眼鏡鏡片基礎(chǔ)知識(shí)之光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

眼鏡鏡片基礎(chǔ)知識(shí)之光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

?肉眼能感覺到的光稱為可見光，可見光來自各種自然

光源和人造光源。

?可見光的波長范圍為380?760nin,小于380nm的為紫

外區(qū)，大于760nm的為紅外區(qū)。

?光在不同媒質(zhì)中的傳播速度不相同，在真空中的傳播

速度是最快的，約為3X108米/秒。

?傳播速度大的媒質(zhì)相對(duì)于傳播速度小的媒質(zhì)叫光疏媒

質(zhì)，反之叫光密媒質(zhì)。

?光的傳播有四個(gè)基本定律：光的直線傳播定律、光的

獨(dú)立傳播定律、光的反射定律、光的折射定律。

第一節(jié)光的反射和反射定律

一、光的反射

?當(dāng)光線投射到兩媒質(zhì)的分界面上時(shí)，一部分光線改變

傳播方向，返回原來媒質(zhì)里繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱為光的反

射。

?光的反射分為漫反射（或不規(guī)則反射）和鏡面反射（或

規(guī)則反射）。

?通過漫反射我們可以從不同角度觀察到物體，利用漫

反射現(xiàn)象我們可以檢查被加工物體的光潔度。

?光學(xué)儀器可利用鏡面反射來改變光的傳播方向，控制

光路。

1

?光反射時(shí)，反射光的比例與媒質(zhì)性質(zhì)和入射角的大小

有關(guān)。

二、反射定律

?反射光線在入射光線與法線所構(gòu)成的平面內(nèi)，反射光

線和入射光線分居在法線兩側(cè)。

?反射角等于入射角1F120

?反射現(xiàn)象里光路是可逆的，我們從平面鏡內(nèi)看見別人，

別人也同時(shí)看見我們就是這個(gè)道理。

第二節(jié)平面鏡成像和球面鏡成像

一、平面鏡成像

?利用反射定律我們可以確定物體經(jīng)平面鏡成的像。

?平面鏡成像的特點(diǎn)：成虛像、成正立像、物像等大。

?根據(jù)平面鏡成像的原理，我們?cè)谠O(shè)計(jì)驗(yàn)光室時(shí)，可借

助平面鏡將驗(yàn)光室的長度縮短。

二、球面鏡成像

-鏡的反射面為球面的一部分稱為球面鏡。反射面為凹

面的稱為凹面鏡，反射面為凸面的稱為凸面鏡。

?頂點(diǎn)、球心、曲率半徑、主軸、副軸的定義。

1、凹面鏡

?焦距等于曲率半徑的一半，即￡="2。

?凹面鏡的成像可利用成像公式計(jì)算和作圖方法來求解。

?成像公式為：-1/s+l/s'=l/f\

2

?成像公式應(yīng)遵循符號(hào)規(guī)則。

?成像公式為近似公式。

?作圖方法求解成像是利用三條特殊光線。

2、凸面鏡

?成像情況同凹面鏡。

?此外我們可以驗(yàn)證不管物體在何位置，凸面鏡始終成

縮小的、正立的虛像。

?因此，同樣直徑的凸鏡可比平面鏡能觀察到較大的范

圍。

第三節(jié)光的折射和折射定律

一、光的折射

?投射到界面的光線，有一部分將透過界面改變傳播方

向，進(jìn)入另一種媒質(zhì)繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱為光的折射。

?光的折射現(xiàn)象是自然界里普通存在的現(xiàn)象，眼鏡片能

矯正屈光不正也是光的折射現(xiàn)象的體現(xiàn)。

二、折射定律

?折射光線在入射光線和法線所決定的平面內(nèi)。

?入射角的正弦和折射角的正弦之比是一個(gè)與入射角大

小無關(guān)的常數(shù)。

?在折射現(xiàn)象里，光路也是可逆的。

三、折射率

1、相對(duì)折射率

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?折射定律中談及的常數(shù)與兩媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱第二

種媒質(zhì)對(duì)于第一種媒質(zhì)的相對(duì)折射率，記作期」。

?第二種媒質(zhì)對(duì)于第一媒質(zhì)的相對(duì)折射率等于光線在第

一種媒質(zhì)里的傳播速度與光在第二媒質(zhì)里的傳播速度之比。

即n2.i=vi/v2o

,反之亦然，ni.2=v2/vio

2、絕對(duì)折射率

?任何媒質(zhì)相對(duì)于真空的相對(duì)折射率稱為媒質(zhì)的絕對(duì)折

射率，簡稱折射率。

?媒質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度與光在該媒

質(zhì)中的傳播速度之比，即11="丫。

?折射率恒大于lo

?光在空氣中的傳播速度與光在真空中的傳播速度相差

很小，所以空氣的折射率近似等于1。

3、任何兩媒質(zhì)間的相對(duì)折射率

?因?yàn)閞i2.1=Vl/V2,112.1=丫2八1所以112.1=1/111.2。

?又因?yàn)镠l—c/vi,I12=c/v2所以HI/R2—V2/V1—111.20

?折射定律又可表達(dá)為：Sini/Sini'=n2.i=n2/ni,即

niSini=n2Sini'。

四、光的全反射

?光的傳播速度大的媒質(zhì)稱為光疏媒質(zhì)，光的傳播速度

小的媒質(zhì)稱為光密媒質(zhì)。光疏媒質(zhì)、光密媒質(zhì)是相對(duì)而言的。

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?光從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)，折射光線要靠攏法線。

