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新概念物理教程 光学(第二版)

面向21世纪课程教材

作者:
赵凯华
定价:
42.80 元
版面字数:
470千字
开本:
16开
装帧形式:
平装
版次:
2
最新版次
印刷时间:
2026年
ISBN:
978-7-04-051308-0
物料号:
51308-00
出版时间:
2021-02-24
读者对象:
高等教育
一级分类:
物理学与天文学类
二级分类:
物理学/应用物理学/天文学专业课程
三级分类:
力学

《新概念物理教程》是教育部“面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果,是面向21世纪课程教材。作为《新概念物理教程》光学卷,与已出版的力学、热学、电磁学、量子物理各卷配套,组成一个完整的基础物理课程教材体系。本卷共分光和光的传播,几何光学成像,干涉,衍射,变换光学与全息照相,偏振,光与物质的相互作用、光的量子性七章和两个附录。

本书可作为高等学校物理类专业的教材或参考书,特别适合物理学基础人才培养基地选用。对于其他理工科专业,本书也是教师备课时很好的参考书和优秀学生的辅助读物。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第一章 光和光的传播
        • §1. 光和光学
          • 1.1 光的本性
            • 1.2 光源与光谱
              • 1.3 光学的研究对象、分支与应用
              • §2. 光的几何光学传播规律
                • 2.1 几何光学三定律
                  • 2.2 全反射
                    • 2.3 棱镜与色散
                      • 2.4 光路的可逆性原理
                      • §3. 惠更斯原理
                        • 3.1 波的几何描述
                          • 3.2 惠更斯原理的表述
                            • 3.3 对反射定律和折射定律的解释
                              • 3.4 直线传播问题
                              • §4. 费马原理
                                • 4.1 光程
                                  • 4.2 费马原理的表述
                                    • 4.3 由费马原理推导几何光学三定律
                                    • §5. 光度学基本概念
                                      • 5.1 辐射能通量和光通量
                                        • 5.2 发光强度和亮度
                                          • 5.3 余弦发光体和定向发光体
                                            • 5.4 照度
                                              • 5.5 光度学单位的定义
                                              • 本章提要
                                                • 思考题
                                                  • 习题
                                                  • 第二章 几何光学成像
                                                    • §1. 成像
                                                      • 1.1 实像与虚像 实物与虚物
                                                        • 1.2 物方和像方 物与像的共轭性
                                                          • 1.3 物像之间的等光程性
                                                            • 1.4 等光程面
                                                            • §2. 共轴球面组傍轴成像
                                                              • 2.1 光在单个球面上的折射
                                                                • 2.2 轴上物点成像焦距、物像距公式
                                                                  • 2.3 傍轴物点成像与横向放大率
                                                                    • 2.4 逐次成像
                                                                      • 2.5 拉格朗日-亥姆霍兹定理
                                                                      • §3. 薄透镜
                                                                        • 3.1 焦距公式
                                                                          • 3.2 成像公式
                                                                            • 3.3 密接透镜组
                                                                              • 3.4 焦面
                                                                                • 3.5 作图法
                                                                                  • 3.6 透镜组成像
                                                                                  • §4. 理想光具组理论
                                                                                    • 4.1 理想成像与共线变换
                                                                                      • 4.2 共轴理想光具组的基点和基面
                                                                                        • 4.3 物像关系
                                                                                          • 4.4 理想光具组的联合
                                                                                          • §5. 光学仪器
                                                                                            • 5.1 投影仪器
                                                                                              • 5.2 照相机
                                                                                                • 5.3 眼睛
                                                                                                  • 5.4 放大镜和目镜
                                                                                                    • 5.5 显微镜
                                                                                                      • 5.6 望远镜
                                                                                                        • 5.7 棱镜光谱仪
                                                                                                        • §6. 光阑
                                                                                                          • 6.1 孔径光阑 入射光瞳和出射光瞳
                                                                                                            • 6.2 视场光阑 入射窗和出射窗
                                                                                                            • §7. 像差
                                                                                                              • 7.1 像差概述
                                                                                                                • 7.2 球面像差
                                                                                                                  • 7.3 彗形像差
                                                                                                                    • 7.4 正弦条件和齐明点
                                                                                                                      • 7.5 像散和像场弯曲
                                                                                                                        • 7.6 畸变
                                                                                                                          • 7.7 色像差
                                                                                                                            • 7.8 小结
                                                                                                                            • §8. 像的亮度、照度和主观亮度
                                                                                                                              • 8.1 像的亮度
                                                                                                                                • 8.2 像的照度
                                                                                                                                  • 8.3 主观亮度
                                                                                                                                  • 本章提要
                                                                                                                                    • 思考题
                                                                                                                                      • 习题
                                                                                                                                      • 第三章 干涉
                                                                                                                                        • §1. 波的叠加与干涉
                                                                                                                                          • 1.1 波的描述
                                                                                                                                            • 1.2 波的叠加原理
                                                                                                                                              • 1.3 两个点波源的干涉
