※根据义务教育实验教科书·物理（人教版第三章第一节）撰写
《透镜》教学设计
作用运动会”圣火采集的
透镜属于哪类透镜
为切入点，提示学
生：在观察中认真思
考两种不同透镜对
光的作用是否相同。
思考
利用玻璃柱对光的
折射把光的传播路径在纸上显示出来；全员参与，思考与探究平行于主光轴的光通过透镜后的情形。参与到学生实
验中去，发现问
题，及时点拨与
指导。
合作探究，
并汇报实验
中所发现的
现象
让学生通过板画“探
究平行于主光轴的光通过透镜后的折射光线”后，引入“焦点”和“焦距”。课件展示“焦
点”和“焦距”
观察与思考
利用平行于主光轴
的光通过凸透镜后交于一点，指导学生估测凸透镜的焦距。指导学生操作，
引导学生思考。
用刻度尺在
实验记录纸
上测出凸透
镜的焦距
学以致用：引导学生
利用所学解释“第十
一届全国运动会”的
圣火采集原理。
因势利导思考回答探究非平行光通过
透镜时的情形，辨析“会聚”与“发散”，深化理解。巡视指导
因势利导
合作探究
讨论交流
课堂小结小结本课时内容
利用板书，让学生小
结，帮助学生总体把
握知识结构及各知
识点间的相互联系。
因势利导
试总结本节
内容
板书设计
实验：探究透镜对光的作用
温馨提示：请把透镜放在下图中虚线所在的位置后，让激光笔发出的光沿着图中的入射光线入射，然后请用笔和直尺画出出射光线。一、探究凸透镜对光的作用
通过探究你发现：
1、凸透镜对光有作用；
2、凸透镜的焦距是厘米。
二、探究凹透镜对光的作用
通过探究你发现：
1、凹透镜对光有作用；
2、凹透镜的焦距是厘米。
拓展探究：透镜对光的作用
温馨提示：请把透镜放在下图中所在的位置后，让激光笔发出的光沿着图中的入射光线入射，然后请用笔画出出射光线。
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
4.5《认识透镜》教案 备课时间：_____________ 总课时：_____________ 教学目标 知识与技能：①能识别凸透镜和凹透镜。 ②认识凸透镜对光起会聚作用，凹透镜对光起发散作用。 ③知道什么是凸透镜的焦点和焦距。 过程与方法：通过课堂演示实验，培养学生观察能力、语言表述能力，学习研究问题的常用方法。 情感、态度与价值观： ①培养学习物理的兴趣和发现探索问题的良好习惯 ②培养学生实事求是的科学态度 ③使学生保持对自然的好奇，初步领略自然现象的美好与和谐 教学重点和难点 凸透镜对光的会聚作用，凹透镜对光的发散作用。 教学用具：激光灯（自制教具）、凸透镜、凹透镜、烧杯、水槽、课件 教学过程 一、新课引入 小故事：为什么会森林着火？ 二、新课讲授 1、透镜的种类及几个概念 （1）透镜的种类 ①同学们请观察透镜组，并借助于擦镜纸，摸一下透镜，根据透镜的厚薄程度给透镜分类。讨论透镜能分几类？ ②讲解：透镜有两类。中间厚边缘薄的叫凸透镜。中间薄边缘厚的叫凹透镜。 ③判断：下列透镜哪些是凹透镜？哪些是凸透镜？（课件）戴眼镜的同学请判断：近视镜是什么透镜？远视镜是什么透镜？ 如果透镜的厚度远小于球面的半径，这种透镜叫薄透镜。下面我们只研究薄透镜。(课件) ①主光轴：通过两个球面球心的直线。 ②光心：[由实验引导学生发现]主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不改变，这个点叫做透镜的光心。用字母O表示，对于薄透镜光心就在薄透镜的中心上。 2、凸透镜对光的会聚作用 （1）屏幕显示：（课件）
你能受到什么启发？我们通过实验来探索。 （2）实验探索：（自制教具：调节激光灯灯头制成一大束平行光借助硝酸银溶液实验） （3）结论：凸透镜对光线有会聚作用。所以也叫会聚透镜。 （4）进一步推断：如果平行于主光轴的光线经过凸透镜后会出现什么现象？ （5）实验探索（自制教具：利用三个激光灯制成平行光借助硝酸银溶液实验） （6）结论：在主光轴上会聚一点 （7）讲解：凸透镜能使跟主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这个点叫凸透镜的焦点。 用字母F表示。焦点到凸透镜光心的距离叫焦距。用字母f表示。实验证明：凸透镜两侧 各有一个焦点，两侧焦距相等。 （8）讨论：怎么利用小灯泡和凸透镜得到平行光？ 利用光路可逆的道理。从焦点发出的光线，经过凸透镜折射后变为平行光。 3、凹透镜对光的发散作用。 （1）猜测：凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜有什么作用？ （2）实验探索：（自制教具：利用三个激光灯制成平行光借助硝酸银溶液实验） （3）引导学生得出结论：实验表明凹透镜对光线有发散作用，因此凹透镜也叫发散透镜。如果跟凹透镜主光轴平行的光线经过凹透镜后远离主光轴发散，发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点， 这一点叫凹透镜的焦点。 （4）讨论：利用凹透镜能否得到平行光源? 利用光路可逆的道理，射向凹透镜焦点的光线经凹透镜折射后变成平行光。 4、想想议议 我们再来看一幅图， 你能受到启发吗？明白了为什么凸透镜对光起会聚作用和凹透对光起发散作用了吗？ 三、课堂小结 四、知识扩展 讨论：怎样粗略测定凸透镜的焦距？
