崔宏滨物理系凝聚态物

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1、崔宏滨物理系凝聚态物理专业实验室：物理楼221室Tel：3607624Email：hbcui@ustc.edu.cn助教杨正:zyang@mail.ustc.edu.cn赵宁波:nbzhao@mail.ustc.edu.cn绪论细推物理须行乐，何用浮名绊此身？——杜甫《曲江二首》之一人每时每刻都在呼吸着，所以并不觉得呼吸是一种幸福。但如果不能呼吸了，将会怎样？物理学对于我来说就像呼吸一样。——李政道一、关于物理学物理学是一门自然科学，我们反复学习、必须学习。这是为什么？说明物理学在我们的人生中是十分重要的。物理学

2、有多么重要？难道是王婆卖瓜吗？计算机有多么重要？计算机是集合了最先进科技成果的产品。与其说是计算机改变了我们的社会，不如说是量子力学，或者Einstein改变了这一切。二．物理学的研究方法1．物理学是一门实验科学一切结论都来自于实验，一切结论都要经过实验的检验。2．物理学的理论体系《自然哲学的数学原理》，Newton著物理学的研究对象——自然的原理。物理学的理论体系——数学，用严格的数学理论阐述、推导和研究物理学的规律。可以说，物理学就是将自然界的原理用数学理论加以阐述的科学体系。3．物理模型为了概括对象的本质和

3、特征，需要建立研究对象的物理模型。所谓模型，就是模拟真实的一种形象化的构型。从模型，可以得出新的结论。结论必须同实验结果进行对比，“自洽”。新模型的建立，标志着新理论的建立，模型被修正，标志着物理学有了新的发展。三、光是什么？察其言而观其行，方能知其人。研究光的本质，必须从其现象开始。现象，则表现在光与物质的相互作用中。光在与不同物质的相互作用中，表现出不同的性质。可以用不同的物理模型对光进行描述。1、光的宏观表现传播定律：均匀介质中，光沿直线传播反射定律：i’=i折射定律：nsini=n’sini’光线模型光路

4、可逆原理光线如果沿原来反射和折射方向入射时，则相应的反射和折射光将沿原来的入射光的方向。如果物点Q发出的光线经光学系统后在Q’点成像，则Q’点发出的光线经同一系统后必然会在Q点成像。即物像之间是共轭的。QQ’几何光学中光的物理模型用直线或曲线段来表示光的路径，称为光线光线只表示光的路径，用来处理光的传播和成像问题，不涉及光的物理本质，是一种唯象的模型。在几何光学的范围内，无法定义和研究诸如波长、频率、能量和波速等物理量。Fermat原理PQ费马（Fermat）原理：两点间光的实际路径，是光程平稳的路径。（1679

5、年）光程：折射率×光所经过的路程，即nS。一般情况下为折射率的路径积分。平稳：极值（极大、极小）或恒定值。在数学上，用变分表示椭球面内两焦点间的路径，光程为恒定值在椭球面上一点作相切的平面和球面，则经平面反射的光线中，实际光线的光程最小，经球面反射的光线中，实际光线的光程最大。抛物面焦点发出的光，反射后变为平行光，汇聚在无穷远处，光程为极大值。由Fermat原理导出几何光学的实验定律（1）光的直线传播定律在均匀媒质中，两点间光程最短的路径是直线。（2）光的反射定律（3）光的折射定律（2）光的反射定律P‘是P点关于

6、Σ面的对称点。P，Q，O’三点确定平面Π。直线QP‘与反射面Σ交于O点。则易知当i’=i时，QO+OP为光程最短的路径。QPQ’P’O（4）物像之间的等光程性物点Q与像点Q‘之间的光程总是平稳的，即不管光线经何路径，凡是由Q通过同样的光学系统到达Q’的光线，都是等光程的。几何光学定律成立的条件1．光学系统的尺度远大于光波的波长。2．介质是均匀和各向同性的。3．光强不是很大。2、光与小尺度物体的作用1678年，Huygens提出光的波动学说。1801年，T．Young在光通过双孔的实验中，首次观察到了光的干涉现象。

7、1808年，Malus观察到了光的偏振现象，说明光是横波。1865年，Maxwell提出电磁波理论。后来证实光是电磁波。光的电磁波模型3、在原子尺度上的表现“紫外灾难”，1900年由Plank用量子假设解决。1905年，Einstein用量子假设成功解释光电效应。光具有波粒二象性，这也是一切量子现象的基本属性。波：几率波粒：分立的能量子，E=hω与几何光学时期的波动性和粒子性根本不同四、几何光学的应用——照相机单镜头反光照相机（SLR)旁轴取景器式照相机箱式照相机双镜头反光照相机成像镜头取景镜头底片底片镜头毛玻璃

8、反光板五棱镜反光板透反镜眼睛成像镜头镜头与反光板机械联动，实现调焦照相机的幅面与视角135相机底片：24×36120相机底片：60×60照相机的镜头为了获得高质量的影像，镜头通常由多组球面透镜构成，可以消除色差、像差、球差、彗差等。镜头的焦距24x36镜头的焦距与像的大小通过增大像距放大图像在镜头与相机之间加接圈（近摄接圈）标准镜头（standard-lens）f：45~