《光学》教学大纲（本科）.docx

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1、光学教学大纲课程英文名Optics课程代码J0712Z03学分4总学时64理论学时64实验/实践学时 0课程类别学科基础课课程性质必修先修课程力学，高等数学适用专业应用物理学、声学开课学院理学院执笔人审定人制定时间2019年03月注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标(一)课程地位振动和波动是横跨物理学不同领域的一种非常普遍而重要的运动形式，是声学，光学，电工 学，无线电等技术部门的理论基础。光学是普通物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、 光的传播和光与物质相互作用的基础学科。光学是近代物理学的生长点，例如量子力学就起源于 光

2、学。在物理专业中，它和原子物理、电动力学、量子力学等后继课有密切的关系，另外，也是 光学专业的硕士研究生学好高等光学、非线性光学等课程的前提。(-)课程目标1 .知识目标：通过对本课程的学习，使学生系统地掌握振动与波动现象的物理规律。学会运 用数学知识和光学基本理论解决具体问题。掌握几何光学、物理光学和光与物质相互作用的主要 内容和理论，牢固地掌握几何光学、波动光学、量子光学、现代光学的基本理论和应用，深刻理 解有关干涉、衍射、偏振等现象的原理和规律，理解光的波动、量子本性，培养学生的抽象逻辑 思维能力，为后续课程奠定必要的基础。2 .能力目标：培养学生观察、分析 概括的思维能力；培养学生自学

3、、观察和独立思考的能 力。通过光学内容和研究方法的教学，培养学生的辩证唯物主义世界观。3 .素质目标：加强科学方法的教育，培养其良好的科学素质；培养学生独立思考的能力，初 步具备分析问题、解决问题的能力；培养学生求实精神，创新意识和科学美感；引导学生开展团 队式实践性学习，还有助于培养学生团队协作精神及有效的沟通能力。二、课程目标达成的途径与方法本课程采用双语教学，以课堂教学为主。在教学中要求有双语的最基本形式，对教材的利用 要有一定的双语渗透，课外作业、期中、期末考核中对学生的双语学习要有一定要求，学生会用 简单的英语描述一些光学相关的现象并解释。专门安排小组讨论课，同时选择部分课程内容形成

4、 专题，以学生为主讨论专题内容及习题，学生组成团队式学习，通过教师讲解和团队讨论相结合 的方式，使学生掌握各部分内容，从而完成教学任务。三、课程主要内容与基本要求第一章、振动主要内容：简谐振动的运动学和动力学方程，简谐振动的三个特征量，简谐振动的能量，简谐振 动的合成。基本要求：1、掌握描述简谐运动和简谐波的各物理量（特别是相位）的物理意义及各量之间的 相互关系。2、掌握简谐运动的基本特征。能建立弹簧振子或单摆谐振动的微分方程并根据初始 条件写出一维谐振动的运动方程，并理解其物理意义。3、理解旋转矢量法，并能用其分析有关问题。4、掌握两个同方向、同频率简谐运动的合成规律，以及合振动振幅极大和极

5、小的条 件。第二章、波动主要内容：机械波的形成和描述，波动方程和波形曲线，纵波和横波，波的能量及特征，波的合 成，行波和驻波，惠更斯原理。基本要求：1、理解机械波产生的条件。纵波和横波。2、掌握根据已知质点的谐振动方程建立平面简谐波波动方程的方法，以及波动方程 的物理意义。3、掌握驻波的概念，形成驻波的条件、以及与行波的区别。4、理解波形图线。了解波的能量特征及能流，能流密度等概念。5、理解惠更斯原理和波的叠加原理。了解波的衍射现象。掌握波的相干条件。应用 相位差或波程差概念分析和确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。第三章、光的干涉主要内容：光的相干条件和光程，干涉图样的光强分布，等倾干涉和

6、等厚干涉，迈克尔逊干涉仪。基本要求：1、掌握光的相干条件和光程的概念。理解相干与非相干迭加。2、掌握分波面双光束干涉的光强分布规律；干涉条纹的特征及其有关计算；注意劳 埃镜干涉中的半波损失。3、掌握分振幅薄膜干涉的光强分布规律，等倾、等厚干涉条纹的特征。4、了解牛顿环、迈克尔逊干涉仪的原理结构及其应用。第四章、光的衍射主要内容：惠更斯-菲涅耳原理，菲涅尔衍射，夫琅禾费单缝衍射，平面光栅衍射。基本要求：1、掌握惠更斯-菲涅耳原理公式的物理意义及应用。2、掌握夫琅禾费单缝衍射光强分布规律。3、掌握平面光栅衍射的基本原理和应用，理解光栅分光原理、光栅方程、缺级条件 公式的意义、并能熟练应用。第五章、