LED准直照明的自由曲面透镜设计 Jin-Jia Chen, Te-Yuan Wang, Kuang-Lung Huang, Te-Shu Liu, Ming-Da Tsai, and Chin-Tang Lin 1、电气工程学院国立彰化师范大学系，士达路，彰化50074，台湾 2、光电与能源工程，明道大学，369文华路，Peetow，彰化52345，台湾 * jjchen@https://www.doczj.com/doc/866543692.html,.tw 摘要：我们提出一个简单的镜头自由曲面设计方法应用到LED照明的准直。该方法是从 基本的几何光学分析及施工方法得出。通过使用这种方法，一个高度准直透镜与为 1.0mm ×1.0毫米LED芯片的尺寸和86.5％下的±5度的视角的光学模拟的效率构成。为了验证该透镜的实用性能，准直透镜的原型也制成，并且90.3％具有4.75度的射束角的光学效率被测量。 ?2012美国光学学会 OCIS代码：（220.2740）几何光学设计; （220.4298）非成像光学系统; （220.2945）照明设计; （230.3670）发光二极管。 参考文献 1.H. Ries and J. Muschaweck, “Tailored freeform optical surfaces,”J. Opt. Soc. Am. A 19(3), 590–595 (2002). 2.P. Benítez, J. C. Mi?ano, J. Blen, R. Mohedano, J. Chaves, O. Dross, M. Hernández, and W. Falicoff, “Simultaneous multiple surface optical design method in three dimensions,”Opt. Eng. 43(7), 1489–1502 (2004). 3.Y. Ding, X. Liu, Z. R. Zheng, and P. F. Gu, “Freeform LED lens for uniform illumination,”Opt. Express 16(17),12958–12966 (2008). 4.L. Sun, S. Jin, and S. Cen, “Free-form microlens for illumination applications,”Appl. Opt. 48(29), 5520–5527 (2009). 5.F. R. Fournier, W. J. Cassarly, and J. P. Rolland, “Fast freeform reflector generation usingsource-target maps,”Opt. Express 18(5), 5295–5304 (2010). 6.W. Zhang, Q. Liu, H. Gao, and F. Yu, “Free-form reflector optimization for general lighting,” Opt. Eng. 49(6), 063003 (2010). 7.G. Wang, L. Wang, L. Li, D. Wang, and Y. Zhang, “Secondary optical lens designed in the method of source-target mapping,”Appl. Opt. 50(21), 4031–4036 (2011). 8.V. Medvedev and W. A. Parkyn, Jr., “Screen illumination apparatus and method,”US Patent 6166860 (2000). 9.D. Weigert and D. Chin, “Spotlight with an adjustable angle of radiation and with an aspherical front lens,”US Patent 6499862 B1 (2002). 10.A. Domhardt, S. Weingaertner, U. Rohlfing, and U. Lemmer, “TIR Optics fornon-rotationally symmetric illumination Design,”Proc. SPIE 7103, 710304, 710304-11 (2008).
5、1透镜 教学目标： 知识与技能 1、了解什么是凸透镜，什么是凹透镜； 2、知道凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用； 3、知道凸透镜的焦点、焦距和主光轴； 4、知道如何作凸透镜和凹透镜的光路图。 过程与方法 1、让学生进一步熟悉探究式学习的一般程序和方法； 2、重点培养学生“提出问题”的能力； 3、让学生经历从感性到理性的思维飞跃过程。 情感态度与价值观 1、让学生保持对自然界的好奇，初步领略自然界的美妙与和谐； 2、鼓励学生探究凸透镜和凹透镜在日常生活中的应用，培养他们将科学技术应用于日 常生活、社会实践，服务于人类的意识； 3、鼓励学生用毅力去战胜在探究学习过程中所遇到的疑惑、障碍、艰辛等阻力，逐步 超越自我。 重点难点： 重点：理解凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。 难点：完成光线经透镜折射后的光路图。 教学方法： 教法：演示实验法、引导法 学法：动手实验法、观察实验法、总结法 教学准备： 透镜一组、老花镜、近视镜 教学设计： 一、引入新课 一天,大雨过后，小狗贝贝正趴在自己窝里的干草上，狗窝的上方是用薄塑料搭起来的，以此来遮雨.此时塑料上面已积了一层水,天晴了，阳光透过积水照在狗的身上，暖洋洋的舒服极了，小狗正享受着这份惬意时,突然自己的尾巴着起了火,疼得它上蹿下跳. 你知道是谁惹的祸吗? 二、进行新课 （一）凸透镜和凹透镜 让学生自由提出与“透镜”有关的问题，并进行猜想。 【学生实验】