?光從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)，折射光線要離開法線。

當(dāng)入射角大到一定程度時(shí)，折射光線將沿著分界面折射，即

折射角V二90。。若再增大入射角，折射光線將產(chǎn)生反射,

遵循反射定律。這種現(xiàn)象為全反射。

?對(duì)應(yīng)于折射角90。時(shí)的入射角稱為媒質(zhì)的臨界角，記

作A。SinA=l/n0

?全反射產(chǎn)生的條件：⑴光從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì);

⑵入射角大于臨界角Ao

?光學(xué)儀器中的折射棱鏡，根據(jù)全反射的原理，棱鏡的

反射面可以不鍍反射膜。

第四節(jié)透鏡和透鏡成像

一、概述

?兩個(gè)包容面所包容的透明體稱為透鏡。

?透明體可以是光學(xué)玻璃、光學(xué)塑料，也可以是動(dòng)物的

活體。

?包容面可以同是曲面，或一為曲面一為平面。曲面可

以是不同形狀的，如球面、圓柱面、環(huán)曲面、非球面，最常

見的為球面。

?包容面為球面或一面為球面一面為平面的透鏡稱為球

面透鏡。

?球面透鏡分為凸透鏡（正透鏡）和凹透鏡（負(fù)透鏡）。

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凸透鏡又分為雙凸、平凸和彎月形三種，凹透鏡又分為凹、

平凹和彎月形三種。

?球面透鏡兩球心的連線稱為透鏡主光軸，簡稱主軸。

?如果透鏡中心厚度比起兩球面曲率半徑小得很多，或

者說中心厚度對(duì)透鏡屈光度的影響可以忽略不計(jì)，這種透鏡

稱為薄透鏡。

?薄透鏡可以用簡圖表示。近視眼鏡片和度數(shù)不大

（+5.00D以內(nèi)）的遠(yuǎn)視眼鏡片都可認(rèn)為是薄透鏡。

?主軸與透鏡的交點(diǎn)稱為透鏡的光學(xué)中心。過光心的入

射光線其出射光線不會(huì)改變方向。

?除主軸外，凡過光心的直線稱為透鏡的副光軸（副軸）。

主軸只有一條，副軸有無數(shù)條。

二、透鏡的焦點(diǎn)、焦距和焦平面

?平行于主軸的近軸光線經(jīng)透鏡折射后會(huì)聚主軸上的一

點(diǎn)稱為焦點(diǎn)。凹透鏡的焦點(diǎn)為虛焦點(diǎn)。

,透鏡有兩個(gè)焦點(diǎn)一物方焦點(diǎn)和像方焦點(diǎn)。焦點(diǎn)到透鏡

的距離稱為焦距，焦距分為物方焦距（用f表示）和像方焦

距（用*表示）。如果透鏡兩側(cè)處在同一媒質(zhì)中，不管透鏡

兩面的曲率半徑是否相等，物、像方焦距總是相等的。

?透鏡焦距的大小由透鏡兩面的曲率半徑以及透鏡對(duì)兩

側(cè)媒質(zhì)的相對(duì)折射所確定。計(jì)算公式為：1/f=（n-1）

（l/r-l/r2）

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?利用上式計(jì)算時(shí)應(yīng)遵循符號(hào)規(guī)則。

?當(dāng)平行光線斜射到透鏡上，折射光線將會(huì)聚在與平行

光線相平行的副軸上的某一點(diǎn)，這點(diǎn)稱為副焦點(diǎn)，副焦點(diǎn)有

無數(shù)個(gè)，這些副焦點(diǎn)在焦平面內(nèi)，焦平面是過焦點(diǎn)的垂直平

面。透鏡的焦平面有兩個(gè)。

?透鏡對(duì)光線屈折能力的大小我們稱之為屈光力或鏡度,

用F表示。F=l/*。單位為屈光度。

三、透鏡成像

1、凸透鏡成像

?物體上的點(diǎn)發(fā)出光線經(jīng)凸透鏡折射后會(huì)聚于某一點(diǎn)，

這些點(diǎn)就組成物體的像。

?根據(jù)物體所處的位置不同，凸透鏡可以成縮小的、等

大的或放大的實(shí)像，也可以成放大的虛像。

2、凹透鏡成像

?不管物體在凹透鏡的任何位置，均在物體同側(cè)成縮小

的虛像。

3、透鏡成像作圖

?透鏡成像可通過作圖法求得。

?透鏡成像作圖是利用三條特殊光線。

?主軸上物點(diǎn)的成像作圖可利用副軸和焦平面的關(guān)系來

完成。

4、透鏡的成像公式

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?成像公式為：一l/s+1/s'=1/*。

?利用上式計(jì)算時(shí)要遵循符號(hào)規(guī)則。

?成像計(jì)算的牛頓公式：X?X'=f?f/或X?X'=—*

2

o

?利用上式計(jì)算時(shí)要遵循符號(hào)規(guī)則。

?像高和物高的比稱為橫向放大率，簡稱放大率。用K

表不。

?當(dāng)K<0時(shí)表示倒立的實(shí)像，K>0時(shí)表示正立的虛像；

當(dāng)|K|>1時(shí)表示放大像，VI時(shí)表示縮小像，|K|=L

時(shí)表示等大像。

第五節(jié)棱鏡

?由多個(gè)折射平面組成的透明柱體稱為棱鏡，兩折射面

的交線稱為棱，與棱相垂直的橫截面稱為棱鏡的主截面。

?棱鏡主要分為反射棱鏡和折射棱鏡兩大類。

一、反射