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光学教学笔记之总结 精选

已有 2711 次阅读 2020-1-12 22:47 |个人分类:大众物理学|系统分类:科普集锦


光学这门课属于大学普通物理,是国科大本科生的必修课。从2019年8月26日到2020年1月7日,一共上了37次课(每次两节),包括2次考试和6次习题课。这门课讲授的是光学的基础知识,我本来打算再讲一些激光光谱学的内容,让学生们对精密测量的原理和技术有些了解,但并没有做到。

在过去的四个多月里,我写了36篇光学教学笔记(包括本篇),此外还有10篇文章与这门课多少有些关系,所以一并汇总在这里。

最后再说几句老话,已经说过很多次了,但还是要说一下:

力学和光学是最贴近我们生活的物理学,它们比热学、电磁学和原子物理学更容易诉诸于我们的直接经验,而且并不需要太多的数学知识。掌握了它们,就掌握了大学普通物理学的一多半内容。

大学考试是合格性考试,与高考那样的选拔性考试完全不一样。只要上课来听听讲,总是能过去的,可是就连这个简单的要求,也有人做不到——而且他们并不是仅仅在这门课里没做到。10%甚至更多一些的学生,好像完全放弃了,我能看到这些现象,但是完全不知道为什么。

大家不要被所谓的“素质教育”骗了。现在大学里的教育仍然更接近于应试教育,虽然国科大已经在努力做得比这更好一些,但是,真正的素质教育需要的成本远远大于现实条件能够允许的程度。如果仅仅因为现实不符合你的预期,就连现在这些努力也完全放弃,那就太糟糕了——因噎废食乃至自暴自弃,都是要不得的。

 

光学教学笔记之总结 2020-1-12 22:47

光学这门课属于大学普通物理,是国科大本科生的必修课。从2019年8月26日到2020年1月7日,一共上了37次课(每次两节),包括2次考试和6次习题课。这门课讲授的是光学的基础知识,我本来打算再讲一些激光光谱学的内容,让学生们对精密测量的原理和技术有些了解,但并没有做到。 在过去的四个多月里,我写了36篇光学教 ...

光学教学笔记之期末考试 2020-1-9 17:39

那都是很好很好的,可是我偏不喜欢。 最后一堂光学课是去年的12月 30 日,期末考试是 2020 年 1 月 7 日。七个考场同时考试,每个老师自己出题和判卷。我的考卷有 13 道题目: 10 道简答题,每道题 7 分; 3 道大题,每道题 10 分。每道题有好几个小问,没有任何复杂的计算(计算难 ...

谈谈第四种导热方式:真空声子传热 2019-12-26 22:06

热有三种传递方式:传导、对流和辐射。最近出现了第四种导热方式—— 真空声子传热:改写教科书的第 4 种热传递方式被发现了 。研究报告刚刚发表在Nature杂志上。 我觉得,这篇文章又一次验证了卡斯米尔力的存在( 光学教学笔记之真空不空 )。 器件制作和测量都很不容易,但是理论上的意 ...

光学教学笔记之吾能大子之门 2019-12-25 16:33

不愤不启,不悱不发。 举一隅不以三隅反,则不复也。 倒数第二次课,本来打算借用ppt把衍射部分的内容再讲一遍,但是我在班车上改了主意:还是让同学们自己问问,他们下班学期有哪些部分不太懂吧——可以借机讲一讲,如果太多的人搞不懂的话,也可以考虑在期末考试里避开雷区。 然而并没有什么效 ...

 光学教学笔记之真空不空 2019-12-23 22:02

四大本空,五蕴非有。 光具有波粒二象性。大学普通物理的光学,对波动性讲得多一些,而粒子性基本停留在高中物理的光电效应。这里稍微补充几句。 依据光的波矢(反映了光的运动方向和波长)和偏振,可以划分光子的状态。对于光子构成的体系(比如说,由黑体构成的光学腔体),如果能够达到 ...

物理学交流的语言 2019-12-23 19:12

《物理》 2019 年第 期,第 256-257  物理学交流的语言 几年前,我和几个朋友聊天的时候,大家谈起了各自都是如何思考问题的,又是如何交流的。我们都能说英语,分别来自中国、日本、韩国、美国、德国和以色列,但是有的母语就是英语,有的可以熟练地用英语进行口头交 ...

光学教学笔记之白云苍狗 2019-12-20 16:32

蓝蓝的天上白云飘,白云下面马儿跑。 天空为什么是蓝的?晨雾为什么是白的?一缕青烟又是怎么回事情?只要你学过一点儿光学,或者看过一些科普,就知道这都是因为光的散射。 一束光在均匀的透明介质里行进,你从侧面看,并不能看到它;如果介质不均匀(比如说正在打扫的教室),就可以从侧 ...