1.鉴别出桌上的两块透镜，是凸透镜还是凹透镜？ 2.识别出桌上的两副眼镜，是老花镜还是近视镜？ 总结：中间厚，边缘薄的是凸透镜；中间薄，边缘后的是凹透镜。 主光轴：透镜的两个表面对应球心的连线就是透镜的主光轴简称主轴 光心：主光轴上有个特殊的点，光通过它时传播方向不变，这个点叫做透镜的光心。 即是通过光心的光传播方向不变。 （二）透镜对光的作用 【演示实验】 1.让平行于透镜主轴的几束光射向凸透镜，观察光通过透镜后的偏折方向。 2.让平行于透镜主轴的几束光射向凹透镜，观察光通过透镜后的偏折方向。 3.如果不是平行光入射到凸透镜或凹透镜还会会聚或发散吗？ 4.总结： 根据上述实验，发现凸透镜对光有作用，凹透镜对光有作用。 5．根据图中光通过透镜前后的方向，在图中填上适当类型的透镜． 对会聚作用和发散作用的理解： 对会聚作用的理解：折射后的光线相对于入射光线靠拢了一些，最终的光线可能交于一点、也可能不交于一点．（如图3所示） 图3 图4 对发散作用的理解：折射后的光束相对于入射光发散了一些．最终的光线可能交于一点、也可能不交于一点．（如图4所示） （三）凸透镜的焦点和焦距 让平行于透镜主轴的几束光射向凸透镜，观察光通过凸透镜后的折射后相交的情况。 让平行于透镜主轴的几束光射向凹透镜，观察光通过凹透镜后的折射光线反向延长的相交情况。 焦点：
菲涅尔透镜的原理及应用 （国防科大理学院光学小组第六组） [摘要] 菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。 [关键词] 菲涅尔透镜；原理；分类；应用；研究与发展状况 本文主要从菲涅尔透镜的历史，基本原理，分类，作用，应用以及国内外的研究与发展状况等方面完整介绍了菲涅尔透镜的相关知识。 1.简介 菲涅尔透镜 (Fresnel lens)，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔（Augustin·Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。 2.菲涅尔透镜的历史 通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。而法国物理学家兼工程师菲涅尔亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。根据史密森学会的描述，1823年，第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦特河口的哥杜昂灯塔（Phare de Cordouan）上；透过它发射的光线可以在20英里（32千米）以外看到。苏格兰物理学家大卫·布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔中使用这种透镜的推动者。 3.菲涅尔透镜的基本原理 菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。
《透镜》教学设计 一、教学目标 （一）知识与技能 1．能正确区分凸透镜和凹透镜，了解透镜的光心、主光轴、焦点和焦距。 2．能说出凸透镜对光起会聚作用、凹透镜对光起发散作用，能正确解释会聚、发散。 （二）过程与方法 1．通过观察凸透镜和凹透镜的实物及图片，得出两种透镜的两种不同构造，培养学生通过观察抓住事物的本质特征，能够识别不同事物的不同特点的能力。 2．经历探究凹透镜和凸透镜对光的作用的实验过程，培养学生动手、动脑、观察、分析问题的能力。 （三）情感态度和价值观 1．通过区分凸透镜和凹透镜的过程，培养学生爱护光学仪器的好习惯。 2．通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的愉悦，乐于参与物理学习活动。 二、教学重难点 本节介绍了什么是凸透镜、凹透镜、薄透镜、透镜的主光轴、光心、焦点、焦距及透镜对光线的作用等知识，这些知识既是有关透镜的基本知识，也是后面学习凸透镜成像的准备。透镜在生活中有广泛的应用，是初中光学知识与实际生活的交汇点，透镜的基础知识及其对光的作用是本章的核心容──凸透镜成像的必备知识，能否掌握透镜对光的作用是学生今后能否学好光学的关键。本节也是光的折射的应用实例，因此本节容起承上启下的作用。
教学中应着重引导学生积极参与探究活动，仔细观察实验现象，或直接概括结论，或结合讨论、阅读，接受并认同有关结论。同时，在活动中也应让学生了解运用实验研究自然现象的基本方法。使学生对透镜及其对光的作用有更全面、更深刻的认识，激发学生学习光学知识的兴趣。初步培养他们观察物理现象、应用物理知识解释现象的能力，为后续的科学探究活动打下基础。 教学重点：凸透镜和凹透镜对光线的作用；测量凸透镜的焦距的方法。 教学难点：理解光的会聚、发散。 三、教学策略 由日常生活中和现象引入，对透镜的认识由外观到其特征概念，从对光线的一般偏折作用是会聚还是发散，到三条特殊光线，由浅入深，由具体到抽象，要符合学生一般的认知规律。教学中不应只是从理论加以介绍，特别重视通过实验和实际操作，让学生体会各种术语名词和偏折规律。通过学生探究实验得出凸透镜对光线的会聚作用以及凹透镜对光线的发散作用，并学会测定凸透镜的焦距。本节教法以实验法为主，讲授法和讨论法为辅，指导学生通过观察实验现象，讨论分析实验结果。这样即培养了学生的观察能力，同时也培养了学生的合作意识。通过学生讨论的方式，总结出判断透镜种类的两种方法和三条特殊的光线，培养学生分析和归纳的能力。 四、教学资源准备 多媒体课件、凸透镜、凹透镜、演示用光学器件组一套、老花眼镜、近视眼镜等。 五、教学过程
准直TIR透镜的TracePro模拟过程 说明：本例只讲解我用TP的模拟过程，不是TP的使用手册之类，讲解有误或不清楚的地方请见谅。本例不讲解透镜的设计方法，请不要追问如何设计透镜。 最后提一个要求：不喜勿喷。 作者：虫洞里的猫 准直TIR透镜，是指在原点的点光源经过透镜后光线能平行出射的透镜，但由于LED的发光面都是面光源，因此LED经过此透镜后不可能是平行光出射，但其出光角度会是最小值。 本实例以已设计好的准直TIR透镜为例，逐步演示TracePro的模拟过程。 1.插入3D文件 TracePro可以打开多种3D格式的文件，最方便的是直接插入零件，但此过程只能使用.SAT格式的文件，如下图的过程。
