物理學習指南/光學

物理學習指南 (列印版本)

單位	線性運動	力	動量	正壓力和摩擦力	功	能量
扭矩 & 圓周運動	流體	場	重力	波	波泛音	駐波	聲音
熱力學	電	磁	光學
物理常數	摩擦係數	希臘字母	對數	向量和標量	其他主題

光

光是人類眼睛可見的電磁能量範圍，即可見光顏色。光輻射不僅包括可見光範圍，還包括更廣泛的不可見電磁輻射，這些輻射的行為方式與可見光輻射類似，但通常需要其他發射器或接收器才能檢測到。根據實驗問題的型別，光——光輻射表現為波或粒子，稱為光波或光子。光子的產生或消失需要電子——電磁電荷，它們會改變能量。

光在真空中傳播速度最快。

c=299,792,458{\frac {m}{s}}

在波中，我們必須區分能量的傳輸速度或定義頻率的波的相位狀態的傳輸速度。在真空中，任何光子能量——波長的波的速度都相同，但透過材料的傳輸速度取決於波長——光子能量。當真空中的光速測量達到長度單位米的不確定度時，這個基本單位在1960年得到了新的定義，基於時間單位。根據已知的最佳測量值，它被定義為沒有任何長度不確定性，即光速為每秒299,792,458米。因此，光速中唯一的誤差是時間單位秒的實現誤差。（如果你想獲得長度標準，可以與製表師合作）。

然而，當電磁輻射進入折射率為 $n$ 的介質時，其速度將變為

c_{n}={\frac {c}{n}}

其中 $c_{n}$ 是光在介質中的速度。

折射

折射發生在光從一種介質傳播到另一種介質時（例如，從空氣傳播到水中）。折射是由於光速變化而導致的光傳播方向發生變化。當光從一種介質傳播到一種更密的介質時，折射會向法線方向彎曲。例如，當光從空氣傳播到一塊玻璃中時，光會向法線方向彎曲。入射光線與折射光線的正弦之比與折射率之比相同。

{\frac {\sin(\theta _{i})}{\sin(\theta _{r})}}={\frac {n_{r}}{n_{i}}}\quad {\text{or}}\quad n_{i}\sin(\theta _{i})=n_{r}\sin(\theta _{r})

這被稱為斯涅耳定律——一個容易記住的方法是“斯涅耳”是“透鏡”的反寫。

反射鏡和透鏡

焦距

{\frac {1}{d_{i}}}+{\frac {1}{d_{o}}}={\frac {1}{f}}

$f$ $f$ 是焦距。
- $f$ 在凸面鏡和凹透鏡中為負值。
- 凹面鏡和凸透鏡中，焦距 $f$ 為正。
像到鏡面或透鏡的距離 $d_{i}$ $d_{i}$ 。
- 對於鏡面，如果像是出現在鏡面前方，則 $d_{i}$ 為正；如果像是出現在鏡面後方，則 $d_{i}$ 為負。
- 對於透鏡，如果像是出現在與光源相反的一側，則 $d_{i}$ 為正；如果像是出現在與光源相同的一側，則 $d_{i}$ 為負。
物體到鏡面或透鏡的距離 $d_{o}$ （始終為正）。只有在沒有真實物體，而是存在虛物體（來自另一個光學系統的會聚光束）的情況下， $d_{o}$ 才會為負。
記憶公式的一個簡單方法是記住“如果我做，我就死”（If I Do I Die），它代表 $1/f=1/d_{0}+1/d_{i}$ 。

放大倍數

M={\frac {h_{i}}{h_{o}}}=-{\frac {d_{i}}{d_{o}}}

$M$ $M$ 為放大倍數。
- 如果放大倍數為正，則像是正立的。
- 如果放大倍數為負，則像是倒立的。
$h_{i}$ 為像高。
$h_{o}$ 為物高。
$d_{i}$ $d_{i}$ 也是像距，常記作 $v$ $v$ 。
- 對於鏡面，如果像是出現在鏡面前方，則 $d_{i}$ 為正；如果像是出現在鏡面後方，則 $d_{i}$ 為負。
- 對於透鏡，如果像是出現在與光源相反的一側，則 $d_{i}$ 為正；如果像是出現在與光源相同的一側，則 $d_{i}$ 為負。
$d_{o}$ 也是物距，常記作 $u$ 。