應(yīng)用光學(xué)試題及答案

1、中 國(guó) 海 洋 大 學(xué) 命 題 專 用 紙 (首頁(yè))2005-2006學(xué)年第 二 學(xué)期 試題名稱: 應(yīng)用光學(xué) a 課程號(hào)： 共 2 頁(yè) 第 1 頁(yè)專業(yè)年級(jí)_物理學(xué)2003_ 學(xué)號(hào)_ 姓名_ 考試日期（考生填寫）_年_月_日 分?jǐn)?shù)_ 一簡(jiǎn)答題（15分）（寫在答卷紙上）1（5分）物理光學(xué)研究什么內(nèi)容？幾何光學(xué)研究什么內(nèi)容？2（5分）什么是場(chǎng)鏡？場(chǎng)鏡的作用是什么（要求寫出兩種作用）？ 3（5分）寫出軸外點(diǎn)的五種單色像差的名稱。二作圖題（15分）(畫在試卷上) 4（分）已知焦點(diǎn)f和f和節(jié)點(diǎn)j和j（見(jiàn)圖2），求物方主點(diǎn)h和像方主點(diǎn)h 。5（10分）應(yīng)用達(dá)夫棱鏡的周視瞄準(zhǔn)儀示意圖(見(jiàn)圖1)，分別標(biāo)出a、b

2、、c、d點(diǎn)光的坐標(biāo)方向。zyxabcd圖1jffj圖2授課教師李 穎命題教師或命題負(fù)責(zé)人簽 字李 穎院系負(fù)責(zé)人簽 字年 月 日注：請(qǐng)命題人標(biāo)明每道考題的考分值。中 國(guó) 海 洋 大 學(xué) 命 題 專 用 紙（附頁(yè)）2005-2006學(xué)年第 二 學(xué)期 試題名稱: 應(yīng)用光學(xué) 課程號(hào)： 共 2 頁(yè) 第 2 頁(yè)三計(jì)算題（70分）6（10分）某被照明目標(biāo)，其反射率為r=0.1，在該目標(biāo)前15m距離處有一200w的照明燈，各向均勻發(fā)光，光視效能（發(fā)光效率）為30lm/w，被照明面法線方向與照明方向的夾角為0度。求：（1）該照明燈的總光通量；（2）被照明目標(biāo)處的光照度；（3）該目標(biāo)視為全擴(kuò)散表面時(shí)的光亮度。 7

3、（10分）顯微鏡目鏡視角放大率為ge=10，物鏡垂軸放大率為b=-2，na=0.1，物鏡共軛距為180mm，物鏡框?yàn)榭讖焦怅@，求：（1）顯微鏡總放大率，總焦距。（2）求出瞳的位置和大小。8（15分）一個(gè)空間探測(cè)系統(tǒng)（可視為薄透鏡），其相對(duì)孔徑為1:1.2，要求將10km處直徑為的物體成像在1/2英寸的探測(cè)器靶面上，物體所成像在探測(cè)器靶面上為內(nèi)接圓，問(wèn)此系統(tǒng)的焦距應(yīng)該為多少？口徑為多少？所對(duì)應(yīng)的最大物方視場(chǎng)角是多少？（一英寸等于25.4毫米，探測(cè)器靶面長(zhǎng)與寬之比為:3）9（10分）有一個(gè)薄透鏡組，焦距為100mm，通過(guò)口徑為20mm，利用它使無(wú)限遠(yuǎn)物體成像，像的直徑為10mm，在距離透鏡組50m

4、m處加入一個(gè)五角棱鏡（棱鏡的玻璃折射率為1.5，透鏡展開(kāi)長(zhǎng)度為l=3.414d，d為棱鏡第一面上的通光口徑），求棱鏡的入射面和出射面的口徑，通過(guò)棱鏡后的像面位置。10（15分，a、b任選）a有一個(gè)焦距為50mm的放大鏡，直徑d=40mm，人眼（指瞳孔）離放大鏡20mm來(lái)觀看位于物方焦平面上的物體，瞳孔直徑為4mm。求系統(tǒng)的孔徑光闌，入瞳和出瞳的位置和大小，并求系統(tǒng)無(wú)漸暈時(shí)的線視場(chǎng)范圍。b有一開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡，視放大率g=8，物方視場(chǎng)角2w=8°，出瞳直徑為6mm，物鏡和目鏡之間的距離為180mm，假定孔徑光闌與物鏡框重合，系統(tǒng)無(wú)漸暈，求（1）物鏡焦距，目鏡焦距；（2）物鏡口徑和目鏡口徑；

5、（3）出瞳距離。11（10分，要求用矩陣法求解）有一個(gè)正薄透鏡焦距為8cm，位于另一個(gè)焦距為12cm的負(fù)薄透鏡左邊6cm處，假如物高3cm，位于正透鏡左邊的24cm處，求像的位置和大小。四附加題（10分）12談?wù)勀銓?duì)應(yīng)用光學(xué)課程教學(xué)和課程建設(shè)的設(shè)想和建議。中 國(guó) 海 洋 大 學(xué) 試 題 答 案 2005-2006學(xué)年第 二 學(xué)期 試題名稱: 應(yīng)用光學(xué) 一簡(jiǎn)答題（15分）1（5分）物理光學(xué)研究什么內(nèi)容？幾何光學(xué)研究什么內(nèi)容？ 物理光學(xué)：研究光的本性，并根據(jù)光的本性來(lái)研究各種物理現(xiàn)象。 幾何光學(xué)：研究光的傳播規(guī)律和傳播現(xiàn)象，幾何光學(xué)中采用光線理論。2（5分）什么是場(chǎng)鏡？場(chǎng)鏡的作用是什么（要求寫出兩