如果你的3D文件是其它格式，如STEP等，则可以用TracePro直接打开，具体过程为：文件-打开，在打开的对话框的下拉菜单中选择合适的格式。 2.设置光源 2.1 设置档案光源 2.1.1 方法一 设置光源可以有很多方式，但最直接也最准确的是使用光源文件，在TracePro中也称为档案光源，TracePro可用的档案光源主要有.DAT或.RAY格式的。此文件可以从LED厂家的官网上下载，本实例使用的LED为CREE公司的XLamp XP-E。如下图，XP-E Cool White Optical Source Model - TracePro (zip) (42 MB)是适合TracePro使用的光源文件，其网站地址为：https://www.doczj.com/doc/866543692.html,/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Discrete-Directional/XLa mp-XPE。
【教学目标】 知识和技能 1、知道什么是凸透镜，什么是凹透镜。 2、知道什么是透镜的主光轴、光心、焦点、焦距。 3、知道凸透镜对光起会聚作用，凹透镜对光起发散作用。 过程与方法 1.会用一定的方法辨别什么是凸透镜，什么是凹透镜。（通过教学一完成） 2.观察凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。（通过教学二的实验完成，并且通过典型题目帮助理解进行巩固） 情感、态度与价值观 1、以探究活动为主要的学习形式展开学习活动，让学生经历探究过程，体验探究方法，通过合作、交流、表述等形式将对透镜的感性认识理性化。 2、设置问题情境和学习情境，加强对透镜以及透镜的性质的感性认识。 【设计思路】 本节主要讲述的是透镜的初步知识，这节课的设计思路是通过实验探究为主的教学方式进行设计；以实验为主线，通过探究性实验，学生间的讨论、设计、动手及合作的观察、分析揭示透镜的特点，把透镜分成两类，再对它们的形状共性进行探究得定义；关于透镜对光的作用进行假设，利用实验进行验证得出结论。为巩固知识，设计了区分老花眼镜和近视眼镜的活动，最后通过常见的冰、水制作透镜开拓学生的视野，利用光在传播过程中伴随着能量的传递，增强学生的环保意识。 【教学过程】 引入新课 通过装有水的杯子观察课本上的字，从侧面看字是放大的，从杯口向下看，字是缩小的。引发学习兴趣与欲望，将学生从生活引向物理。 师：再分别给学生一个老花镜，一个近视镜，看近处的字。 生：老花眼镜看字是放大的；近视眼镜看字是缩小的。 师：为什么会出现这种现象呢？为了揭示这其中的奥秘，我们学习今天的知识。 新课教学 一、认识凸透镜和凹透镜以及透镜的主光轴、光心。 师：分发给学生多个圆形镜片，让学生仔细观察镜片，然后给镜片进行分类。生：将观察到的现象记录在实验记录表格中的相应栏目中。 师：同学们，你们能把刚才看到的现象分成几类？形状上各有什么特点？ 生：两类：一类能成放大的像；一类能成缩小的像。成放大像的镜片是中间厚边缘薄，成缩小像的镜片是中间薄边缘厚。 师：我们把中间厚边缘薄的透镜叫凸透镜；把中间薄边缘厚的透镜叫凹透镜。 （这里，课件出示6个不同形状的透镜图片，让学生归类，从而增强对于凸透镜和凹透镜的认识） 师：介绍两个概念： 光心：透镜的中心叫光心。 主光轴：通过透镜光心与透镜垂直的叫主光轴。
5.凸透镜教学反思 本课在教学活动设计上主要体现了“在玩中学，在学中玩”的探究活动为中心，主要体现在以下几个方面： 1.兴趣是探究学习的主要动力 根据学生年龄特点的实际情况，我是这样处理本课教材的：在科学过程与方法上，先让学生从“玩放大镜与望远镜“入手，在充分的探究后，教师引导学生根据自己观察的现象提出自己的疑问，从而激发学生迫切想研究其中的奥秘。从而激发学生探究的兴趣。 2.观察是探究学习的重要前提，发现是探究学习的重要目的 在《凸透镜》一课的教学活动中，我首先让学生从观察放大镜入手，并给学生充足的时间去尽情地玩放大镜，让学生在玩中观察，在观察中产生疑问，并且发现。因此实验教学中要努力创设情境，大胆放手让学生动手操作，尽可能地让学生发现问题，提出问题研究问题在探索中发现规律，得出科学结论并自悟学习的方法。 3.动手操作中，自悟学习方法，体验探究的乐趣 在这节课整个教学过程中，我始终给予学生充分的时间与空间进行自主合作探究，学生的积极性很高，实验的效果也很好。并在活动经历过程中培养了学生细致观察的习惯，动手操作的能力，归纳概括的能力。在科学探究凸透镜作用的过程中，仅有动手做是不够的，动手做后的表达与交流，同样是科学探究活动中不可缺少的重要环节，也是探究的重要目标之一。因此，在本课教学中给学生提
供了充分表达与交流的机会，让学生汇报实验中观察到的现象，归纳总结凸透镜成像的规律。
4.善于记录、总结分析，在探究学习中培养学生严谨的态度 在进行探究性动手操作中，学生往往对实验现象极有兴趣，学生的好奇心集中在实验的操作和观察上，从而会有大量的发现，学生基本上是看得多，记得少，发现得多，总结的少，分析得少，因而，在学生探究的过程中，让他们把点滴发现记录下来，及时总结分析，在研究中为孩子们提供第一手资料，提供事实依据。 通过这一课的教学，我体会到教师在教学中对学生少一些束缚，多一些放手，多一点指导。学生就会多一份自由的天地，就能更好地发挥学习的主动性和创造性。 （注：本资料素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）
用ZEMAX设计简易LED准直镜 一. 初始解的构建 1. 为了简单采用此透镜由三部分构成: A. 全反射部分, B. 折射部分, C.切除部分(这一部分在设计时也可以不考虑,可以在设计完成后再加入) 图中光束分两个部分, 一部分为折射部分,另一部分为全反射部分, 可以看出,折射部分光束为三段,全反射部分光束分为四段,由于是平行光出射, 所以在优化时只要考虑第三段就可以了. 初始数据: 1) 几何体部分 TIR部分是一个非球面透镜,中间部分是一个标准透镜(有曲率和圆锥系数),切除部分是一个圆柱体; 注意中间的透镜部分的材料为空气,因为它相当于也是被切除掉的.