                                                                                                                                              • §2. 杨氏实验 光场的空间相干性
                                                                                                                                                • 2.1 杨氏双缝干涉实验
                                                                                                                                                  • 2.2 一些其它干涉装置
                                                                                                                                                    • 2.3 干涉条纹的移动
                                                                                                                                                      • 2.4 普通光源发光微观机制的特点
                                                                                                                                                        • 2.5 光源宽度对干涉条纹衬比度的影响
                                                                                                                                                          • 2.6 光场的空间相干性
                                                                                                                                                          • §3. 薄膜干涉(一)——等厚条纹
                                                                                                                                                            • 3.1 薄膜干涉概述
                                                                                                                                                              • 3.2 薄膜表面的等厚条纹
                                                                                                                                                                • 3.3 劈形薄膜的等厚条纹
                                                                                                                                                                  • 3.4 牛顿环
                                                                                                                                                                    • 3.5 等厚干涉条纹的观测方法及倾角的影响
                                                                                                                                                                      • 3.6 薄膜的颜色 增透膜和高反射膜
                                                                                                                                                                      • §4. 薄膜干涉(二)——等倾条纹
                                                                                                                                                                        • 4.1 无穷远的等倾条纹
                                                                                                                                                                          • 4.2 观察等倾条纹时扩展光源的作用
                                                                                                                                                                            • 4.3 薄膜干涉的定域问题
                                                                                                                                                                            • §5. 迈克耳孙干涉仪 光场的时间相干性
                                                                                                                                                                              • 5.1 迈克耳孙干涉仪的结构
                                                                                                                                                                                • 5.2 干涉条纹
                                                                                                                                                                                  • 5.3 光源的非单色性对干涉条纹的影响
                                                                                                                                                                                    • 5.4 傅里叶变换光谱仪
                                                                                                                                                                                      • 5.5 精密测长与长度的自然基准
                                                                                                                                                                                        • 5.6 光场的时间相干性
                                                                                                                                                                                          • 5.7 光场的相干性小结
                                                                                                                                                                                          • §6. 多光束干涉 法布里珀罗干涉仪
                                                                                                                                                                                            • 6.1 多光束干涉的强度分布公式
                                                                                                                                                                                              • 6.2 法布里珀罗干涉仪的装置和条纹的半峰宽度
                                                                                                                                                                                                • 6.3 法布里珀罗干涉仪在光谱学中的应用
                                                                                                                                                                                                • 本章提要
                                                                                                                                                                                                  • 思考题
                                                                                                                                                                                                    • 习题
                                                                                                                                                                                                    • 第四章 衍射
                                                                                                                                                                                                      • §1. 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理
                                                                                                                                                                                                        • 1.1 光的衍射现象
                                                                                                                                                                                                          • 1.2 惠更斯-菲涅耳原理
                                                                                                                                                                                                            • 1.3 巴比涅原理
                                                                                                                                                                                                              • 1.4 衍射的分类
                                                                                                                                                                                                              • §2. 菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射
                                                                                                                                                                                                                • 2.1 实验现象
