《幾何光學(xué)基礎(chǔ)》PPT課件

1、*12-1 幾何光學(xué)簡介用幾何方法簡便的研究某些光學(xué)現(xiàn)象一、光的傳播規(guī)律1.三條實(shí)驗(yàn)定律（1）光的直線傳播定律（2）光的獨(dú)立傳播定律（3）光的反射定律和折射定律入射線反射線法線折射線介質(zhì)1介質(zhì)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果：入射光線、反射光線、折射光線在界面和法線確定的平面內(nèi)。反射角等于入射角入射角與折射角的正弦值比與介質(zhì)相對折射率有關(guān)2.光路可逆原理光線方向反轉(zhuǎn)時，光將沿同一路徑而逆向傳播3.費(fèi)馬原理 光在傳播過程中總是沿著光程最短的路徑傳播介質(zhì)折射率n與光經(jīng)過的幾何路程l的乘積為光程 由費(fèi)馬原理推導(dǎo)反射定律光線APB從A經(jīng)界面反射后射向B根據(jù)費(fèi)馬原理可得二、全反射光束從折射率大的介質(zhì)射到折射率小的介質(zhì)時折射角

2、大于入射角臨界角 ：時的入射角可得應(yīng)用三、光在平面上的反射和折射1.平面鏡所成虛像2.三棱鏡偏向角：出射光線與入射光線的夾角對于一定的i值，偏向角有一最小值，最小偏向角條件：可求折射率不同波長的光對介質(zhì)有不同折射率的現(xiàn)象稱為色散. 四、光在球面上的反射和折射 O頂點(diǎn)C曲率中心，球面半徑為曲率半徑rCO主光軸，S物，I像頂點(diǎn)到物點(diǎn)距離物距OS，p頂點(diǎn)到像點(diǎn)距離像距OS，p1.正負(fù)號法則（1）以反射（或折射）面為界，空間分為A、B區(qū)（2）A區(qū)決定的量物距p：物在A區(qū)為正（實(shí)物），對面為負(fù)（虛物）（3）B區(qū)決定的量像距p：像在B區(qū)為正（實(shí)像），對面為負(fù)（虛像）正負(fù)規(guī)定同A區(qū)曲率半徑r、焦距f2.球面

3、鏡成像公式 由圖中可得傍軸光線條件下即其中f為焦距，球面反射物像公式F為焦點(diǎn)，為焦平面橫向放大率：像高與物高之比考慮向的正立和倒立3.作圖法三條特殊光線（1）平行于主光軸的光線（2）通過曲率中心的光線（3）通過焦點(diǎn)或入射光的延長線通過焦點(diǎn)的光線例題12-1 一曲率半徑為20.0cm的凸透鏡（如下圖），產(chǎn)生一大小為物體1/4的像，求物體與像之間的間距。解：焦距橫向放大率可得出物像間距4.光在球面上的折射由三角形SAC和IAC，可得結(jié)合折射定律傍軸光線條件下球面折射物像公式橫向放大率像方焦距同理，可得物方焦距5.共軸球面系統(tǒng)成像多個單球面組成的共軸球面系統(tǒng)，可以對每一個球面逐次用成像公式。1234

4、總放大率例題12-2一個折射率為1.6的玻璃圓柱，長20 cm，兩端為半球面，曲率半徑為2 cm，如下圖所示若在離圓柱一端5 cm處的軸上有一光點(diǎn)，試求像的位置和性質(zhì) 解：設(shè)光點(diǎn)在圓柱的左端,對于圓柱左端，由題意p1=5 cm，rl=2 cm， nl=1.0，n2=1.6代入公式圓柱右端的折射面 代入公式實(shí)像虛像例題12-3 一玻璃圓球，半徑為10 cm，折射率為1.50，放在空氣中，沿直徑的軸上有一物點(diǎn)，離球面距離為100 cm，如下圖所示求像的位置 解：設(shè)物點(diǎn)在球的左側(cè)，根據(jù)題意 代入公式右側(cè)球面像距物點(diǎn)距離五、薄透鏡由兩個折射曲面為界面組成的透明光具組稱為透鏡 凸透鏡雙凸平凸凹凸凹透鏡雙

5、凹平凹凸凹凸、凹透鏡符號凹透鏡凸透鏡1.傍軸光線條件下薄透鏡物像公式薄透鏡的兩球面的主光軸重合，兩頂點(diǎn)重合為一點(diǎn)光心對兩個折射球面分別用折射公式因?yàn)椋冶⊥哥R物像公式的一般形式 透鏡的焦距像方焦距物方焦距在空氣中空氣中的物像公式薄透鏡放大率薄透鏡焦距的倒數(shù)通常稱為透鏡的光焦度 單位：屈光度 2.薄透鏡成像的作圖法作圖時可選擇下列三條光線： (1)平行于光軸的光線，經(jīng)透鏡后通過像方焦點(diǎn)F (2)通過物方焦點(diǎn)F的光線，經(jīng)透鏡后平行于光軸 (3)若物像兩方折射率相等，通過光心O的光線經(jīng)透鏡后方向不變3 例題124 一會聚透鏡，其兩表面的曲率半徑，r1=80cm,r2=36cm，玻璃的折射率n =1

6、.63，一高為2.0 cm的物體放在透鏡的左側(cè)15cm處，求像的位置及其大小 解：求透鏡的焦距而代入公式可得放大倍數(shù)像高光路圖如下圖例題125 如下圖所示，透鏡1是一會聚透鏡，焦距為22 cm，一物體放在其左側(cè)32 cm處透鏡2是一發(fā)散透鏡，焦距為57 cm，位于透鏡1的右側(cè)41 cm處求最后成像的位置并討論像的性質(zhì) 解：透鏡1所成的像，根據(jù)正負(fù)號法則 代入公式實(shí)像 對透鏡2 像位于透鏡2的右側(cè)59 cm處 放大倍數(shù) 倒像，是物體大小的45倍，光路圖如下 六、光學(xué)儀器利用幾何光學(xué)原理制造的各類成像光學(xué)儀器 1眼睛 遠(yuǎn)點(diǎn)近點(diǎn)正常眼近視眼修正近視眼遠(yuǎn)視眼修正遠(yuǎn)視眼2放大鏡 焦距很短的會聚透鏡 眼睛直接觀察時，視角 物方焦點(diǎn)之間而靠近焦點(diǎn)處，則在明視距離附近成一正立、使用時，物體放在薄透鏡和放大的虛像 視角 視角放大率 3顯微鏡 光路如圖下圖所示，物鏡LO和目鏡LE是短焦距會聚透鏡，像位于目鏡的物方焦