2) 光源部分 我们用SOURCE RAY做为光源, 这样可以NSRA来进行优化; 光源的生成与操作数的建立按如下的MACRO可以自动生成: steps=90 incr=90/steps #max angle is 90 degree pi = 4*ATAN(1) dr = pi/180 startobj=4 For i,0,steps,1 angle = i*incr oo=i+startobj InsertObject 1,oo SetNSCProperty 1,oo,0,0,"NSC_SRAY" # surface,object,code,face,value SetNSCProperty 1,oo,3,0,2 # source inside of object 2 SetNSCPosition 1,oo,4,angle SetNSCParameter 1,oo,1,1 #layout rays SetNSCParameter 1,oo,2,1 #analysis rays tar = 0 opr = i+1 InsertMFO opr setoperand opr, 11, "NSRA" setoperand opr, 3, oo # src# setoperand opr, 6, 3 # seg# setoperand opr, 9, 1 # weight setoperand opr, 7, 5 # y coordinate setoperand opr, 8, tar # tar Next update 我们每隔一度产生一条光线,最终的结果如下, 从图中可以看出,光线都不是平行的. 这里注意要调整参数保证所有光线都大概的按预期的方向会聚!!
Zemax○R菲涅耳透镜设计工具（UDS）--VR/AR解决方案 Zemax○R自定义面型（UDS）提供了复杂曲面建模的解决方案,使得复杂建模成为可能。 下面在序列模式下以菲涅耳透镜为例，简要概述其建模，仿真及优化能力。序列模式下，对菲涅耳透镜的建模尤其是对锯齿建模一直是个难点，以前一直没有好的解决方案。以前只能通过非序列模式，或者混合序列-非序列模式采用内置的Fresnel 1对锯齿建模。 但非序列模式下（或者混合非序列模式下）Fresnel 1实体建模有一些局限性，体现在： 1.锯齿结构都是小平面结构，如果是成像像质方面有要求的设计如VR，其像质很难达到 要求。这种平面结构主要用于照明等领域，像质要求相对较低。 2.锯齿结构的基底面都是平面，使用性受到限制。目前越来越多的VR使用球面等弧面作 为基底，因此弧面基底建模无法完成。 3.优化能力很困难，这主要是基于当某些光线打在无效的锯齿端面，所导致的杂散光造成。 杂散光的形成导致弥散斑尺寸难于控制及评价，因此几乎无法优化或者要经过一些光线筛选等冗繁的工作后，优化才能进行。 4.公差评估几乎无法实现，其目前的建模方法使得公差分析几乎无法进行，比如无法分析 面型加工公差等影响，所以无法预判加工的可靠性，给加工及评估带来非常大的困难。 序列模式下，虽然内置有多个菲涅耳面型，但都是理想的菲涅耳面（没有锯齿结构，或者说锯齿非常非常浅），这样的建模方式实际上导致了与实际菲涅耳透镜（带锯齿结构）的不符，导致了根本无法评价其性能参数与实际的成像质量。 本文通过自开发的自定义面型（UDS）在序列模式下实现了菲涅耳透镜的灵活建模，扩展了Zemax○R菲涅耳透镜的建模能力，并且自带有锯齿结构，更符合实际，也可直接用于优化及公差分析，可以导出为CAD文件。 核心功能点： 1.基底可以是平面，球面或者是柱面 2.锯齿选择可以是小平面近似或者完全光滑的曲面（更高的像质需求） 3.菲涅耳折射面可以用高的非球面来表征（至r^10项），用于满足高的像质需求 4.可以选择屏蔽杂散光，只对主要像斑点做出评价如点列图尺寸，MTF等 5.可以选择锯齿特征，如等深度锯齿，还是等宽度锯齿 6.可以设置拔模角（draft angle） 7.可直接优化，无需繁琐的杂散光线筛选 8.可用于公差分析等 9.可以输出面型格点数据或者CAD文件
5.1“透镜”的创新教学设计 1 设计思想 新的物理课程标准提出了新的理念： ①“从生活走向物理，从物理走向社会”。即力求贴近学生生活，激发学生的学习兴趣，通过探索物理现象，揭示隐藏在其中的物理规律。 ②“注重科学探究，提倡教学方式多样化”。即以物理知识和技能为载体，让学生经历科学探究过程，学习科学探究的方法，培养学生的探究精神，实践能力包括技术设计能力以及创新意识。改革以书本为主、实验为辅的传统教学模式，提倡多样化的教学方式，鼓励将现代信息技术、多媒体技术，应用于物理教学中。 为了体现这些新的理念，“透镜”教学总的设计思想是：从“冰透镜向日取火”的实况录像直接切入课题“透镜”；就地取材，用学生熟悉的眼镜组织学生实验探究如何用多种方法判别凸透镜与凹透镜以及如何测量凸透镜焦距等问题；并从中提炼出通过科学探究解决问题的方法；最后，鼓励学生运用方法，解决新问题。本课的教学流程为：引入课题→判别透镜→测定焦距→总结方法→课题研究。 