实验5 迈克耳孙干涉仪的调节和使用
【实验目的】
1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理。
2.学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。观察等倾干涉条纹，测量待测光源的波长。
3.观察等厚干涉条纹，测量钠光的双线波长差。
【仪器和用具】
迈克尔逊干涉仪（WSM-100型），氦氖激光，毛玻璃屏。
【实验原理】
1.迈克尔逊干涉仪的介绍
19世纪末，迈克尔逊为了确定当时虚构的光传播介质—“以太”的性质，设计和制造了该种干涉仪，并在1881年与莫雷合作在该干涉仪上进行了历史上有名的迈克尔逊—莫雷测“以太”风实验，实验得到了否定的结果，为爱因斯坦1905年创立相对论提供了实验基础.迈克尔逊也因此获得1907年诺贝尔物理学奖。
迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。其原理是用分振幅的方法产生双光束以实现
干涉的仪器。它的主要特点是
两相干光束完全分开，这就很
容易通过改变一光束的光程来
改变两相干光束的光程差，而
光程差可以以光波的波长为单
位来度量，随着对仪器的不断
改进，还能用于光谱线精细结
构的研究和利用光波标定标准
米尺等实验。因此，根据迈克
尔逊干涉仪的基本原理，研制
的各种精密仪器已被广泛应用
于长度精密计量、光学平面的质量检验和傅里叶光谱技术等方面，迈克尔逊干涉仪是许多近代干涉仪的原型。
WSM-100型迈克尔逊干涉仪的实物图如图29-1所示。
（1）反光镜1和反光镜2：这是两个互相垂直放置的平面镜，镜面镀有金属膜，具有很高的反射率。
（2）分光镜和补偿片：分光镜又称为分光板，是一块平行平面玻璃板，其第二平面上镀有一层半透（反射）膜，可以将以450入射的一列光分成两列振幅近乎相等的反射光和透射光。补偿片也称补偿板，它的厚度和折射率都与分光板相同，且与分光板平行放置，用以补偿通过分光镜的透射光与反射光之间附加的光程差。
（3）传动部分和读数系统：转动大转轮和微调鼓轮，都可使导轨上的转轴转动，从而带动反光镜1沿导轨移动。反光镜1的位置或移动的距离可由机体侧面的毫米刻尺、读数窗口内刻度和微调鼓轮的读数确定。
粗调手轮旋转一周，拖板移动1毫米,即反光镜1移动1毫米，同时，读数窗口内的鼓轮也转动一周，鼓轮的一圈被等分为100格，每格为10-2毫米，读数由窗口上的基准线指示。
微调鼓轮每转过一周，拖板移动0.01毫米，可从读数窗口中可看到读数刻度移动一格，而微调鼓轮的周线被等分为100格，则每格表示为10-4毫米。
如图29-2所示的读数为33.52246mm。
2. 用迈克尔逊干涉仪测量光波波长
迈克尔逊干涉仪的工作原理
如图29-3所示，光束S 以450
角入射到分光板P 1，通过半透膜
的分光作用，分为反射光1和透
射光2，反射光1到达反光镜1
后再次反射沿原路返回，记为反
射光'1，
'1通过P 1得到透射光"1。而透射光2经过补偿板P 2，到达
反光镜2后反射沿原路返回记为'2，经P 1得到反射光"2。光线"1和线"2来自同一光源S 因而是相干光，它们到达E 处时将产生干涉。
光线"2是在分光板P 1的第二面反射得到的，这样使M 2在M 1的附近（前面或后面）形成一个平行于M 1的虚像M 2＇，因而，在迈克尔逊干涉仪中，自M 1 、M 2的反射相当于自M 1、M 2＇的反射。
也就是，在迈克尔逊干涉仪中产
生的干涉相当于厚度为d 的空气
薄膜所产生的干涉。M 1和M 2＇反射的两束光的光程程差为
i dn cos 22=δ （29-1）
式中i 为反射光1'在平面反射镜M 1上的反射角，λ为入射光的波长，n 2为空气薄膜的折射率,近似为1，d 为薄膜厚度。它们将处于同一级干涉条纹，并定们于无穷远。如果在E 处放一会聚透镜，将在其焦平面上看到一组明暗相间的同心圆纹。
两束相干光明暗条件为
),3,2,1()21(cos 22???=?????+==k k k i dn 暗亮λδ （29-2）
凡i 相同的光线光程差相等，并且得到的干涉条纹随M 1和M 2＇的距离d 而改变。当i =0时光程差最大，在E 点处对应的干涉级数最高。由（29-2）式得
2
