光学思维导图

《光学思维导图》

中心主题：光学

一、光的本质

• 波粒二象性
  • 波动性：
    • 干涉：杨氏双缝干涉、薄膜干涉、光程差、相干条件
    • 衍射：单缝衍射、圆孔衍射、衍射光栅、衍射极限
    • 偏振：横波性质、偏振片、布儒斯特角、光学活性物质
    • 多普勒效应：红移、蓝移、应用（测速）
  • 粒子性：
    • 光电效应：爱因斯坦光电效应方程、截止频率、光子能量、金属逸出功
    • 康普顿效应：光子与电子碰撞、波长变化
    • 黑体辐射：普朗克量子化假设、维恩位移定律、斯特藩-玻尔兹曼定律
    • 光子：能量、动量

二、几何光学

• 光的直线传播

  • 影子：本影、半影
  • 小孔成像
  • 日食、月食

• 光的反射

  • 反射定律：入射角等于反射角、入射光线、反射光线、法线共面
  • 平面镜成像：虚像、正立、等大、像距等于物距
  • 球面镜：
    • 凹面镜：会聚作用、实像（倒立、放大/缩小）、虚像（正立、放大）
    • 凸面镜：发散作用、虚像（正立、缩小）
    • 成像公式：1/u + 1/v = 1/f (符号约定)
    • 放大率：β = v/u

• 光的折射

  • 折射定律：斯涅尔定律 (n1sinθ1 = n2sinθ2)、折射率
  • 全反射：发生条件、临界角
  • 透镜：
    • 凸透镜：会聚作用、实像（倒立、放大/缩小）、虚像（正立、放大）
    • 凹透镜：发散作用、虚像（正立、缩小）
    • 成像公式：1/u + 1/v = 1/f (符号约定)
    • 放大率：β = v/u
    • 透镜组：等效焦距、等效光心
  • 棱镜：分光作用、色散、折射率与波长关系

• 成像

  • 实像：光线实际会聚形成，可投影
  • 虚像：光线反向延长线会聚形成，不可投影
  • 放大、缩小、等大
  • 正立、倒立

三、物理光学

• 光的干涉

  • 相干光源：频率相同、相位差恒定
  • 杨氏双缝干涉：条纹间距公式、明暗条纹条件
  • 薄膜干涉：增透膜、肥皂泡颜色、光程差计算
  • 迈克尔逊干涉仪：应用（精密测量）

• 光的衍射

  • 单缝衍射：明暗相间条纹、中央明纹最宽最亮
  • 圆孔衍射：艾里斑
  • 衍射光栅：多缝干涉、衍射公式
  • 衍射极限：分辨率、显微镜/望远镜

• 光的偏振

  • 横波的特征：偏振现象
  • 偏振片：检偏器、起偏器
  • 线偏振光、自然光
  • 应用：液晶显示、消除眩光

四、电磁波谱

• 无线电波：

  • 长波、中波、短波、超短波
  • 应用：通信、广播、电视

• 微波：

  • 波长较短的电磁波
  • 应用：雷达、微波炉、卫星通信

• 红外线：

  • 热效应
  • 应用：遥控、热成像、夜视仪

• 可见光：

  • 不同波长对应不同颜色
  • 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫

• 紫外线：

  • 化学效应、杀菌作用
  • 应用：消毒、医疗、荧光分析

• X射线：

  • 穿透性强
  • 应用：医疗透视、材料检测

• γ射线：

  • 能量极高
  • 应用：肿瘤治疗、核物理研究

五、光学仪器

• 眼睛：

  • 结构：角膜、晶状体、视网膜
  • 近视、远视、老花眼：成因、矫正
  • 视觉原理

• 照相机：

  • 镜头、光圈、快门
  • 成像原理：倒立、缩小、实像

• 望远镜：

  • 折射望远镜、反射望远镜
  • 放大倍数、分辨率

• 显微镜：

  • 物镜、目镜
  • 放大倍数、分辨率

• 投影仪：

  • 成像原理：倒立、放大、实像

六、颜色

• 颜色的产生：光的选择性吸收和反射
• 三原色：红、绿、蓝
• 颜料的三原色：红、黄、蓝
• 颜色的混合：
  • 加色法：光的混合
  • 减色法：颜料的混合
• 互补色：两种色光混合成白色