值有1°或30′兩種。度盤(pán)固定在軸套上，軸套套在軸座上。水平度盤(pán)和照準(zhǔn)部?jī)烧咧g的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系，由離合器扳手或度盤(pán)變換手輪控制。

３．讀數(shù)設(shè)備

我國(guó)制造的DJ6型光學(xué)經(jīng)緯儀采用分微尺讀數(shù)設(shè)備，它把度盤(pán)和分微尺的影像，通過(guò)一系列透鏡的放大和棱鏡的折射，反映到讀數(shù)顯微鏡內(nèi)進(jìn)行讀數(shù)。在讀數(shù)顯微鏡內(nèi)就能看到水平度盤(pán)和分微尺影像。度盤(pán)上兩分劃線(xiàn)所對(duì)的圓心角，稱(chēng)為度盤(pán)分劃值。

在讀數(shù)顯微鏡內(nèi)所見(jiàn)到的長(zhǎng)刻劃線(xiàn)和大號(hào)數(shù)字是度盤(pán)分劃線(xiàn)及其注記，短刻劃線(xiàn)和小號(hào)數(shù)字是分微尺的分劃線(xiàn)及其注記。分微尺的長(zhǎng)度等于度盤(pán)１°的分劃長(zhǎng)度，分微尺分成６大格，每大格又分成10，每小格格值為1′，可估讀到0.1′。分微尺的0°分劃線(xiàn)是其指標(biāo)線(xiàn)，它所指度盤(pán)上的位置與度盤(pán)分劃線(xiàn)所截的分微尺長(zhǎng)度就是分微尺讀數(shù)值。為了直接讀出小數(shù)值，使分微尺注數(shù)增大方向與度盤(pán)注數(shù)方向相反。讀數(shù)時(shí)，以在分微尺上的度盤(pán)分劃線(xiàn)為準(zhǔn)讀取度數(shù)，而后讀取該度盤(pán)分劃線(xiàn)與分微尺指標(biāo)線(xiàn)之間的分微尺讀數(shù)的分?jǐn)?shù)，并估讀到0.1′，即得整個(gè)讀數(shù)值

４．豎直度盤(pán)

豎直度盤(pán)固定在橫軸的一端，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，豎盤(pán)也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，用以觀測(cè)豎直角。另外在豎直度盤(pán)的構(gòu)造中還設(shè)有豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管，它由豎盤(pán)水準(zhǔn)管的微動(dòng)螺旋控制。每次讀數(shù)前，都必須首先使豎盤(pán)水準(zhǔn)管氣泡居中，以使豎盤(pán)指標(biāo)處于正確位置。目前光學(xué)經(jīng)緯儀普遍采用豎盤(pán)自動(dòng)歸零裝置來(lái)代替豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管。即提高了觀測(cè)速度又提高了觀測(cè)精度。

５．水準(zhǔn)器

照準(zhǔn)部上的管水準(zhǔn)器用于精確整平儀器，圓水準(zhǔn)器用于概略整平儀器。

６．基座部分

基座是支撐儀器的底座?；嫌腥齻€(gè)腳螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋可使照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管氣泡居中，從而使水平度盤(pán)水平?；腿_架頭用中心螺旋連接，可將儀器固定在三腳架上，中心螺旋下有一小鉤可掛垂球，測(cè)角時(shí)用于儀器對(duì)中。光學(xué)經(jīng)緯儀還裝有直角棱鏡光學(xué)對(duì)中器。光學(xué)對(duì)中器比垂球?qū)χ芯哂芯_度高和不受風(fēng)吹搖動(dòng)干擾的優(yōu)點(diǎn)。<二>、DJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀

DJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造，除軸系和讀數(shù)設(shè)備外基本上和DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀相同。我國(guó)某光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的DJ2型光學(xué)經(jīng)緯儀外形。下面著重介紹它和DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀的不同之處。