                                                                                                                                                                                                                  • 2.2 半波带法
                                                                                                                                                                                                                    • 2.3 矢量图解法
                                                                                                                                                                                                                      • 2.4 菲涅耳波带片
                                                                                                                                                                                                                      • §3. 夫琅禾费单缝衍射和矩孔衍射
                                                                                                                                                                                                                        • 3.1 实验装置和实验现象
                                                                                                                                                                                                                          • 3.2 单缝衍射的强度公式
                                                                                                                                                                                                                            • 3.3 矩孔衍射的强度公式
                                                                                                                                                                                                                              • 3.4 单缝衍射因子的特点
                                                                                                                                                                                                                                • 3.5 几何光学的限度
                                                                                                                                                                                                                                • §4. 光学仪器的像分辨本领
                                                                                                                                                                                                                                  • 4.1 夫琅禾费圆孔衍射
                                                                                                                                                                                                                                    • 4.2 望远镜的分辨本领
                                                                                                                                                                                                                                      • 4.3 球面波照明条件下像面接收的夫琅禾费衍射
                                                                                                                                                                                                                                        • 4.4 显微镜的分辨本领
                                                                                                                                                                                                                                        • §5. 多缝夫琅禾费衍射和光栅
                                                                                                                                                                                                                                          • 5.1 实验装置和衍射图样
                                                                                                                                                                                                                                            • 5.2 N缝衍射的振幅分布和强度分布
                                                                                                                                                                                                                                              • 5.3 缝间干涉因子的特点
                                                                                                                                                                                                                                                • 5.4 单缝衍射因子的作用
                                                                                                                                                                                                                                                  • 5.5 黑白光栅和正弦光栅
                                                                                                                                                                                                                                                  • §6. 光栅光谱仪
                                                                                                                                                                                                                                                    • 6.1 光栅的分光原理
                                                                                                                                                                                                                                                      • 6.2 光栅的色散本领和色分辨本领
                                                                                                                                                                                                                                                        • 6.3 量程和自由光谱范围
                                                                                                                                                                                                                                                          • 6.4 闪耀光栅
                                                                                                                                                                                                                                                            • 6.5 棱镜光谱仪的色散本领和色分辨本领
                                                                                                                                                                                                                                                            • §7. 三维光栅——X射线在晶体上的衍射
                                                                                                                                                                                                                                                              • 7.1 晶体点阵 X射线
                                                                                                                                                                                                                                                                • 7.2 X射线在晶体上的衍射——布拉格条件
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 7.3 劳厄相和德拜相
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 本章提要
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 思考题
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 第五章 变换光学与全息照相
                                                                                                                                                                                                                                                                        • §1. 衍射系统产生的波前变换
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 1.1 从惠更斯-菲涅耳原理看衍射现象
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 1.2 衍射系统的屏函数 振幅变换函数与相位变换函数