cos cos 2λλi k d k i d =
?= （29-3）
由式（29-3）可知，当M 1和M 2＇的距离d 增大时，对于任一K 级干涉条纹，其COSI 的值将减小，此干涉条纹将向i 变大的方向移动，即条纹向外扩展，我们
将看到条纹从中心向外“涌出”，且当距离d 每增加λ2
1时就有一个条纹从中心“涌出”。反之，当距离d 每减少λ2
1时，就会有一个条纹向中心“陷入”。由此可知，连续“涌出”或“陷入”N 个条纹时，距离d 的改变量d ?满足如下关系： 2λN d =? （29-4）
所以在实验时只要数出“涌出”或“陷入”的条纹个数N ，读出d 的改变量Δd 就可以计算出光波波长λ的值 N
d ?=2λ （29-5） 从迈克尔逊干涉仪装置中可以看出，S 发出的凡与M 1的入射角均为i 的圆锥面上所有光线，经透镜L 会聚在半径为r 的同一个圆上，实际实验时，如果调节M 2与M 1严格垂直，则我们用眼睛观察到的图像就是明暗相间的同心圆环，称为等倾干涉条纹如图29-6（a ）所示，如果M 2与M 1严不严格垂直，则出现等厚干涉条纹(图29-6中(b),(c))。根据式(29-5)测量波长λ时必须在等倾干涉下进行。
(a) (b) (c)
图29-4等倾干涉条纹(a)和可能的等厚干涉条纹(b)(c)
【实验内容与步骤】
1、迈克尔逊干涉仪的调整
（１）按图29-5原理图摆放好钠灯和迈克尔逊干涉仪。在钠光的灯罩窗口上放置毛玻璃，点亮钠灯，得到均匀的扩展光源，在光源和P1之间加一指针或尖状物（如笔尖）。
（２）旋转粗调手轮，使M1和M2至P1镀膜面的距离大致相等，沿EP1方向观察，将看到尖状物有三个像（在其中两个像基本会固定不动，称为固定动像，第三个像则会随着对M1和M2背后的三个螺丝的调节会发生移动，称为可动像）。
（３）仔细调节M1和M2背后的三个螺丝，改变M
和M2的相对方位，直至可动
1
像与两固定动像之一在水平方向和铅直方向均完全重合；再继续微调三个螺丝，可观察到干涉条纹，（此时一般是等厚干涉条纹）。
（４）细致缓慢调节M1下方的两个微调节拉簧螺丝，使干涉条纹中心随观察者的眼睛左右上下的移动而移动，但不发生条纹的“涌出”或“陷入”现象。此时，才是严格的等倾干涉。
（5该系统中M2为动镜，传动比为20∶1，即从螺旋测微计上读出的最小分度值0.01mm相当于动镜移动0.0005mm
2、测量激光的波长
（1）旋转粗调手轮，使M2移动，观察条纹“涌出”或“陷入”现象，观察d的取值与条纹粗细、疏密的关系。掌握干涉条纹“涌出”或“陷入”个数、速度与调节微调手轮的关系。
（2）当视场中出现清晰的、对比度好的干涉圆环时，读出动镜M2所在的相对位置，此为“0”位置，然后沿同一方向转动微调手轮，仔细数干涉条纹“涌出”或“陷入”的个数。每隔50或100个条纹，记录一次动镜M2的位置，连续记录5个这样的位置。
（3）由（29-5）计算激光的波长。取其平均值 与公认值（632.8纳米）比较，计算相对误差。
【实验数据记录及处理】
氦氖激光的波长 =?=N
λ 计算相对误差
【注意事项】
1. 在调节和测量过程中，一定要非常细心和耐心，转动手轮时要缓慢、均匀。
2. 为了防止引进螺距差，每项测量时必须沿同一方向转动手轮，途中不能倒退。
3. 在用激光器测波长时，M 1镜的位置应保持在29-60毫米范围内。
4. 为了测量读数准确，使用干涉仪前必须对读数系统进行校正。
实验6 单缝衍射实验
【实验目的】
1．观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。
2．会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。
3．学会用衍射法测量微小量。
【仪器和用具】
光学平台或光具座，单缝，薄透镜，物屏，光源，准直透镜（焦距大一些），平面反射镜,白屏，测微目镜，二维、三维平移底座，升降调节座等。
【实验原理】
１．单缝衍射
光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，当障碍物（小孔、狭缝、毛发、细针等）的线度与光的波长相差不多时，所发生的偏离直线传播的现象，即光可绕过障碍物，传播到障碍物的
几何阴影区域中，并在障
碍物后的观察屏上呈现
出光强的不均匀分布。通