１．水平度盤(pán)變換手輪

水平度盤(pán)變換手輪的作用是變換水平度盤(pán)的初始位置。水平角觀測(cè)中，根據(jù)測(cè)角需要，對(duì)起始方向觀測(cè)時(shí)，可先撥開(kāi)手輪的護(hù)蓋，再轉(zhuǎn)動(dòng)該手輪，把水平度盤(pán)的讀數(shù)值配置為所規(guī)定的讀數(shù)。

２．換像手輪 在讀數(shù)顯微鏡內(nèi)一次只能看到水平度盤(pán)或豎直度盤(pán)的影像，若要讀取水平度盤(pán)讀數(shù)時(shí)，要轉(zhuǎn)動(dòng)換像手輪10，使輪上指標(biāo)紅線(xiàn)成水平狀態(tài)，并打開(kāi)水平度盤(pán)反光鏡5，此時(shí)顯微鏡呈水平度盤(pán)的影像。若打開(kāi)豎直度盤(pán)反光鏡1時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)換像手輪，使輪上指標(biāo)線(xiàn)豎直時(shí)，則可看到豎盤(pán)影像。

３．測(cè)微手輪

測(cè)微手輪是DJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)裝置。對(duì)于DJ2級(jí)經(jīng)緯儀，其水平度盤(pán)（或豎直度盤(pán)）的刻劃形式是把每度分劃線(xiàn)間又等分刻成三格，格值等于20′。通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，將度盤(pán)直徑兩端分劃的影像同時(shí)反映到同一平面上，并被一橫線(xiàn)分成正、倒像，一般正字注記為正像，倒字注記為倒像。下圖為讀數(shù)窗示意圖，測(cè)微尺上刻有600格，其分劃影像見(jiàn)圖中小窗。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪使分微尺由零分劃移動(dòng)到600分劃時(shí)，度盤(pán)正、倒對(duì)徑分劃影像等量相對(duì)移動(dòng)一格，故測(cè)微尺上600格相應(yīng)的角值為10′，一格的格值等于1″。因此，用測(cè)微尺可以直接測(cè)定1″的讀數(shù)，從而起到了測(cè)微作用。

DJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)窗

具體讀數(shù)方法如下；

１）轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪，使度盤(pán)正、倒像分劃線(xiàn)精密重合。

２）由靠近視場(chǎng)中央讀出上排正像左邊分劃線(xiàn)度數(shù)，即30°。３）數(shù)出上排的正像30°與下排倒像210°之間的格數(shù)再乘以10′，就是整十分的數(shù)值，即20′。

４）在旁邊小窗中讀出小于10′的分、秒數(shù)。測(cè)微尺分劃影像左側(cè)的注記數(shù)字是分?jǐn)?shù)，右側(cè)的注記數(shù)字1、2、3、4、5是秒的十位數(shù)，即分別為10″、20″、30″、40″、50″。將以上數(shù)值相加就得到整個(gè)讀數(shù)。故其讀數(shù)為：

度盤(pán)上的度數(shù) 30°

度盤(pán)上整十分?jǐn)?shù) 20′

測(cè)微尺上分、秒數(shù) 8′00″

全部讀數(shù)為 30°28′00″

４．半數(shù)字化讀數(shù)方法

我國(guó)生產(chǎn)的新型TDJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀采用了半數(shù)字化的讀數(shù)方法，使讀數(shù)更為方便，不易出錯(cuò)。中間窗口為度盤(pán)對(duì)徑分劃影像，沒(méi)有注記，上面窗口為度和整10′的注記，用小方框“?”標(biāo)記欲讀的整10′數(shù)，下面窗口的上邊大字為分，下邊小字為“10秒”。讀數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪使中間窗口的分劃線(xiàn)上下重合，從上窗口讀得5°10′，下窗口讀得2′34″，全部讀數(shù)為5°12′34″。

四、小結(jié)：

1、重點(diǎn)：光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造和操作方法

2、難點(diǎn)：光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)

五、作業(yè)：

無(wú) 講授方法：

采用授導(dǎo)法和探究教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性。