光学教学笔记之大作业总结 2019-12-18 22:44

光学课程大作业共 10 分,包括两个部分, WPS 软件练习(3分)和光学现象的描述(7分)。 55 人全都提交了大作业。提交的截止时间是 12  15  23:55 ,在结束前的一个小时,还有 人没有提交。 看过一遍后,我发现了一些问题。 一些共性的问题: WPS ...

光学教学笔记之几种速度 2019-12-18 21:50

光的传播有几种重要的速度:相速度、群速度和信息传播速度。关于它们的区别,课本上已经讲得很好了,曹则贤老师在《物理学咬文嚼字》里也有一篇文章(附在后面),我就不讲了,简单说几个重点。在真空中,这三个速度都等于光速,因为真空没有任何色散,折射率对于所有频率的光都是 1 。在非真空介质中 ...

贝尔纳:《科学的社会功能》绪论 2019-12-15 20:15

《科学的社会功能》 第一部分科学现在所起的作用 第一章绪论 J. D. 贝尔纳 著,陈体芳 译, 张今 科学面临的挑战 什么是科学的社会功能呢?在一百年或甚至在五十年以前,即使对科学家自己来说,这也会是一个奇怪的,几乎没有意义的问题,对于行政官员或普通公民来说 ...

光学教学笔记之少见多怪 2019-12-15 19:59

少所见,多所怪,睹橐驼,谓马肿背。 牛顿用棱镜把白光分解为不同的颜色,揭示了太阳光的奥秘。我们现在知道,这是因为玻璃对不同颜色光的折射率不一样。除了真空以外,任何物质对光的折射率都依赖于波长,这就是色散。在可见光波段里,透明材料的折射率通常是随着波长的增大而减小 ...

 光学教学笔记之隐形斗篷 2019-12-12 10:04

在忽悠人的科学新闻里,隐形斗篷(invisibility cloak)是我的最爱:把照相机里的光圈换个时髦的名字隐形斗篷,就引起了《时代》和 CCTV 的关注。 http://blog.sciencenet.cn/blog-1319915-832862.html我本以为,这个戏法已经讲得很明白了,可是这几年里还经常看到,现在又出现了 ...

光学教学笔记之AMES教学会议 2019-12-11 15:20

我在中科院已经工作了17年了,不算指导研究生,从事正式的教学工作也已经 10 年了。 2008-2009学年春季学期,开始在研究生院给一年级研究生讲授《半导体量子电子器件物理》。那时候,以前的授课老师退休了,而半导体研究所在研究生院一共只开了两门课,不想就此中断一半的课程。当时不好讲条件,所以基本 ...

光学教学笔记之老调重弹 2019-12-2 19:32

今天讲了讲光的强度和激光器。 激光其实就是高效率地利用有限的能量。自然光源就是吃大锅饭,哪个模式都不落下,比如说太阳,普照四方。激光不搞利益均沾,而是要集中力量做大事,把能量集中到为数不多的几个模式里,所以方向性好、亮度高。这是在空间上集中力量,还可以在时间上集中力量,把光能在很短 ...

未来已来:观棋者化身为天神 2019-11-29 22:32

千年未有之大变局 人类自以为是万物之灵,只有自己才能理解大自然的奥秘。 三年前,谷歌公司的DeepMind人工智能团队震惊了全世界,AlphaGo战胜了围棋世界冠军李世石。随后,AlphaZero横空出世,只要告诉他围棋规则,不需要学习人类的下棋技巧,自己从零开始学习,就可以取 ...

[转载]费曼:探究世界的游戏规则 2019-11-29 10:45

著名物理学家费曼把科学研究视为观看天神的游戏,发现物理学规律就是努力探究世界的游戏规则。 在《发现的乐趣》 这本书里,讲得比较简明: 我们为了理解自然规律所做的事情,有一个好玩的类比,那就是上帝在玩一个巨型游戏。比如说下象棋吧,你不知道这个游戏的规则,但是可以 ...

光学教学笔记之赏罚二柄 2019-11-29 09:37

什么是政治?政治就是把敌人的人搞得少少的,把自己的人搞得多多的! 偏振是光的基本属性。对于一束光,你不仅想知道它的波长,还想知道它的偏振。波长可以利用棱镜(色散)或者光谱仪(干涉)来测量,偏振怎么测量呢?简单啊,只要找个对偏振状态敏感的探测器就可以了——这是物理学家的惯用伎 ...