6、種作用）？ 場(chǎng)鏡：和像平面重合或者和像平面很靠近的透鏡，場(chǎng)鏡只改變成像光束位置，不影響系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)。 作用：降低主光線在后面系統(tǒng)上的透射高度； 改變出瞳距離； 承擔(dān)一定放大作用。3（5分）寫出軸外點(diǎn)的五種單色像差的名稱。 球差，彗差，像散，場(chǎng)曲，畸變二作圖題（15分） jffj圖2hh4（分）已知焦點(diǎn)f和f和節(jié)點(diǎn)j和j（見(jiàn)圖2），求物方主點(diǎn)h和像方主點(diǎn)h 。zyxabcd圖1zyxzyxzyxzyx5（10分）應(yīng)用達(dá)夫棱鏡的周視瞄準(zhǔn)儀示意圖(見(jiàn)圖1)，分別標(biāo)出a、b、c、d點(diǎn)光的坐標(biāo)方向。備注： 不重復(fù)扣分三計(jì)算題（70分）6（10分）某被照明目標(biāo)，其反射率為r=0.1，在該目標(biāo)前15m距離

7、處有一200w的照明燈，各向均勻發(fā)光，光視效能（發(fā)光效率）為30lm/w，被照明面法線方向與照明方向的夾角為0度。求：（1）該照明燈的總光通量；（2）被照明目標(biāo)處的光照度；（3）該目標(biāo)視為全擴(kuò)散表面時(shí)的光亮度。 （1）4分 e=2.12lx4分（2）2分7（10分）顯微鏡目鏡視角放大率為ge=10，物鏡垂軸放大率為b=-2，na=0.1，物鏡共軛距為180mm，物鏡框?yàn)榭讖焦怅@，求：（1）顯微鏡總放大率，總焦距。（2）求出瞳的位置和大小。（1）總放大率： 總焦距5分（2）目鏡焦距： ， ， 5分8（15分）一個(gè)空間探測(cè)系統(tǒng)（可視為薄透鏡），其相對(duì)孔徑為1:1.2，要求將10km處直徑為的物體成

8、像在1/2英寸的探測(cè)器靶面上，物體所成像在探測(cè)器靶面上為內(nèi)接圓，問(wèn)此系統(tǒng)的焦距應(yīng)該為多少？口徑為多少？所對(duì)應(yīng)的最大物方視場(chǎng)角是多少？（一英寸等于25.4毫米，探測(cè)器靶面長(zhǎng)與寬之比為:3）探測(cè)器靶面尺寸即像的直徑為：0.5×25.4×0.6=7.62mm 放大率：5分 由高斯公式：得6分由 得 2分最大物方視場(chǎng)角：2分（備注：若忽略，）9（10分）有一個(gè)薄透鏡組，焦距為100mm，通過(guò)口徑為20mm，利用它使無(wú)限遠(yuǎn)物體成像，像的直徑為10mm，在距離透鏡組50mm處加入一個(gè)五角棱鏡（棱鏡的玻璃折射率為1.5，透鏡展開(kāi)長(zhǎng)度為l=3.414d，d為棱鏡第一面上的通光口徑），求棱鏡

9、的入射面和出射面的口徑，通過(guò)棱鏡后的像面位置。棱鏡第一面的通光口徑為 五角棱鏡展開(kāi)以后的平行玻璃板厚度為4分平行平板的相當(dāng)空氣層的厚度為： 通過(guò)棱鏡后像平面離開(kāi)棱鏡出射表面的距離為：4分棱鏡出射表面的通過(guò)口徑為：2分10（15分，a、b任選）a有一個(gè)焦距為50mm的放大鏡，直徑d=40mm，人眼（指瞳孔）離放大鏡20mm來(lái)觀看位于物方焦平面上的物體，瞳孔直徑為4mm。求系統(tǒng)的孔徑光闌，入瞳和出瞳的位置和大小，并求系統(tǒng)無(wú)漸暈時(shí)的線視場(chǎng)范圍。（1）瞳孔通過(guò)放大鏡所成的像ab由高斯公式， ab的高度為：5分放大鏡在系統(tǒng)最前面所以瞳孔為孔徑光闌，放大鏡為漸暈光闌。入瞳即為ab，位于放大鏡后100/3mm處，口徑為20/3mm，出瞳即為瞳孔。5分（2）無(wú)漸暈的線視場(chǎng)范圍如圖示，m與b的連線恰好通過(guò)放大鏡下邊緣時(shí)，系統(tǒng)無(wú)漸暈由幾何關(guān)系知 推出 om=20mm5分所以系統(tǒng)無(wú)漸暈的線視場(chǎng)范圍為40mmb有一開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡，視放大率g=8，物方視場(chǎng)角2w=8°，出瞳直徑為6mm，物鏡和目鏡之間的距離為180mm，假定孔徑光闌與物鏡框重合，系統(tǒng)無(wú)漸暈，求（1）物鏡焦距，目鏡焦距；（2）物鏡口徑和目鏡口徑；（3）出瞳距離。（1）5分（2）出瞳直徑d=6mm入瞳直徑d=6×8=48mm目鏡口徑：5分（3）由高斯公式，得出瞳距離5分1