《光学1》课程教学大纲

《光学1》教学大纲一、课程基本信息课程名称光学Optics课程编码SCC521111020开课院部理学院课程团队光学教学团队学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时0适用专业地球物理学授课语言中文先修课程高等数学（2-1）、高等数学（2-2）、力学、热学、电磁学课程简介（必修）《光学》课程是地球物理学专业的基础课程，以光的本性、光的干涉和衍射、成像、典型光学仪器、光的偏振、光在晶体中的传播和光与物质相互作用等内容作为主要内容，是继《力学》、《热学》和《电磁学》之后又一门重要的基础理论课程。通过本门课程的教学，使学生系统地掌握光学的基本原理和基本知识，对各种光学现象，如光的反射折射、成像、干涉、衍射、偏振、光的波动性和粒子性等现象能够建立起鲜明的物理图像，能够掌握各种光学仪器的原理和应用，并能应用科学的观点解释生活中的各种光学现象，培养学生分析问题和解决问题的能力，为毕业后从事与物理相关的科学研究、教学和其它工作打下良好的基础。Opticsisabasiccourseofgeophysics.Itmainlyintroducesthenatureoflight,thespreadoflight,interferenceanddiffractionoflight,imaging,typicalopticalinstruments,thepolarizationoflight,lightinthecrystal,absorption,dispersionandscatteringoflight,interactionbetweenlightandmatteretc.Itisanimportantbasictheoreticalcoursetogetherwith“Mechanics”,“Thermalphysics”and“Electromagnetism”.Inthecourse,studentscansystematicallymasterthebasicprinciplesandbasicknowledgeofoptics,establishaclearphysicalimageofreflectionandrefraction,imaging,interference,diffraction,polarization,waveandparticlepropertiesofoptics,masterthedevelopmentofmodernopticsandthebasicconceptsandprinciplesofmodernoptics,andcultivatetheabilityofanalyzingopticsproblemsandsolvingopticalproblems.Aftertheopticscourse,studentsshouldobtaingoodopticsfoundationforscientificresearch,teachingandotherrelatedworkaftergraduation.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：学生将掌握有关光的本性、光的传播、光的波动性和量子性，包括成像、干涉、衍射、偏振、反射和折射、吸收与散射、光与物质的相互作用等现象的基本原理、基本规律和相关仪器，并能够解释光的传播、干涉、衍射、偏振、光与物质相互作用的相关现象。否1.22M2目标2：了解光学在科研、生产和实践上的应用，了解现代光学的发展趋向。能够列举近现代光学的相关技术及基本仪器。能运用光学原理分析光学器件的结构和用途。是5.14.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第0章绪论本章重点难点：光的本性。/////20.1光学的研究内容和方法光学的研究内容和方法。M2,M30.5讲授0.5自学资料30.2光学发展简史光的本性光学发展简史和光的本性。M20.5讲授0.5自学资料4第一章光的干涉本章重点难点：相干条件，等倾干涉和等厚干涉。/////51.1波动的独立性、叠加性和相干性电磁波的传播速度和折射率，光的强度，机械波的独立性和叠加性，干涉现象是波动的特性，相干与不相干叠加。M11.3讲授1.3作业61.2由单色波叠加所形成的干涉图样相位差和光程差，干涉图样的形成。M10.7讲授0.7课后作业71.3分波面双光束干涉光源和机械波源的区别，获得稳定干涉图样的条件，典型的干涉实验。M11.5讲授1.5课后作业81.4干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性干涉条纹的可见度。M10.3讲授0.3课后作业91.5菲涅耳公式菲涅耳公式，半波损失的解释。M2,M30.3讲授0.3自学资料101.6分振幅薄膜干涉（一）——等倾干涉单色点光源引起的干涉现象，单色发光平面所引起的等倾干涉条纹。M11讲授1课后作业111.7分振幅薄膜干涉（二）——等厚干涉单色点光源所引起的等厚干涉条纹。M11.5讲授1.5课后作业121.8迈克耳孙干涉仪基本原理，迈克耳孙干涉仪的应用。M10.6讲授0.6课后作业131.9光的干涉应用举例牛顿环检查光学元件的表面，测量长度的微小改变，牛顿环。M10.8讲授0.8课后作业14第二章光的衍射本章重点难点：惠更斯¬-菲涅耳原理的物理意义，夫琅禾费单缝衍射，平面衍射光栅。/////152.1惠更斯-菲涅耳原理光的衍射现象，惠更斯原理，惠更斯-菲涅耳原理。M2,M31讲授1自学资料162.2菲涅耳半波带菲涅耳衍射菲涅耳半波带，合振幅的计算，圆孔的菲涅耳衍射，圆屏的菲涅耳衍射，波带片。M11讲授1课后作业172.3夫琅禾费单缝衍射实验装置与衍射图样的特点，强度的计算，衍射图样的光强分布，单缝衍射图样的特点。M11讲授1课后作业182.4夫琅禾费圆孔衍射夫琅禾费圆孔衍射。