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 1.3 平面波与球面波的波前函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 1.4 傍轴条件和远场条件
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 1.5 透镜的相位变换函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 1.6 棱镜的相位变换函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • §2. 阿贝成像原理与相衬显微镜
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2.1 阿贝成像原理
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2.2 空间频谱
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2.3 空间滤波与阿贝-波特实验
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2.4 相衬显微镜
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • §3. 傅里叶变换光学与光信息处理
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3.1 夫琅禾费衍射装置和衍射积分的标准形式
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3.2 傅里叶变换及其逆变换
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3.3 夫琅禾费衍射与傅里叶变换的关系
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3.4 相干光图像处理的4F系统
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 3.5 空间滤波实验举例
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • §4. 全息照相
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 4.1 全息照相步骤
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 4.2 全息照相的特点
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 4.3 全息照相的基本原理——无源空间边值定解
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 4.4 波前的全息记录
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 4.5 物光波前的重建
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 4.6 体全息
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 4.7 全息术的应用
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 本章提要
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 思考题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 第六章 偏振
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • §1. 光的横波性与五种偏振态
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 1.1 偏振现象与光的横波性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 1.2 偏振片
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 1.3 自然光
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 1.4 线偏振光
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 1.5 部分偏振光
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 1.6 圆偏振光
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 1.7 椭圆偏振光
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • §2. 光在电介质表面的反射和折射 菲涅耳公式
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2.1 菲涅耳反射折射公式
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2.2 反射率和透射率
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 2.3 斯托克斯的倒逆关系
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 2.4 相位关系与半波损失问题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 2.5 反射、折射时的偏振现象
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 2.6 从电磁理论推导光的反射、折射定律和菲涅耳公式
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2.7 全反射与隐失波
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • §3. 双折射
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 3.1 双折射现象和基本规律
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3.2 单轴晶体中的波面
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 3.3 晶体的惠更斯作图法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3.4 法向速度与射线速度 法向面与射线面
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3.5 折射率椭球
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3.6 双轴晶体
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • §4. 晶体光学器件 圆偏振光和椭圆偏振光的获得与检验
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 4.1 晶体偏振器
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 4.2 波晶片——相位延迟片
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 4.3 垂直振动的合成
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 4.4 圆偏振光和椭圆偏振光的获得
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 4.5 圆偏振光和椭圆偏振光通过检偏器后强度的变化
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 4.6 通过波晶片后光束偏振状态的变化
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 4.7 圆偏振光和椭圆偏振光的检验
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • §5. 偏振光的干涉及其应用
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 5.1 偏振器间的波晶片
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 5.2 色偏振
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 5.3 偏振光的干涉条纹
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 5.4 光测弹性术
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 5.5 克尔效应与泡克耳斯效应
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 5.6 会聚偏振光的干涉
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • §6. 旋光
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 6.1 石英的旋光现象
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 6.2 菲涅耳对旋光性的解释
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 6.3 旋光晶体内的波面
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 6.4 量糖术
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 6.5 磁致旋光——法拉第旋转
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 本章提要
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 思考题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 第七章 光与物质的相互作用 光的量子性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • §1. 光的吸收
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 1.1 光的线性吸收规律
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 1.2 复数折射率的意义
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 1.3 光的吸收与波长的关系
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 1.4 吸收光谱
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • §2. 光的色散
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 2.1 正常色散
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2.2 反常色散
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 2.3 一种物质的全部色散曲线
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 2.4 相速与群速
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • §3. 光辐射的理论
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 3.1 光的发射、吸收与色散的经典理论
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 3.2 辐射阻尼
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 3.3 辐射的量子图像
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 3.4 谱线的自然宽度及谱线增宽
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • §4. 光的散射
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 4.1 散射与介质不均匀尺度的关系
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 4.2 瑞利散射和米氏散射
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 4.3 散射光强的角分布与偏振状态
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 4.4 拉曼散射和布里渊散射
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • §5. 激光
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 5.1 激光概述
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 5.2 粒子数布居反转与光放大
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 5.3 激活介质中布居反转的实现
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 5.4 增益系数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 5.5 激光器中共振腔的作用
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 5.6 增益的阈值条件
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 5.7 激光器对频率的选择
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 5.8 激光光束的特性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • §6. 光的波粒二象性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 6.1 单光子实验
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 6.2 探测光子时概率波的坍缩
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 本章提要
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 思考题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 附录A 傅里叶变换 波包的速度
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 1. 周期函数的傅里叶级数展开
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 2. 傅里叶积分变换
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 3. 空间频谱
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 4. 波包的群速
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 5. 波包的能量速度
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 附录B 物理常量
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 习题答案
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 索引
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                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    课程网址: null

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