常将观察屏上的不均匀
光强分布称为衍射图样。
本实验涉及的是光通过
单缝时的衍射，即单缝衍射。
单缝衍射可分为两类：菲涅耳
衍射、夫琅和费衍射。夫琅和费衍射是指狭缝和障碍物与观察屏的距离都是无限远的。在夫琅和费衍射中，入射到狭缝的光是平行光，传播到观察屏的也是平行光，即入射光和衍射光都是平行光，所以夫琅和费衍射是平行光的衍射，在实验中可以借助两个透镜来实现。
本实验只研究夫琅和费单缝衍射，如图25-１所示，将波长为 的单色光源S 置于透镜1L 的焦平面上，由光源S 发出经1L 出射的平行光垂直照射在宽度为a
的狭缝上，
当a 很小时，根据惠更斯－菲涅尔原理，狭缝上每一点都可看成是发射子波的新波源。由于子波叠加的结果，可以在透镜2L 的焦面处的接收屏上看到一组平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹，中央是亮而宽的明条纹，在它两侧是较弱的明暗相间的条纹，中央明条纹宽度是两侧明条纹宽度的两倍。
从单缝衍射理论可以得出在k P 点出现亮条纹的条件是
()2
12sin λ
?+=k a () ,2,1±±=k （25-1） 在k P 点出现暗条纹的条件是
λ?k a =sin () ,2,1±±=k （25-2） 式中a 是单缝的宽度，?是衍射角，λ是入射光的波长（650nm ）。
设狭缝2S 与观测屏的距离为f ，第k 级亮条纹与衍射图样中心的距离为k x ，则
f
x tg k =? 因?角极小，??sin ≈tg ；又因衍射图样中心位置不易准确测定，可以测量两条同级条纹间的距离k x 2，据式（25-1）得
()212λ+=k f x a k
（25-3） 所以 ()k x f
k a 212λ+=
（25-4） 可见，某一级暗条纹至衍射
图样中心的距离k x 与缝宽a 成
反比，a 大，k x 2小，各级衍射
条纹向中央收缩，当a 宽到一
定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央位置有一条亮线，这时可以认为光线是沿直线传播的。
由单缝衍射理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为
220sin ??I I = 其光强分布如图25-1所示，当0=?时，0I I =，在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大；当() 2,1±±==k k π?，在这些地方为暗条纹。暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。
【实验内容与步骤】
1．单缝宽度的测量
（1）在光学平台或光具座上沿米尺调节各光学元件同轴等高。
（2）衍射条纹清晰且视场亮度合适。
（3）定性观察衍射条纹。，观察衍射条纹的分布（疏密）与屏距变化的关系。然后调节一个适当的屏距，使中央明纹两侧有6～8级衍射条纹。
（4）测量。调节光电探头逐一对准中央零级两侧１～５级亮条纹，分别记录其位置，算出k x 2。记录分划板与光电探头在光学平台或光具座米尺上的位置，算出距离f 。
（5）重复测量3次。然后根据式(25-4)可得出单缝的宽度,并计算相对误差。验证中央明条纹宽度是两侧明条纹宽度的两倍。
（6）绘制衍射光的相对强度I ／Io 与位置坐标x 的关系曲线。由于光的强度与检流计所指示的电流读数成正比，因此可用检流计的光电流的相对强度，i ／io 代替衍射光的相对强度I ／Io
（7）自行设计表格记录数据，并按要求处理数据。
(25-5)
（浙江专用版）高考物理二轮复习专题七实验题题型强化第16讲力学和光学实验讲义 力学和光学实验 专题定位 1.熟知各种器材的特性.2.熟悉课本实验，抓住实验的灵魂——实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析.3.利用所学过的知识，对实验器材或实验方法加以重组，完成新的实验设计． 第16讲 力学和光学实验 1．纸带的三大应用 (1)利用逐差法求解平均加速度(如图) a 1＝x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T 2，a 3＝x 6－x 33T 2?a ＝a 1＋a 2＋a 33 (2)利用平均速度求瞬时速度：v n ＋1＝ x n ＋x n ＋12T (3)利用速度—时间图象求加速度． 