1.2光學(xué)系統(tǒng)與物象關(guān)系

1、 光學(xué)系統(tǒng) 1.1.定義：定義：將各種光學(xué)元件（反射鏡，透鏡，棱鏡） 按一定方式組合起來，由物體發(fā)出的光線，經(jīng)過這些 光學(xué)零件的反射或折射后，按照我們的需要改變傳播 方向，隨后射出光學(xué)系統(tǒng)，從而滿足一定的使用要求 的光路系統(tǒng)。 例如望遠(yuǎn)鏡，顯微鏡，放大鏡都是人們根據(jù)生活需要 制造的光學(xué)器件。在后面的學(xué)習(xí)中會專門為大家介紹 他們的光學(xué)系統(tǒng)特點(diǎn)及構(gòu)成。 2.2.常見簡單光學(xué)零件常見簡單光學(xué)零件 反射鏡 反射鏡它是一種利用反射定律工作的光學(xué)元件。反射 鏡按形狀可分為平面反射鏡、球面反射鏡和非球面反 射鏡三種；按反射程度，可分成全反反射鏡和半透半 反反射鏡。它是在在光學(xué)玻璃的背面，鍍一層金屬銀 (或鋁

2、)薄膜，使入射光反射的光學(xué)元件。 鏡子就是最常見平面反射鏡；常見球面反射鏡為凸面 鏡和凹面鏡。 透鏡 透鏡是由透明物質(zhì)（如玻璃、水晶等）制成的一種 光學(xué)元件。透鏡是折射鏡，其折射面是兩個(gè)球面 （球面一部分），或一個(gè)球面（球面一部分）一個(gè) 平面的透明體。它所成的像有實(shí)像也有虛像。透鏡 一般可以分為兩大類：凸透鏡和凹透鏡。 凸透鏡：中間厚，邊緣薄，有雙凸、平凸、凹凸三 種； 凹透鏡：中間薄，邊緣厚，有雙凹、平凹、凸凹三 種。 棱鏡 棱鏡是透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面體。 根據(jù)主截面的形狀可分成三棱鏡、直角棱鏡、五角棱 鏡等。在潛望鏡、雙目望遠(yuǎn)鏡等儀器中改變光的進(jìn)行 方向，從而調(diào)整其成像位置

3、的稱“全反射棱鏡”，一 般都采用直角棱鏡。 3.3.光學(xué)系統(tǒng)的劃分光學(xué)系統(tǒng)的劃分 球面系統(tǒng)與非球面系統(tǒng) 組成光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)零件均為球面，稱為“球面系 統(tǒng)”，反之稱為“非球面系統(tǒng)”。 在各種不同形式的曲面中，目前能比較方便的大量生 產(chǎn)的只限于球面和平面。 共軸光學(xué)系統(tǒng)和非共軸光學(xué)系統(tǒng) 如果組成光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)光學(xué)零件的表面曲率在一條 直線上，則光學(xué)系統(tǒng)稱為“共軸光學(xué)系統(tǒng)”，該直線 叫做光軸。反之，稱為“非共軸光學(xué)系統(tǒng)”。 光學(xué)系統(tǒng)中大部分為共軸光學(xué)系統(tǒng)，非共軸光學(xué)系統(tǒng) 較少使用。 共軸球面光學(xué)系統(tǒng) 在球面系統(tǒng)中，表面各點(diǎn)的曲率半徑圓心在同一條直 線上，由于球面對于通過求新的任意一條直線對稱， 因此