光学教学笔记之厚此薄彼 2019-11-28 21:19

没有偏爱就没有歧视,没有歧视就没有伤害。 光是电磁波。电磁波是横波,电场和磁场都在垂直于传播方向的平面内振动,这两者彼此垂直,相位相同,相对大小不变,所以只需要讨论光的电场分量就可以了——这就是我们通常说的偏振。如果一束光的电场分量总是以确定的方式振荡,就是偏振光:沿着特 ...

光学教学笔记之期中考试成绩分布 2019-11-19 20:15

期中考试成绩出来了,再对 期中总结 做些补充吧。 参加考试共 55 人, 85 分以上 14 人,不及格 人。人没有参加考试,他们都退课了。 人请假。 优秀率和不及格率都没有超过学校的要求,还有继续努力的余地。优秀率低是因为考虑到平时成绩 ...

光学教学笔记之无透镜成像 2019-11-13 17:04

本来无一物,何处染尘埃。 昨天看到的消息:据南京理工大学官微消息,在第五届互联网 + ”大学生创新创业比赛获金奖的队伍中,一支来自南京理工大学电光学院的学生团队研制出的新一代无透镜全息显微镜。 这个显然跟光学有关,就说几句吧。 长期自然选择的结果使得人具有 ...

光学教学笔记之独自莫凭栏 2019-11-12 16:38

把吴钩看了,栏杆拍遍。 光栅是常用的光学器件,具有周期性的结构。栅( shān ),就是栅栏( zhà lan 讨厌的多音字,还有北京的大栅栏 dà shír lànr ),就是一排栏杆。以前的篱笆也是,但是间距不那么整齐;现代化工业生产的各种栏杆,间距都是整整齐齐的 ...

光学教学笔记之巧取豪夺 2019-11-12 09:25

赵孟能贵之,赵孟能贱之。 光学超简单的,尤其是大学普通物理中的光学:不同波长的光之间没有相互作用,大家各干各的,最后归总一下就拉倒;相同波长、不同位置的光也没有什么合作,各搞各的光场振幅,只是最后需要把需要把光场振幅加起来求平方而已——花里胡哨的干涉现象背后,其实只是简单 ...

[转载]《物理学大题典》丛书序和前言 2019-11-8 17:11

丛书序 这套 “物理学大题典源自 20 世纪 80 年代末期的美国物理试题与解答,而那套丛书源自 80 年代的 CUSPEA 项目( China-United States Physical Examination and Application Program )。这套丛书收录的题目主要源自美国各著名大学物理类研究生入学试题,经筛选后由中国科 ...

光学教学笔记之源源不绝 2019-11-7 15:40

无极生太极,太极生两仪。 两仪生四象,四象生八卦。 惠更斯提出了波传播的一般性原理,即 惠更斯原理 :波面(波前)上的任意点都可以看作新的振动中心,它们发出球面次波,这些次波的包络面就是新的波面(波面)。利用这个原理,可以解释光的传播、反射和折射现象。 菲涅尔在惠更 ...

光学教学笔记之期中总结 2019-11-4 17:32

11 日,期中考试。做些总结吧。 光学是二年级学生的必修课,7位老师开了 个平行班,每个老师有自己的上课方式。考试是集中考试,但是各个老师出自己的题目,自己判卷。 我这个班的光学是3个学分, 30-36 次课,另有 次习题课。修课名单上有 61 人, 人来自高年级(其中 人中期 ...

光学教学笔记之零言碎语 2019-10-31 17:21

当里个当,当里个当, 闲言碎语不要讲, 表一表山东好汉武二郎 马上就要期中考试了,记录一些在课堂上讲过的零言碎语,它们彼此之间没有太多联系,所以不容易单独成篇。 大学普通物理的《光学》主要介绍光的基础知识。我的课程里讲了一些光源、光学 ...

光学教学笔记之课堂问答 2019-10-20 19:50

过去的三堂课采用的是问答形式, 目的是为了让我对教学有些更多的了解。 因为我很早就把上半学期的课程内容讲完了,而且讲了两遍,所以有时间做几个试验。 我按照选课名单的顺序点名,点到谁就让他说一条《光学》里的内容,他认为最重要的内容,然后我会借着这个话题把一些相关的 ...

光学教学笔记之不做迷兔 2019-10-10 23:03

实迷途其未远,觉今是而昨非。 2019年诺贝尔物理学奖的获奖者是皮博斯( James Peebles  、麦耶( Michel Mayor )和奎洛兹( Didier Queloz )。他们的工作虽然属于天文学和宇宙学,但都与光学有些关系,就借机说两句。 我们经常用 白驹过隙弹指一挥来形容时间过得飞 ...

