第二章 光的基本概念.ppt

第二章光的基本概念 第一节什么是光 第二节什么是可见光 第三节照度与亮度 第四节反射与透射 对光的解释物理学中有两种说法 一 粒子说二 电磁波说粒子说 光是粒子的学说 认为光是由粒子构成的 并由此解释了一些光的现象 有的则认为 光是由弹性粒子组成的粒子流 称这种粒子为光子 并用它解释光的折射 透射和反射现象 当光遇到非透明物体时会被阻挡 形成受光面 背光面或阴影 第一节什么是光 第一节什么是光 电磁波说 科学家提出光的传播是粒子振动的学说 认为光是粒子波动 是以球面波的形式传播的 从而解释了光的衍射和绕射现象 粒子说和电磁波说 光具有微粒性 又具有波动性 是波粒两象化的对立统一物 由具备一定质量 能量和动量的光子所组成 是无数带有能量的量子进行的波浪式运动 第二节什么是可见光 光是能的一种形式 是能引起人视觉的电磁波 占据电磁射线谱中的一小段 电磁射线谱中有无线电波 红外线 可见光线 紫外线 X射线和r射线 电磁波的波长的范围很宽 按照长度排列 最短的是r射线 最长的是无线电波 人眼能看到的可见光的波长为380 760纳米 1米 109纳米 第二节什么是可见光 在电磁波系统中 有的有引起人的视觉感受 有的则不能 有的具有极大的穿透能力 有的则有极大的增温能量 电磁波中可引起人的视觉感受的光 就是我们说的可见光 第二节什么是可见光 白色太阳光通过棱镜后 会分解成各种颜色的光 在白屏上形成一条彩色的光带 叫做光谱 第二节什么是可见光 一 照度 照度表示被照明物体表面在单位面积上所接受的光通量 即某物表面被照亮的程度 单位是勒克斯 lux 即E F S 其中E表示照度 单位为勒克司 流明 平方米 或尺 烛光 1流明 平方尺 10 764勒克司 S表示面积 单位为面积单位 F表示光通量 单位为流明 当1平方米面积上接受1流明的光道量时 即为1勒克司 第三节照度与亮度 如果已知条件不是光道量 而是光源的发光强度 E I 2cos 即照度与光源的发光强度 I 成正比 与距离平方 2 成反比 斜射面上的照度还与投射光的入射角的余弦函数 cos 有关 射到物体上的光线强度 大体上取决于光源的功率和设计及与物体的距离 它们之间的规律如下 第三节照度与亮度 第三节照度与亮度 1 照度大小与光源发光强度成正比 在距离不变时 光源越强照度越大 2 物体表面照度大小与光线投射方向有关 越垂直强度越大 3 在点状光源条件下 物体表面照度的大小与光源距离的平方成反比 即依平方反比定律 第三节照度与亮度 虽然定律针对点光源 但一般的灯光和闪光灯不是点光状的 这个定律对它们还是相当合用的 不过这个定律不适用于聚焦的光源 如聚光灯和幻灯机 因这些光源发出的光近乎平行光束 距离变大时 光线强度降低得很少 第三节照度与亮度 二 亮度亮度是指发光面 自发光面或透光面 反光面 上沿视线方向的单位面积上的发光强度 即是被摄体在一定的照明条件下所表现出的表面明亮程度 亮度的计算公式 B I S 亮度单位是烛光 平方米或尼特 B表示亮度 I表示发光强度 S表示单位面积 第四节反射与透射 一 光的反射投射到任何物体表面上的光线 一部分被物体吸收转化成热能 一部分被物体透射形成透射光 一部分被物体表面反射回空间形成反射光 第四节反射与透射 由于不同的物质表面反光率不相同 在同一照度下就会出现不同的亮度 下面探讨一下表面反射的各种情况 光学基本定律指出 物体表面对光的反射遵守入射角等于反射角的规律 如下图 N为法线方向 z n 第四节反射与透射 由于物质表面结构的不同 物质对光的反射性质也不同 物质对光的反射形态基本上有三种 即镜面反射 漫反射及半漫反射 一 镜面反射光滑的物体表面产生的反射光呈镜面反射的性质 第四节反射与透射 1 只有在反射角A点位置上 可以在物体表面上看到B光源的影像 其亮度接近于光源强度 在其他方位上 如B和C点上 物体表面呈无光状态 第四节反射与透射 2 反射光束与入射光束相同 不发生性质变化 比如 若入射光是平行光束 则反射光亦为平行光束 不发生形态变化 二 漫反射如果物体表面是粗糙的 不规则的 那么 光线投射上去以后就向各个方向散射 这种反射光就叫漫反射光 第四节反射与透射 2 漫反射光的强度远小于入射光 而且在非反射角度的视点上看 物体表面都很亮 3 漫反射光的物体表面上看不见光源的影像 三 半漫反射物体的表面介于光滑与粗糙之间 对光的反射也介于二者之间 呈半漫反射 即散射 性质 1 半漫反射光具有一定的方向性 如图 在反射角方向 虽看不到光源的影像 但能看到较淡的亮斑 第四节反射与透射 2 在非反射角的方位上 也可以看到物体表面的亮光 这种半漫反射的物体表面亮度 在光源条件不变的情况下 从不同方向上看是不相同的 第四节反射与透射 从光滑到粗糙的所有物体表面 大多数都是直接地反射一部分光线 同时散射其余光线 反射的这些特性在摄影用光上非常重要 比如 在拍摄不同表面形态的物体时 可根据其具体情况适当地设计和安放灯具和反光器材 以达到预期的效果 第四节反射与透射 二 光的透射 一 透射光光有穿透作用 当光波射到透明物体上时 一部分被反射出来 少量被物体吸收 大部分能穿过透明物体继续前进一这种现象叫光的透射 当光线从一定密度的介质中斜向射入另一介质时 会改变方向 垂直射入的光线不会偏离原来的方向 离开垂直线的角度越大 光线的弯曲越大 这样的弯曲叫做折射 第四节反射与透射 光的折射定律 1 入射光线 折射光线和通过入射点且垂直于两介质界面的法线都位于同一平面内 入射线和折射线分别在法线N两侧 2 入射角正弦和折射角正弦的比值等于光在两种介质中的传播速度之比 第四节反射与透射 折射角的大小由两种因素决定 a 是光的入射角的大小 b 是两种介质的性质 二 透射光对摄影的影响光的透射 在摄影中起着很大的作用 被摄物体的反射光穿过相机镜头 是一组透镜 的镜片 聚焦在感光胶片上 就形成了影像 第四节反射与透射 光的透射还有两个规律 一是透明物体是有色体时 透射后的光线便带有这种物体的颜色 二是当光线透射过透明物体时