2．光电门的应用 (1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d )通过光电门的时间Δt 内的平均速度看做遮光条经过光电门的瞬时速度，即v ＝d Δt . (2)求加速度：若两个光电门之间的距离为L ，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a ＝v 22－v 122L . 3．实验的技巧 (1)要根据实验原理来判断是否需要平衡摩擦力，知道正确平衡摩擦力的方法． (2)要清楚钩码(或沙桶)与小车之间的质量关系，并且要清楚在仪器创新或实验原理创新的情形下，该条件是否需要调整． (3)要知道实验数据、图象的处理方法和运用数学知识解题的技巧． 例1 (2019·新高考研究联盟二次联考)如图甲所示，某同学用力传感器探究在小车及传感
器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系． (1)实验中使用的电火花计时器，应接________电源． A ．交流4～6V B ．交流220V (2)该同学将实验器材如图甲所示连接后，沙桶的质量________(填“需要”或“不需要”)远小于小车及传感器总质量，实验时如将细线拉力当成小车及传感器的合外力，则________(填“需要”或“不需要”)先平衡摩擦力． (3)先接通电源，小车由静止释放，获得的一条纸带如图乙，每打5个点取一个计数点，x 1＝ 3.62cm ，x 4＝5.12cm ，由图中数据可求得：2、3两点的距离(即x 3)约为________cm.(结果保留三位有效数字) (4)在实验中，甲、乙两位同学根据实验数据画出如图丙所示的小车的加速度a 和小车所受拉力F 的图象分别为图中的直线Ⅰ和直线Ⅱ，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是________．(多选) A ．实验前甲同学没有平衡摩擦力 B ．甲同学在平衡摩擦力时把长木板的右端抬得过高了 C ．实验前乙同学没有平衡摩擦力 D ．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的右端抬得过高了 答案 (1)B (2)不需要 需要 (3)4.62 (4)BC 解析 (1)电火花计时器，需接220V 交流电源． (2)实验时如将细线拉力当成小车及传感器的合外力，不需要沙桶的质量远小于小车及传感器的总质量，但必须平衡摩擦力，否则细线的拉力不是合力． (3)相邻0.1s 内位移差Δx ＝x 4－x 1 3＝0.50cm ，又x 4－x 3＝Δx 故x 3＝x 4－Δx ＝5.12cm －0.50cm ＝4.62cm.
光学专题复习——平面镜成像和凸透镜成像 姓名:___________________ 一．历年平面镜杭州中考题 (10年）36．（4分）右图为一辆轿车的俯视示意图。O点为司机眼部所在位置， 司机在右侧的后视镜AB(看作平面镜)中能看到车尾c点。 （12年）35．（6分）自行车的尾部安装一种塑料制成的反光镜，夜间骑车时，在车灯照射下，能把光 线按原来方向返回。反光镜结构如右图所示，两手面镜相互垂直，当一条光线AB人射到其中一平面镜，（1）作出所有反射光线的光路图。（2）证明经过两次反射后的反射光线会逆向射回。 （14年）34．（7分）右图为发光点S和竖直放置的平面镜的位置情况。根据光的 反射定律完成下列两小题：（1）在图中用光路图作出发光点S的像点S＇（2）推导证明S′点和S点到平面镜距离相等． 二、平面镜成像实验： 某同学做“平面镜成像的特点”实验时，将一块玻璃板竖直架在一把直尺的上面，再取两段等长的蜡烛A 和B一前一后竖放在直尺上，点燃玻璃板前的蜡烛A，用眼睛进行观察，如图所示．在此实验中： 1.直尺的作用是便于比较物与像______________关系； 2. 实验中要求蜡烛A和蜡烛B ，目的是为了比较______________关系； 3.移去蜡烛B，并在像A＇的位置上放一光屏，则光屏上_______接收到蜡烛A的烛焰 的像(填“能”或“不能”)．