2 过程设计 2．1 引入课题 通过“冰透镜向日取火”的实况录像，结合配音资料，开门见山地引出课题“透镜”，并介绍透镜的概念。这样一开始就把学生的注意力都集中到课上，激发学生的学习兴趣。当学生得知，冰透镜是教师自己动手制成，这一段录像是本校摄制时，更激起学生对物理课学习的重视 【学生实验1】感受凸透镜与凹透镜中间及边缘的厚与薄，使学生悟出凸透镜与凹透镜的定义。 2．2 判别透镜 问题：近视眼镜和老花眼镜的镜片分别是用什么类型透镜做的？学生通过观察、体验，认识到近视镜的镜片是凹透镜，而老花镜的镜片是凸透镜。接下来的问题是怎样判别凸透镜与凹透镜？也即如何区分近视镜与老花镜？ 【学生实验2】组织学生讨论、猜想，设计实验探索多种方法判别眼镜。 学生介绍判别眼镜镜片的方法： 方法①摸：用手直接去摸眼镜的镜片，发现镜片中间薄、边缘厚的则为近视镜；镜片中间厚、边缘薄的则为老花镜。教师表扬学生能活学活用，利用刚学的凸、凹透镜的定义区分眼镜，并及时指出光学仪器一般不允许用手摸。 方法②看：使眼镜靠近书本，透过镜片观察字的变化，发现字变小的是近视镜，字变大的是老花镜。 【学生实验3】制作水膜透镜：将铅丝紧绕在透镜的金属柄上，绕成一个封闭的小圈。把小圈浸入水中，取出后小圈上形成一个水膜透镜。用此透镜观察字的变化。有发现字变大的，有发现字变小的，而发现字变大的甩一甩后又发现字变小了。学生通过实验，认识到成放大像的水膜形成的是凸透镜，成缩小像的形成的是凹透镜。 【学生实验4】移动透镜，观察现象。使两种透镜从靠近书本慢慢远离书本，透过镜片观察字的变化。学生经过仔细观察，发现凹透镜在移动的过程中，总是成正立缩小的像；而凸透镜在移动过程中，既能成正立的像，又能成倒立的像，即可以成放大的像，也可以成缩小的像。其中有什么规律，鼓励学生课后去研究。 方法③照：用光源对着镜片照，发现近视镜把光散出去，而老花镜把光聚起来 教师结合凸透镜与凹透镜对光不同作用的动画讲解凸透镜对光有会聚作用，而凹透镜对光有发散作用，并介绍焦点、焦距的概念。 教师补充判别眼镜的方法： 方法④晃：把两种眼镜放在字前慢慢摇晃，透过镜片观察现象 【学生实验5】学生晃动两种眼镜，发现像的移动方向与近视镜的移动方向相同，而老花镜则相反。 以上判别近视镜与老花镜的方法，其实也是区分凸透镜与凹透镜的方法。点评：教师通过一个问题，引发学生的思考，接着学生自主设计各种实验，找出了多个方法。学生在解决问题的过程中，不仅获取了知识，而且还经历了作科学研究的过程，体验到了成功的喜悦。2．3 测定焦距
菲涅尔透镜TracePro教程 首先，本教程是中使用的是TP7，采用RepTile特征应用在所要形成的菲涅尔面上。所以，在应用菲涅尔特性之前，先构建好菲涅尔物镜的结构。 1.构建镜框。 2.点定义，材料特性里面点鳞甲特性，打开鳞甲特性编辑器 3.点上图中的新增特性
命名，选好变化方式，根据你想要定义的内容来定。在这里，我选择可变参数。 点好确定之后，弹出上图，描述上面标注一下，将来用起来好识别。（可无）带宽在这里我输入的是0.225，（参考CYQ大师的进阶资料）。 4.输出数据，方便我们载出之后定义。 点这个按钮，载出。会弹出下面这个。 点保存这个txt文件，名字为Fresnel1.txt。注意存放位置，我们下面会用到。 5.下面最小化TP，让我们学习一下菲涅尔透镜的参数。 在上一个步骤，我们看到Facet Angle和Draft Angle，如下图所示，
这两个角度以及菲涅尔环带宽的介绍，参考如下文件，详见[1]： 我们可以知道，定义带宽之后，需要定义每个环带不同的倾斜角度。 6.为了教程的进行，我们借用TP手册中的资料来载入菲涅尔透镜的角度。 打开文件TracePro\Examples\Demos\Fresnel Lens Arcsecs.txt，该文件里面的数据指的是每一环下facet angle的度数，但是该角度的单位是arcseconds。这个单位是1/3600 度，所以，我们有必要转换回来。下面说的这个转换方法是在Excel 里面转换的，可以借鉴一下。 用Exele打开： 在B列输入公式=A1/3600，再应用 到各列。一共333列(可参考[2])。 拷贝好这一列数据，可以使用Cltl+ Shift+↓选择该列数据复制。 7.使用Excel打开之前的txt文件，Fresnel1.txt再粘贴上面的数据到A19
《透镜》教学设计 、教学目标 1.知识与技能目标: (1)了解什么是凸透镜，什么是凹透镜，了解透镜的光心、主光轴、焦点和焦距。 (2)了解凹透镜和凸透镜对光的作用。 2.过程与方法目标： (1)通过观察凸透镜和凹透镜的实物及板图，得出两种透镜的两种不同构造，培养学生通过观察时抓住事物本质特征，通过观察能够识别不同事物的不同特点的能力。 (2)经历探究凹透镜和凸透镜对光的作用的实验过程，培养学生动手、动脑、观察、分析问题的能力。 3?情感态度与价值观目标： (1 )培养学生在课堂上积极参与的主人翁意识； (2 )通过师生双边教学活动，培养学生学习物理的兴趣、保持对自然界的好奇，初步 领略自然现象的美好与和谐。 二、教材分析 (1 )地位和作用：本节内容主要包括凸透镜和凹透镜的概念以及它们对光线的作用。 是光的折射的深入，是初中光学知识与实际生活的交汇点，是历年中考的高频考点。 (2)教学重、难点： 重点：观察凹透镜对光的会聚作用和凸透镜对光发散作用。 难点：凹透镜和凸透镜对光的作用的实验过程。 三、学情分析和教学方法 通过上一章的学习，学生已有一定光学知识基础，具备一定的实验、观察和分析概括能力。 本节课采用的主要的教学方法是在演示实验和学生活动的基础上，通过观察分析概括物理概念、总结物理规律。