M11讲授1课后作业192.5平面衍射光栅实验装置和现象的定性解释，衍射光强分布，干涉和衍射的区别和联系，光栅方程，谱线的半角宽度，谱线的缺级，光栅光谱。M12讲授2课后作业20第三章几何光学的基本原理本章重点难点：符号法则，薄透镜物像公式。/////213.1几个基本概念和定律费马原理光线与波面，几何光学的基本实验定律，费马原理，单心光束，实物，实像和虚像。M10.6讲授0.6课后作业223.2光在平面界面上的反射和折射光导纤维光在平面上的反射，全反射，光导纤维。M2,M30.5讲授0.5自学资料233.3光在球面上的反射和折射符号法则，球面折射对光束单心性的破坏，近轴光线条件下球面折射的物像公式，高斯公式和牛顿公式。M10.9讲授0.9课后作业243.4光连续在几个球面界面上的折射虚物的概念共轴光具组，逐个球面成像法，虚物的概念。M10.4讲授0.4课后作业253.5薄透镜近轴条件下薄透镜的成像公式，横向放大率。M11.6讲授1.6课后作业263.6近轴物近轴光线成像的条件近轴物在近轴光线条件下球面折射成像的物像公式。M11讲授1课后作业27第四章光学仪器的基本原理本章重点难点：望远镜，显微镜的原理，放大率和分辨本领。/////284.1助视仪器的放大本领放大本领的概念，放大镜。M20.6讲授0.6自学资料294.2显微镜的放大本领显微镜的光路图，显微镜的放大本领。M10.6讲授0.6课后作业304.3望远镜的放大本领开普勒望远镜，伽利略望远镜，反射式望远镜。M20.6讲授0.6自学资料314.4助视仪器的像分辨本领分辨本领，人眼的分辨本领，望远镜物镜的分辨本领，显微镜物镜的分辨本领。M10.8讲授0.8课后作业324.5分光仪器的色分辨本领光栅光谱仪的色分辨本领。M11讲授和讨论0.8课后作业33第五章光的偏振本章重点难点：各种偏振光的产生及鉴别方法。/////345.1自然光与偏振光光的偏振性，自然光与偏振光。M20.5讲授0.5自学资料355.2线偏振光与部分偏振光由二向色性产生的线偏振光。M10.5讲授0.5课后作业365.3光通过单轴晶体时的双折射现象双折射现象，光轴、主平面，o光和e光的相对强度。M11讲授1课后作业375.4光在晶体中的波面o光和e光在晶体中的波面。M10.5讲授0.5课后作业385.5光在晶体中的传播方向单轴晶体内o光与e光的传播方向，单轴晶体的主折射率。M10.5讲授0.5课后作业395.6偏振器件波片M10.5讲授0.5课后作业405.7椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光的描述，椭圆偏振光和圆偏振光的获得，自然光改造成椭圆偏振光或圆偏振光。M11.5讲授和讨论1.5课后作业415.8偏振态的实验检验线偏振光的检验，圆偏振光和椭圆偏振光的检验，补偿器。M11讲授1课后作业42第六章光的吸收、散射和色散本章重点难点：光的吸收、散射和色散的现象分析。/////436.1光的吸收一般吸收和选择吸收，朗伯定律，吸收光谱。M10.6讲授0.6课后作业446.2光的散射非均匀介质中散射的经典图像，散射和反射、漫反射和衍射现象的区别，瑞利散射，散射光的偏振性，散射光的强度，分子散射。M10.6讲授0.6课后作业456.3光的色散色散的特点，正常色散与反常色散。M1,M21.2讲授和讨论1.2自学资料四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.每周布置5-8道题目，平均每次课3道题以上。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生对光学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力题型主要有作图、分析和计算题。20%2汇报和讨论1.每位学生完成一个调研汇报。2.成绩采用百分制，根据汇报和回答问题情况完成情况评分。3.考核学生对光学知识的掌握和自主学习能力，汇报和答辩能力。20%3大作业1.本课程包含2次文献调研大作业。调研大作业要求学生完成关于成像、偏振、光谱仪器及光与粒子相互作用等方面的调研报告。2.调研大作业根据学生调研报告撰写情况评分。3.考核学生对光学知识的资料收集整理和汇总撰写能力。10%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对光学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有填空题、简答题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业30%A-独立思考、按时完成，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完成，解题思路不清晰，或步骤不完整，或答案不准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱。2M2汇报和讨论50%A-语言表述准确清晰，逻辑合理，结论准确。回答问题准确。B-语言表述较为准确，逻辑较合理，结论较准确。回答问题较准确。C-语言表述不准确或逻辑不合理或结论不准确，或不能就所讨论问题做出合理回答。D-汇报表述不清，逻辑不合理，结论不准确。对所讨论问题不能做出合理回答。3M2大作业50%A-调研报告逻辑清晰，格式规范，结论准确。B-调研报告逻辑较为清晰，格式较规范，结论较准确。C-调研报告逻辑不清晰或格式不规范。D-调研报告逻辑混乱，照搬抄袭。4M1期末考试70%（见试卷评分标准）评分等级说明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59]六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书|光学教程（第六版