光学教学笔记之大作业预交版的反馈 2019-10-5 15:54

第一次利用课程网站布置作业。创建日期: 2019-8-29 上午 10:18 。开始: 2019-8-29 下午 12:00 。截止: 2019-9-29 下午 5:00 。最迟提交时间: 2019-9-29 下午 5:00 总计 61 人,有 49 人按时提交, 人在截止时间后补交。提交率略高于 80% 。最早的是  2 ...

光学教学笔记之光速的奥秘 2019-10-5 15:45

张华考上了北京大学;李萍进了中等技术学校;我在百货公司当售货员:我们都有光明的前途。 我:李萍,张华,你们过来,我跟你说件事儿。 李萍:啥事儿啊?神秘兮兮的。我还要复习物理呢。 我:一件大事儿!你知道吗, 我们生活在计算机里! 这就是 最后的问题  ...

光学教学笔记之光的速度 2019-9-26 15:48

c=299792458m/s 光传播得很快,但是其速度也是有限的。最早认识到这一点的,似乎是伽利略,他尝试过测量光的速度,但是失败了。他的测量方法需要两个人拿着灯、距离很远,因为人的响应太慢了,根本不可能测到光速。用反射镜替代一个人,可以显著消减人的影响, ...

光学教学笔记之国民生产总值 2019-9-26 11:06

You can only see what you want to see. 图表是最有力的说明工具,但是,不恰当的使用和解读,也容易造成误解。 今年是新中国成立七十周年,有很多数据出来说明各种进展。一组常见的数据是建国以来的国民生产总值( GDP ),从 1952 年的 679 亿元增长到 2018 年的 90 万亿元。 ...

光学教学笔记之曲直如意 2019-9-23 21:31

谁知百炼钢,化为绕指柔。 光线,光线,光是沿着直线传播的。这里说的是光在均匀介质的传播,比如说,真空、空气或者水。在两种均匀介质的界面处,会出现反射和折射现象——光线发生了偏折。( 光学教学笔记之空留明月辉 在反射和折射过程中,有几个特殊的方向需要搞清楚。首先是入 ...

光学教学笔记之歧路亡羊 2019-9-13 09:07

行路难,行路难, 多歧路,今安在。 电磁波是个很朴实的家伙。根据朝阳群众奥斯特和法拉第等人的观察,街道办主任麦克斯韦对电和磁做的总结是,这兄弟俩是焦不离孟、孟不离焦,不管是在真空里还是其他均匀介质中,他们俩就是一体的,干脆叫作电磁波好了。因为通常的 ...

 光学教学笔记之规行矩步 2019-9-8 10:35

禹乃遂与益、后稷奉帝命,命诸侯百姓兴人徒以傅土,行山表木,定高山大川。 …… 左准绳,右规矩,载四时,以开九州,通九道,陂九泽,度九山。 中国历来重视农业生产、重视天文观测,帝尧时代就乃命羲、和,钦若昊天,历象日月星辰,敬授人时。距离测量,乃至各种可望而不可及的目标 ...

光学教学笔记之三光日月星 2019-9-7 15:59

赤日炎炎似火烧, 野田禾稻半枯焦。 农夫心内如汤煮, 公子王孙把扇摇。 光学是最古老的科学之一,因为它天然具有良好的研究条件。三光日月星是无处不在的光源,而眼睛更是随身携带的探测器。 由于自然选择的缘故,人眼对光的响应曲线与太阳光谱非常接近。眼睛能够感知的光强范围非常宽 ...

光学教学笔记之空留明月辉 2019-8-31 10:13

镜与人俱去,镜归人不归。 无复嫦娥影,空留明月辉。 在我看来,最重要的四个光学实验分别是:反射和折射(几何光学),双缝干涉(波动性),光电效应(粒子性),氢原子光谱(光源)。而激光只是工具,全息不过应用。 折射定律似乎是光学研究的第一个定量结论。光的直线传播和光的反 ...

为什么有人怀疑美国人登月? 2019-8-30 15:20

若不看见神迹奇事,你们总是不信。 ——约翰福音四:48 今年是美国登月成功 50 周年,有很多纪念活动。怀疑这件事乃至登月阴谋论的各种说法也多了起来。我也凑个热闹。 登月阴谋论的要点是认为没有宇航员踏上月球,而不是怀疑有人绕月和无人载具登月。关于登月阴谋论以及驳斥这种言 ...