7、光的偏振主要内容：光的五种偏振状态及实验检测方法，布儒斯特定律和马吕斯定律，双折射现象，波片 的分类及功用。基本要求：1、偏振证实了光的横波性。理解光的偏振，常见有几种偏振态。2、熟悉不同的偏振光的物理图象及其检验方法。3、了解布儒斯特定律和马吕斯定律。4、理解惠更斯原理对晶体双折射现象的解释。能分析偏振光的干涉。第六章、几何光学的基本原理主要内容：实像、虚像等概念，费马原理，薄透镜物象公式，光学纤维。基本要求：1、掌握三个实验定律、理解光程和费马原理。2、理解物与象、实与虚、近轴光线、理想共轴、基点基面等概念。3、掌握笛卡儿符号法则，掌握薄透镜物象公式和任意光线的成象作图法。第七章、光的吸收

8、、散射和色散主要内容：光的吸收、散射和色散的自然现象及经典解释。基本要求：1、熟悉光与物质相互作用的微观机理。2、理解吸收、散射、色散的经典理论解释。第八章、光的量子性主要内容：黑体辐射、光电效应及康普顿效应，爱因斯坦的光子说，光子的特征。基本要求：1、通过黑体辐射、光电效应、康普顿效应的学习，全面认识光的量子性。形成对光 的本性一一波粒二象性的统一认识。2、正确运用爱因斯坦光电方程计算光子能量、质量、动量，得出普朗克常数。3、正确认识康普顿效应与光电效应的联系和区别。熟练地计算康普顿波长。四、课程学时安排章节号教学内容学时 数学生任务对应课 程目标第一章0. Introduction1 .S

9、impleharmonicmotion,Amplitude, Period and frequency, Phase; The solution of constant A and 92 .Rotating Vector;3.Single Pendulum and the Physical Pendulum;4.Energy in Simple Harmonic Motion;5.Superposition of Simple Harmonic Motions81.完成课后习题9.6, 9.7, 9.10, 9.14, 9.19, 9.25, 9.28, 9.30, 9.33, 9.342.自

10、学 Damped Oscillation, Forced Oscillation and Resonance课程目 标 1,2,3第二章1.Several Concepts of Mechanical Wave;2. Wave Function of Simple Harmonic Wave;3. Energy in Wave Motion;4. Huygens Principle, Diffraction and Interference of Waves;5. Standing Waves;6. Plane Electromagnetic Waves;7.Sound Wave; Ultra

11、sonic Wave and Infrasonic Wave101 .完成课后习题10.7,10.8,10.10,10.1310.14,10.18,10.21,10.24,10.292 .讨论超声的应用课程目标 1,2,3第三章1 .Coherent Light;2 .Youngs Double-slit Interference, Lloyd Mirror;3 .Optical Path, Film Interference;4 .Wedge, Newtons Ring;5 .Michelson Interferometer101 .完成课后习题 11.8,11.9,11.11,11.12,

12、11.14,11.15,11.21,11.232 .自学原子的发光机理课程目 标 1,2,3第四章1 .The Diffraction of Light;2.Single-slit Diffraction;3.Hole Diffraction, the Resolution Capability of Optical Instruments;4,Diffraction Grating81.完成课后习题11.24,11.25,11.26,11.27,11.29,11.30,11.32课程目 标1,3第五章1. The Polarization of Light, Malus Law;2. The

13、 Polarization of Reflected Light and Refracted Light;3. The Birefringence;4. Topic: Laser81 .完成课后习题 11.34,11.35,11.36,11.37,11.392 .小组讨论：激光的产生和 应用课程目 标123第六章1. The fundamental Laws of Geometrical Optics;2. The catoptric imaging and the dioptric imaging of light on the plane;3. Catoptric imaging and

14、dioptric imaging of light on spherical surface;4. Thin lens81.完成补充练习课程目 标1,2第七章Absorption, Dispersion and Scattering of Light41 .完成补充练习2 .小组讨论：生活中的光学 现象课程目 标 1,2,3第八章1 .Blackbody Radiation, Plancks Energy Quantum Assumption;2 . Photoelectric Effect;3 .ComptonEffect, Wave-ParticleDuality of Light4 .D

15、e Broglie Wave, Wave-Particle Duality of Material Particle81.完成课后习题15.8,15.9,15.11,15.13,15.12,15.14,15.21,15.23课程目 标1,2五、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核到课率、课堂讨论发言活跃程度、 平时作业、课后答疑、3次小测验点名、提问及作、也批改情 况，小测验成绩50%期末考核闭卷50%考核类别考试成绩登记方式百分制六、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：1、物理学下册（英文版），马文蔚，高等教育出版社，第五版2、光学，M.H.Freeman ,世界图书出版社，第11版（二）主要参考书：物理学下册，马文蔚，高等教育出版社，第五版光学教程，姚启钧，高等教育出版社，第四版