四、教学器材透镜一组、老花镜、近视镜、饮料瓶（无色透明、表面没有波纹、去瓶口上部）、蚊香、火柴、激光灯、手电筒。 五、教学过程
生甲：透镜可以分为两类 生乙：透镜有两面往里凹的，也有往外凸的 过渡 实验 师生总结: 改进实验, 使现象更加 1中间厚、边缘薄的叫凸透镜(con vex le ns)，中间薄, 边缘厚的叫凹透镜(con cave lens )。(板书) 师：看投影，看看它们中哪些是凸透镜；哪些是凹透镜 生：①③⑤是凸透镜，②④⑥是凹透镜。 明显。 在实验的基 础上概括总 结。 过渡 实验 多媒体辅助 教学 学生活动：桌子上放着帮助人们矫正视力，保护眼睛的近 视眼镜的镜片和远视眼镜的镜片，让学生鉴别它们是什么 透镜？ 学生鉴别后回答：远视镜的镜片是凸透镜，近视镜的镜片 是凹透镜。 自然过渡 师：关于透镜，有两个名词必须了解——透镜的主光轴和 把活动带下 课堂，培养 实践能力和 总结物理规 律的能力。 光心，它们是进一步研究透镜的基础。 2、透镜的主光轴和光心 多媒体展示，强调通过光心的光线不改变方向。 师：透镜是会透光的镜子。那么，透镜对光到底有什么特 殊的作用呢？ 探究二：透镜对光线的作用 实验一：分别将一凸透镜和凹透镜正对着平行光， 再把一 张纸放在它的另一侧，来回移动，观察有什么变化？ 实验二：将无色透明饮料瓶放在水平桌面上， 在瓶中放置 点燃的香头，这就形成一个“烟室”，用自制的平行激光 垂直射入烟室，然后在中间分别放入凸透镜和凹透镜， 观 教学
人教版八年级物理上册《透镜》教学设计 一、教学目标（一）知识与技能1．能正确区分凸透镜和凹透镜，了解透镜的光心、主光轴、焦点和焦距。2．能说出凸透镜对光起会聚作用、凹透镜对光起发散作用，能正确解释会聚、发散。（二）过程与方法1．通过观察凸透镜和凹透镜的实物及图片，得出两种透镜的两种不同构造，培养学生通过观察抓住事物的本质特征，能够识别不同事物的不同特点的能力。2．经历探究凹透镜和凸透镜对光的作用的实验过程，培养学生动手、动脑、观察、分析问题的能力。（三）情感态度和价值观1．通过区分凸透镜和凹透镜的过程，培养学生爱护光学仪器的好习惯。2．通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的愉悦，乐于参与物理学习活动。 二、教学重难点本节介绍了什么是凸透镜、凹透镜、薄透镜、透镜的主光轴、光心、焦点、焦距及透镜对光线的作用等知识，这些知识既是有关透镜的基本知识，也是后面学习凸透镜成像的准备。透镜在生活中有广泛的应用，是初中光学知识与实际生活的交汇点，透镜的基础知识及其对光的作用是本的核心内容──凸透镜成像的必备知识，能否掌握透镜对光的作用是学生今后能否学好光学的关键。本节也是光的折射的应用实例，因此本节内容起承上启下的作用。教学中应着重引导学生积极参与探究活动，仔细观察实验现象，或直
接概括结论，或结合讨论、阅读，接受并认同有关结论。同时，在活动中也应让学生了解运用实验研究自然现象的基本方法。使学生对透镜及其对光的作用有更全面、更深刻的认识，激发学生学习光学知识的兴趣。初步培养他们观察物理现象、应用物理知识解释现象的能力，为后续的科学探究活动打下基础。教学重点：凸透镜和凹透镜对光线的作用；测量凸透镜的焦距的方法。教学难点：理解光的会聚、发散。 三、教学策略由日常生活中和现象引入，对透镜的认识由外观到其特征概念，从对光线的一般偏折作用是会聚还是发散，到三条特殊光线，由浅入深，由具体到抽象，要符合学生一般的认知规律。教学中不应只是从理论加以介绍，特别重视通过实验和实际操作，让学生体会各种术语名词和偏折规律。通过学生探究实验得出凸透镜对光线的会聚作用以及凹透镜对光线的发散作用，并学会测定凸透镜的焦距。本节教法以实验法为主，讲授法和讨论法为辅，指导学生通过观察实验现象，讨论分析实验结果。这样即培养了学生的观察能力，同时也培养了学生的合作意识。通过学生讨论的方式，总结出判断透镜种类的两种方法和三条特殊的光线，培养学生分析和归纳的能力。四、教学资准备多媒体课件、凸透镜、凹透镜、演示用光学器件组一套、老花眼镜、近视眼镜等。五、教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课（5分钟）镜子在生活中有广泛的应用。现在大家仔细观察平面
基于菲涅尔透镜的配光设计 内容：一、概述 二、设计方法 三、设计步骤 报告人：陈志强 学号：201510800103 专业：光信1501
