第二章光的基本概念

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1、第二章第二章 光的基本概念光的基本概念 第一节第一节 什么是光？什么是光？ 第二节第二节 什么是可见光？什么是可见光？ 第三节第三节 照度与亮度？照度与亮度？ 第四节第四节 反射与透射？反射与透射？ 对光的解释物理学中有两种说法：对光的解释物理学中有两种说法： 一、粒子说一、粒子说 二、电磁波说二、电磁波说 粒子说：光是粒子的学说，认为光是由粒子构粒子说：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，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。光是由弹性粒子组成的粒子流，称这种粒子为光子。并用它解释光的并用它解释光的折

2、射、透射和反射现象。当光遇到折射、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、背光面或阴非透明物体时会被阻挡，形成受光面、背光面或阴影。影。 第一节第一节 什么是光？什么是光？ 第一节第一节 什么是光？什么是光？ 电磁波说电磁波说：科学家提出光的传播是粒子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波的形式传播的，从而解释了光的衍射和绕射现象。射现象。 粒子说和电磁波说粒子说和电磁波说：光具有微粒性，又光具有微粒性，又具有波动性，是波粒两象化的对立统一物，具有波动性，是波粒两象化的对立统

3、一物，由具备一定质量、能量和动量的光子所组成，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。是无数带有能量的量子进行的波浪式运动。 第二节第二节 什么是可见光？什么是可见光？ 光光是是能能的的一一种种形形式式，是是能能引引起起人人视视觉觉的的电电磁磁波波，占占据据电电磁磁射射线线谱谱中中的的一一小小段段。电电磁磁射射线线谱谱中中有有无无线线电电波波、红红外外线线、可可见见光光线线、紫紫外外线线、X射射线线和和r射射线线。电电磁磁波波的的波波长长的的范范围围很很宽宽，按按照照长长度度排排列列，最最短短的的是是r射射线线，最最长长的的是是无无线线电电波波，人人眼眼能

4、能看看到到的的可可见见光光的的波波长长为为380760纳纳米米（1米米=109纳米）。纳米）。第二节第二节 什么是可见光？什么是可见光？ 在电磁波系统中，有的有引起人的视在电磁波系统中，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。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，就电磁波中可引起人的视觉感受的光，就是我们说的可见光。是我们说的可见光。 第二节第二节 什么是可见光？什么是可见光？ 白色太阳光通过棱镜后，会分解成各种颜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

5、色的光，在白屏上形成一条彩色的光带，叫做光谱。光谱。 第二节第二节 什么是可见光？什么是可见光？ 一、照度：一、照度： 照度表示被照明物体表面在单位面积上所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。单接受的光通量，即某物表面被照亮的程度。单位是勒克斯位是勒克斯(lux)。即。即EF/S，其中，其中E表示照表示照度，单位为勒克司（流明度，单位为勒克司（流明/平方米）或尺平方米）或尺烛烛光（光（1流明流明/平方尺平方尺10.764勒克司），勒克司），S表表示面积，单位为面积单位；示面积，单位为面积单位；F表示光通量，单位表示光通量，单位为流明。当为流明。当1平方米面

6、积上接受平方米面积上接受1流明的光道量流明的光道量时，即为时，即为1勒克司。勒克司。 第三节第三节 照度与亮度照度与亮度 如果已知条件不是光道量，而是光源的如果已知条件不是光道量，而是光源的发光强度，发光强度，EI/2cos，即照度与光源，即照度与光源的发光强度（的发光强度（I）成正比，与距离平方（）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）成反比，斜射面上的照度还与投射光的入射角的余弦函数（射角的余弦函数（cos）有关。）有关。 射到物体上的光线强度，大体上取决于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。它们之光源的功率和设计及与物体的距离。它们之

7、间的规律如下：间的规律如下： 第三节第三节 照度与亮度照度与亮度 第三节第三节 照度与亮度照度与亮度 1照度大小与光源发光强度成正比、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。，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物体表面照度大小与光线投射方向有关，越垂直强度越大。向有关，越垂直强度越大。 3在点状光源条件下，物体表面照在点状光源条件下，物体表面照度的大小与光源距离的平方成反比，即依度的大小与光源距离的平方成反比，即依平方反比定律。平方反比定律。 第三节第三节 照度与亮度照度与亮度 虽虽然然定定律律针针对对点点光光源源，但但一一般般的的灯灯光光

8、和和闪闪光光灯灯不不是是点点光光状状的的，这这个个定定律律对对它它们们还还是是相相当当合合用用的的，不不过过这这个个定定律律不不适适用用于于聚聚焦焦的的光光源源，如如聚聚光光灯灯和和幻幻灯灯机机，因因这这些些光光源源发发出出的的光光近近乎乎平平行行光光束束，距距离变大时，光线强度降低得很少。离变大时，光线强度降低得很少。 第三节第三节 照度与亮度照度与亮度二、亮度二、亮度 亮度是指发光面（自发光面或透光面、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强度。即是被摄体在一定的照明条件下所表现出