4、這條直線就是系統(tǒng)的光軸。這樣的光學(xué)系統(tǒng)稱 “共軸球面光學(xué)系統(tǒng)”。 實(shí)際上共軸球面光學(xué)系統(tǒng)都是由不同形狀的透鏡構(gòu)成， 因此單個(gè)透鏡是共軸球面系統(tǒng)的基本組元。（end） 物象關(guān)系 物象的概念物象的概念 光學(xué)系統(tǒng)對目標(biāo)物體成像，目標(biāo)物體發(fā)出的光線在未 經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)傳播之前都稱為物方光線，物方光線的 會聚點(diǎn)處稱為物，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)傳播后的光線稱為像 方光線，像方光線的會聚點(diǎn)稱為像。物體有實(shí)物和虛 物之分，像也有實(shí)像和虛像。 實(shí)際光線相交的點(diǎn)為實(shí)物點(diǎn)或?qū)嵪顸c(diǎn)，而由實(shí)際光線 的延長線相交所形成的點(diǎn)為虛物點(diǎn)或虛像點(diǎn)。 平面鏡成像 水淹不滅的蠟燭 平面鏡又稱為平面反射鏡，是光學(xué)系統(tǒng)中最簡單而且 也是唯一能成完善

5、像的光學(xué)零件。下面我們就來研究 下單平面鏡的成像規(guī)律以及成像特點(diǎn)。 1.1.單平面鏡成像單平面鏡成像 虛像 2.2.單平面鏡成像規(guī)律與特點(diǎn)單平面鏡成像規(guī)律與特點(diǎn) 像與物等大。 像與物距平面鏡等距。 像與物對應(yīng)點(diǎn)連線與平面鏡垂直。 像與物左右對稱。 A BB 平面鏡成像的光路圖 A 垂直于鏡面，距離相等。 凸透鏡成像 凸透鏡在生活中的應(yīng)用十分廣泛，照相機(jī)，投影儀， 望遠(yuǎn)鏡等常見光學(xué)儀器都包含凸透鏡。研究凸透鏡的 成像規(guī)律有助于我們理解這些光學(xué)儀器的工作原理。 1.1.凸透鏡的聚光作用凸透鏡的聚光作用 2.2.凸透鏡的成像規(guī)律凸透鏡的成像規(guī)律 請同學(xué)們自己觀察研究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄 實(shí)驗(yàn)數(shù)

6、據(jù)。 物距 （u） 像距 (v) 像像距（v）物距 （u）關(guān)系 正/倒大/小實(shí)/虛 焦距f 物距u 像距v 已知f=10 單位cm 20 30 20 15 10 5 13.3 15 30 40倒立 縮小 實(shí)像 實(shí)像等大 實(shí)像放大 實(shí)像 縮小 正立 倒立 倒立 倒立 虛像放大 不成像 u2f,fv2f u=2f,v=2f fu2f u=f,v無窮遠(yuǎn) uf,vu 像物同側(cè) 研究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)研究凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn) 3.3.凸透鏡的成像規(guī)律及應(yīng)用凸透鏡的成像規(guī)律及應(yīng)用 (1)物距大于2倍焦距時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像； (2)物距等于2倍焦距時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像； (3)物距大于1倍焦距而小于2倍焦距時(shí)，成倒立、放大 的實(shí)像； (4)物距等于焦距時(shí)，不成像 ； (5)物距小于焦距時(shí)，成正立、放大的虛像。 照相機(jī) 測焦距 投影儀，幻燈機(jī) 探照燈 放大鏡 4.4.圖解凸透鏡的成像圖解凸透鏡的成像 三條特殊光線：入射光平行于光軸，經(jīng)凸透鏡折射后 過焦點(diǎn)；入射光過光心，傳播方向不變;入射光過焦點(diǎn)， 經(jīng)凸透鏡折射后平行于光軸。 A B A B 5.5.凸透鏡的成像規(guī)律結(jié)論凸透鏡的成像規(guī)律結(jié)論 一倍焦距分虛實(shí) 兩倍焦距分大小 物近像遠(yuǎn)像變大 物遠(yuǎn)像近像變小 請同學(xué)們根據(jù)凸透鏡成像的三條特殊光線做出一物體 于兩倍焦距，兩倍焦距一倍焦距之內(nèi)及一倍焦距內(nèi)的 光路圖。 A B A B