《物理光思维导图》

1. 光的本质

1.1 波粒二象性

• 1.1.1 波的特性
  • 干涉：
    • 双缝干涉：杨氏双缝实验，条纹间距公式 (Δx = λL/d)，单色光，相干光源
    • 薄膜干涉：增透膜，减反膜，光程差计算，λ/4膜
  • 衍射：
    • 单缝衍射：明暗条纹，中央明纹最宽最亮
    • 圆孔衍射：爱里斑，泊松亮斑
  • 偏振：
    • 横波特性，偏振片，偏振方向，应用（液晶显示器，摄影）
    • 自然光与偏振光
  • 多普勒效应：
    • 频移，红移，蓝移，应用（测速，宇宙膨胀）
• 1.1.2 粒子的特性
  • 光电效应：
    • 爱因斯坦光电效应方程 (E_k = hν - W)
    • 光子能量 (E = hν = hc/λ)
    • 截止频率，截止波长
  • 康普顿效应：
    • 光子与电子碰撞，能量和动量守恒
    • 波长变化 (Δλ)
  • 光的强度与光子数量的关系： I = n hν (n为单位时间单位面积的光子数)

1.2 光的传播

• 1.2.1 光速
  • 真空光速 (c ≈ 3.0 × 10^8 m/s)
  • 介质中光速 (v = c/n, n为折射率)
• 1.2.2 光的直线传播
  • 影子的形成，日食，月食
  • 小孔成像
• 1.2.3 光的反射
  • 反射定律 (入射角 = 反射角)
  • 镜面反射，漫反射
• 1.2.4 光的折射
  • 折射定律 (n1sinθ1 = n2sinθ2)
  • 折射率 (n = c/v)
  • 全反射：
    • 发生条件：光从光密介质射向光疏介质，入射角大于临界角
    • 临界角 (sinC = 1/n)
    • 应用（光纤通信）

2. 几何光学

2.1 成像原理

• 2.1.1 实像
  • 实际光线会聚而成，可以呈现在光屏上，倒立（相对于物体）
• 2.1.2 虚像
  • 实际光线的反向延长线相交而成，不能呈现在光屏上，正立（相对于物体）
• 2.1.3 光路可逆原理

2.2 透镜

• 2.2.1 凸透镜
  • 会聚作用
  • 成像规律：
    • u > 2f，倒立缩小的实像
    • u = 2f，倒立等大的实像
    • f < u < 2f，倒立放大的实像
    • u = f，不成像
    • u < f，正立放大的虚像
• 2.2.2 凹透镜
  • 发散作用
  • 只能成正立缩小的虚像

2.3 光学仪器

• 2.3.1 照相机
  • 原理：凸透镜成倒立缩小的实像
  • 镜头焦距，光圈大小，曝光时间
• 2.3.2 投影仪
  • 原理：凸透镜成倒立放大的实像
  • 物距，像距，透镜焦距
• 2.3.3 望远镜
  • 折射式望远镜：物镜成倒立缩小的实像，目镜成正立放大的虚像
  • 反射式望远镜
  • 放大率
• 2.3.4 显微镜
  • 物镜成倒立放大的实像，目镜成正立放大的虚像
  • 放大率
• 2.3.5 人眼
  • 晶状体：相当于凸透镜
  • 视网膜：相当于光屏
  • 近视眼：晶状体过厚或眼球过长，像成在视网膜前，戴凹透镜矫正
  • 远视眼：晶状体过薄或眼球过短，像成在视网膜后，戴凸透镜矫正

3. 电磁波谱

• 3.1 电磁波的产生与传播
  • 麦克斯韦电磁场理论
  • 电磁波谱：无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，X射线，γ射线
  • 波长，频率，能量的关系 (E = hν = hc/λ)
• 3.2 不同波段的电磁波
  • 无线电波：通信，广播
  • 微波：微波炉，雷达
  • 红外线：热效应，遥控器，红外夜视仪
  • 可见光：人眼可感知的电磁波
  • 紫外线：杀菌，荧光，对人体有害
  • X射线：医学诊断，工业探伤
  • γ射线：核反应，放射治疗

4. 光的颜色

• 4.1 光的三原色
  • 红、绿、蓝
  • 加色法
• 4.2 物体的颜色
  • 透明物体的颜色：由透过的色光决定
  • 不透明物体的颜色：由反射的色光决定
• 4.3 颜料的三原色
  • 品红、黄、青
  • 减色法