1、菲涅尔透镜概述 菲涅尔透镜(Fresnel lens)又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔（Augustin·Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统--灯塔透镜。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。 2、基本原理 假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。（如图1-1） 另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球差。 图1-1
3、光学特性 使用普通的凸透镜，会出现边角变暗、模糊的现象，这是因为光的折射只发生在介质的交界面，凸透镜片较厚，光在玻璃中直线传播的部分会使得光线衰减。如果可以去掉直线传播的部分，只保留发生折射的曲面，便能省下大量材料同时达到相同的聚光效果。菲涅耳透镜就是采用这种原理的。菲涅尔透镜看上去像一片有无数多个同心圆纹路（即菲涅耳带)的玻璃，却能达到凸透镜的效果，如果投射光源是平行光，汇聚投射后能够保持图像各处亮度的一致。 二、设计方法 1、光源 本设计光源采用给定的点源，在TP软件中可以找到格点光源来仿真。 2、目标光斑 不同接收面的目标光斑有很大差异，具体如图3-9——图3-12。 3、环结构设计 设定环数为3个。 4、目标面 此设计目标接收面设置了4个，可参见图3-6。 三、设计步骤 1、光源格点光源参数如图3-1 图3-1
《透镜》教学设计 内蒙古鄂尔多斯市东胜区东联现代中学刘敏 一、教材分析 透镜是照相机、投影仪、望远镜等光学仪器的重要组成部分，透镜对光的作用是准确理解透镜的成像规律的基础，能否掌握透镜对光的作用是学生今后能否学好光学的关键，所以这节是本章的核心内容。 二、教学目标和重点难点 根据课程标准提出的“通过实验，认识透镜对光作用”这一要求及以上对教材的分析确定教学目标如下： 1．知识与技能 会识别透镜类型；通过实验了解透镜对光的作用；会画凸透镜的三条特殊光线；会粗测凸透镜的焦距的方法。 2．过程和方法 通过观察，能辨别透镜类型；通过实验探究透镜对光的作用真正体现了物理学科的特点——注重观察和实验；通过让学生分析得到平行光的方法培养学生的逆向思维能力和对比的思想解决物理问题。 3．情感、态度和价值观 通过冰透镜的作用、水透镜的讨论，保持对自然界的好奇，初步领略自然现象的美好与和谐；通过讨论空矿泉水瓶的问题，增强学生的环保意识；通过探究实验培养学生的合作意识。 4．重点 透镜对光的作用 5．难点 透镜的作图及准确理解透镜的焦点 三、教学策略 根据课程标准提出的“培养全体学生的科学素养”这一教学目标，制定教学策略如下：1．通过对本校学案的改写以及五过程主体探究课堂教学模式的大胆启用，充分发挥了学生的自主性和培养学生自主学习的能力。
2．大胆创设分组实验，为学生的探究活动提供能够亲身参与的科学手段 在透镜对光的作用这一环节的教学中，通常的做法是利用光具盘和激光器加以演示，因为考虑到白天太阳光比较充足，所以现象不是太明显，而后面的同学往往又看不清楚。《教师教学用书》建议用手电筒作光源，通过观察光斑的大小判断透镜来对光的作用，实践证明这样做在白天的效果很不理想，同时由于学生没有观察到光路，而且初中的学生又正处于从经验型向理论型过渡的阶段，抽象思维还没有完全建立起来，所以难以抽象出结论。从“注重科学探究，提倡学习方式多样化”的教学理念出发，我将采用多种自制器材的方式让学生进行科学探究，具体方案如下：（1）学生自制平行光源。（2）将红外线笔改为“明亮的绿色笔”制成平行的光源，在利用大可乐瓶去掉上端改制成一个水槽暗箱，在其背面贴上黑纸，里面倒上滴有牛奶的水，通过对比的手法不用透镜时的平行光和用了透镜之后的光线进行对比，然后让同学同时做两种透镜的实验进行对比，学生不仅立刻会观察到清晰的光的传播路径而且能立即领会两种透镜对光的作用；再要求学生将观察到的现象完成在学案上，这样学生带着问题进行有目的的实验，收效非常大，从而达到重视学生的主动参与、亲自探究、动手操作，强调学生的感受、体验、实践，强调学生之间的交流与合作的目的。 3．正确运用电教媒体，真正起到补充和画龙点睛的作用 在课前播放各种日常生活中使用透镜的光学仪器，对学生的课外知识起到补充的作用；引课时播放的“我国探险队员使用冰透镜”故事是本节课的灵魂始终贯穿本节课；不仅对本节课的教学起到画龙点睛的作用同时对学生进行情感、态度和价值观的教育，结尾课件中的歌曲和图片激励学生并达到爱国主义教育。 4．适时地运用学案 利用学案使实验现象重新回放从而加深记忆，通过学案的书写及时对知识的总结，使学生不仅达到学以致用的目的，即不仅是当堂训练的载体还是一份珍藏永久的笔记，这样为今后的复习打下良好的基础。 运用学案的简洁、适时地呈现教学内容，达到了事半功倍的效果，不仅节省了时间，同时增加了教学可操度。