9、的表面明亮程度。现出的表面明亮程度。 亮度的计算公式：亮度的计算公式：BI/S，亮度单，亮度单位是烛光位是烛光/平方米或尼特，平方米或尼特，B表示亮度，表示亮度，I表表示发光强度，示发光强度，S表示单位面积。表示单位面积。 第四节第四节 反射与透射反射与透射一、光的反射一、光的反射 投射到任何物体表面上的光线，一部分被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透射光，一部分被物体表面反射回空间形成反射光。射光。 第四节第四节 反射与透射反射与透射 由于不同的物质表面反光率不相同，在

10、同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。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，遵守入射角等于反射角的规律。如下图，N为为法线方向，法线方向，z= n。第四节第四节 反射与透射反射与透射 由于物质表面结构的不同，物质对光的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反射性质也不同。物质对光的反射形态基本上有三种：上有三种：即镜面反射、漫反射及半漫反射。即镜面反射、漫反射及半漫反射。

11、 ( (一一) )镜面反射镜面反射 光滑的物体表面产生的反射光呈镜面反光滑的物体表面产生的反射光呈镜面反射的性质。射的性质。 第四节第四节 反射与透射反射与透射 1只有在反射角只有在反射角A点位置上，可以在点位置上，可以在物体表面上看到物体表面上看到B光源的影像，其亮度接近光源的影像，其亮度接近于光源强度。在其他方位上于光源强度。在其他方位上(如如B和和C点上点上)，物体表面呈无光状态。，物体表面呈无光状态。 第四节第四节 反射与透射反射与透射 2反射光束与入射光束相同，不发生性质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，则反射变化。比如，若入射光是平行光束，则反射光亦

12、为平行光束，不发生形态变化。光亦为平行光束，不发生形态变化。 ( (二二) )漫反射漫反射 如果物体表面是粗糙的、不规则的，那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。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。这种反射光就叫漫反射光。 第四节第四节 反射与透射反射与透射 2漫反射光的强度远小于入射光，而且在非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。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。漫反射光的物体表面上看不见光源的影像。( (三三) )半漫反射半漫反射 物体的表面介于光滑

13、与粗糙之间，对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，呈半漫反射光的反射也介于二者之间，呈半漫反射(即即散射散射)性质。性质。 1半漫反射光具有一定的方向性，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。像，但能看到较淡的亮斑。第四节第四节 反射与透射反射与透射。 2在非反射角的方位上，也可以看到物体表面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源条件不变的情况下，从不同方向上看是不相同

14、的。同的。第四节第四节 反射与透射反射与透射 从光滑到粗糙的所有物体表面，大多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，同时散射数都是直接地反射一部分光线，同时散射其余光线。其余光线。 反射的这些特性在摄影用光上非常重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，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。和反光器材，以达到预期的效果。 第四节第四节 反射与透射反射与透射二、光的透射二、光的透射( (一一) )透射光透射光 光有穿透作用。当光波射到透明物体上

15、时，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能穿过透明物体继续前进一这种现象叫光的透射。射。 当光线从一定密度的介质中斜向射入另一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。的弯曲越大。这样的弯曲叫做折射。 第四节第四节 反射与透射反射与透射光的折射定律：光的折射定律：1入射光线、折射光线入射光线

16、、折射光线和通过入射点且垂直和通过入射点且垂直于两介质界面的于两介质界面的法线法线都位于同一平面内，入都位于同一平面内，入射线和折射线分别在法线射线和折射线分别在法线N两侧。两侧。2入射角正弦和折射角正弦的比值等于光在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。两种介质中的传播速度之比。 第四节第四节 反射与透射反射与透射折射角的大小由两种因素决定，折射角的大小由两种因素决定， a、 是光的入射角的大小。是光的入射角的大小。 b、 是两种介质的性质。是两种介质的性质。( (二二) )透射光对摄影的影响透射光对摄影的影响 光光的的透透射射，在在摄摄影影中中起起着着很很大大的的作

17、作用用。被被摄摄物物体体的的反反射射光光穿穿过过相相机机镜镜头头(是是一一组组透透镜镜)的的镜镜片片，聚聚焦焦在在感感光光胶胶片片上上，就就形形成成了了影像。影像。第四节第四节 反射与透射反射与透射光的透射还有两个规律：光的透射还有两个规律： 一一是是透透明明物物体体是是有有色色体体时时，透透射射后后的的光光线便带有这种物体的颜色；线便带有这种物体的颜色； 二二是是当当光光线线透透射射过过透透明明物物体体时时，一一部部分分光光波波被被反反射射，少少量量被被吸吸收收，所所以以透透射射的的光光比比直接投射的光要弱许多。直接投射的光要弱许多。 光光透透射射的的这这两两种种现现象象或或规规律律，可可以以指指导导我我们们在在摄摄影影中中对对光光线线的的强强弱弱和和色色泽泽加加以以控控制制。如滤色镜的应用。如滤色镜的应用。 第四节第四节 反射与透射反射与透射练习 思考题 1、 人眼所能看到的可见光波长是多少？人眼所能看到的可见光波长是多少？ 2、 镜面反射、漫反射和半漫反射的规律是镜面反射、漫反射和半漫反射的规律是 什么？什么？