光学教学笔记之大作业 2019-8-28 22:10

大作业有两组 第一组是课本里的 4 道习题。第二组是讲述一个光学现象。 第一组大作业的目的是为了让大家熟悉如何用 WPS软件来辅助物理教学。 选择WPS的原因是:WPS是对个人用户免费的办公软件,可以方便地输入公式、画数据图表和排版。 这本书一共有 107道题目,其中85道数值计算 ...

光学教学笔记之用WPS帮助物理教学 2019-8-28 22:09

WPS办公软件可以输入文字和公式、画示意图和数据曲线,而且排版也很方便。这里用光的折射和反射公式(斯涅尔公式和菲涅耳公式)来说明,如何用WPS帮助物理教学。 输入公式 WPS文字可以很容易的输入公式。从菜单里选择插入公式,就会弹出一个窗口公式编辑器” ...

光学教学笔记之用WPS表格来画图 2019-8-28 21:25

金山WPS和微软OFFICE都是办公常用的软件,二者非常类似,但是WPS对个人是免费的,直接去其官网就可以下载使用( https://www.wps.cn/ )。 WPS办公软件的文字演示表格分别对应于OFFICEwordpptexcel。大部分人对文字处理(word)和演示文稿(ppt)都比较熟悉,这里简单介绍如何用 ...

 光学教学笔记之计算很重要 2019-8-28 21:06

Shut up and Calculate! 计算很重要,但是计算并不只是口算、心算或者用笔在纸上算。 以前是查阅各种数学用表,或者是用算盘和计算尺之类的工具。自从电子计算器特别是计算机普及以后,这些东西就完全没有必要了。我上中学的时候,还能看到一些遗迹,现在应该都变成古董了。 ...

光学教学笔记之缘起 2019-8-26 16:34

20193月的一天,物理学院常务副院长 郑阳恒老师打来电话,问我能不能再秋季学期讲《光学》课程。我很感兴趣,但是提了两个要求。 第一个是我不上《力学》课了。 3年前,我答应邢老师给大一的学生讲《力学》。已经讲过3次,现在肯定不能再讲了,所以我 请他先跟邢志忠老师说,我下学期不上力学了。这 ...

[转载]编号87405:表扬式教育的危害  2019-8-25 10:24

“ 编号 87405”不知何许人也。20198月, 他以这个网名在西西河网站发表了一系列关于教育的看法。他的最大的特点是坦白,虽然这些看法不同于常人,而且显然有些偏激,肯定有很多缺点和不足,但是我觉得还是很有些意思,所以简单整理了一下,也许会有其他人感兴趣。 这里收录了大约 40篇文字,共6万多字。为了 ...

 

光学教学笔记之期末考试2020-1-9 17:39

光学教学笔记之吾能大子之门2019-12-25 16:33

光学教学笔记之真空不空2019-12-23 22:02

光学教学笔记之白云苍狗2019-12-20 16:32

光学教学笔记之大作业总结2019-12-18 22:44

光学教学笔记之几种速度2019-12-18 21:50

光学教学笔记之少见多怪2019-12-15 19:59

光学教学笔记之隐形斗篷2019-12-12 10:04

光学教学笔记AMES教学会议2019-12-11 15:20

光学教学笔记之老调重弹2019-12-2 19:32

光学教学笔记之赏罚二柄2019-11-29 09:37

光学教学笔记之厚此薄彼2019-11-28 21:19

光学教学笔记之期中考试成绩分布2019-11-19 20:15

光学教学笔记之无透镜成像2019-11-13 17:04

光学教学笔记之独自莫凭栏2019-11-12 16:38

光学教学笔记之巧取豪夺2019-11-12 09:25

光学教学笔记之源源不绝2019-11-7 15:40

光学教学笔记之期中总结2019-11-4 17:32

光学教学笔记之零言碎语 2019-10-31 17:21

光学教学笔记之不做迷兔2019-10-10 23:03

光学教学笔记之大作业预交版的反馈2019-10-5 15:54

光学教学笔记之光速的奥秘2019-10-5 15:45

光学教学笔记之光的速度2019-9-26 15:48

光学教学笔记之国民生产总值2019-9-26 11:06

光学教学笔记之曲直如意2019-9-23 21:31

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光学教学笔记之规行矩步 2019-9-8 10:35

光学教学笔记之三光日月星2019-9-7 15:59

光学教学笔记之空留明月辉 2019-8-31 10:13

光学教学笔记之大作业2019-8-28 22:10

光学教学笔记之用WPS帮助物理教学2019-8-28 22:09

光学教学笔记之用WPS表格来画图2019-8-28 21:25

光学教学笔记之计算很重要 2019-8-28 21:06

光学教学笔记之缘起 2019-8-26 16:34

 

另外,还有一篇 《谈谈光压和光帆2号》

 




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