这说明平面镜成的是_______像． 4.实验中应选择___________来研究平面镜成像特点(填“平面镜”或“平板玻璃”) 目的是为了_________________________________, 5.观察像时，细心的同学会发现两个几乎重叠的像，这是__________________造成的；所以应选择较______的玻璃做实验。如果有3mm厚和2mm厚的两块玻璃板，应选择________mm厚的玻璃板做实验效果好； 6.如果将蜡烛向靠近镜面的方向移动，那么像的大小将______(填“变大”、“变小”或“不变”)。 7.为便于观察，该实验最好在_______环境中进行（选填“较明亮”或“较黑暗”）；此外，采用透明玻璃板代替平面镜，虽然成像不如平面镜清晰，但却能在观察到A蜡烛像的同时．也能观察到_____________，巧妙地解决了确定像的位置和大小的问题 8.点燃A蜡烛，小心地移动B蜡烛，直到与A蜡烛的像完全重合为止，这时发现像与物的大小_______；进一步观察A、B两支蜡烛在直尺上的位置发现，像和物的连线与玻璃板_______．像和物到玻璃板的距离_______．将蜡烛逐渐远离玻璃板时．它的像（填“变大”、“变小”或“不变”). 9.在探究活动中对玻璃板放置的要求是如果玻璃板没有放正，将对实验产生什么影
印刷光学实验指导四 实验 一、实验目的 1、过该实验能够加深学生对光的传播规律的掌握； 2、了解透镜及反射镜的成像特性及其规律。 二、实验装置 实验工作平台、JY－1型激光光学综合演示仪（几何光学）、光源、接收屏、透镜（正、负）、反射镜等附件。 三、实验原理 光学有四大基本定律，分别为： 光的直线传播定律、光的独立传播定律、折射定律及反射定律。其中光的直线传播定律、光的独立传播定律概括了光在同均匀介质中传播的规律，而折射定律及反射定律则是研究光传播到两种均匀介质分界面时的现象和规律。当一束光以一定的角度入射到两个不同的介质分界面上时是同时伴随着反射及折射的产生，反射光遵循反射定律折射光遵循折射定律。 透镜是最常见的折射元件，它又分为正透镜及负透镜。一般情况下正透镜起会聚作用，负透镜起发散作用，如果正负透镜进行适当组合就能够出现不同状态的像。 图8－1 本次验的目的就是希望学生通过简易的实验装置，充分发挥自己的想象力，通过改变透镜的类型、位置及彼此的组合来观察不同情况下的光线走向及成像特性，以加深对成像规律的掌握和理解。其实验装置如下图8－1所示.验证透镜成象及光线传播规律的实验 四、实验步骤
1、打开光源，在激光演示仪上放置正透镜或负透镜，调整入射光的入射状态（平行、会聚等），观察光线经透镜后的具体走向。 2、取下正透镜，放置各种反射镜、棱镜、平板等，也可同时放上正透镜及负透镜，实现透镜的组合以观察不同种类的光学元件在不同状态下的光线走向。 经透镜后的具体走向前后移动接收屏，以观察不同位置所成的像的大小及倒正。 3、如图8－1所示在工作平台上放置好光源、物体、透镜及接收屏的位置，尽量做到共轴等高，然后前后移动接收屏以观察物体经透镜所成之像，并分析一下像的特性。 4、当物、像间距略大于时，保持其它元件不动，前后移动透镜，可以找到两个成实像面的位置，若测量出出现两实像的透镜的距离时，就能够测量出透镜的焦距。 五、思考 1、负透镜成像一定成虚像，正透镜成像一定成实像吗？ 2、实像与虚像都能被接收屏和人眼所接收，这句话对吗？为什么？
几何光学实验讲义 1.薄透镜焦距测量 实验目的 1.掌握薄透镜焦距的常用测定方法，研究透镜成像的规律。 2.理解明视距离与目镜放大倍数定义； 3.掌握测微目镜的使用。 实验仪器 1.LED白光点光源（需加毛玻璃扩展光源） 2.毛玻璃 3.品字形物屏 4.待测凸透镜（Φ = 50.8mm，f = 150，200mm） 5.平面反射镜 6.JX8测微目镜（15X，带分划板） 7.像屏2个（有标尺和无标尺） 8.干板架2个 9.卷尺 10.光学支撑件（支杆、调节支座、磁力表座、光学平台） 基础知识 1.光学系统的共轴调节 在开展光学实验时，要先熟悉各光学元件的调节，然后按照同轴等高的光学系统调节原则进行粗调和细调，直到各光学元件的光轴共轴，并与光学平台平行为止。 1、粗调：将目标物、凸透镜、凹透镜、平面镜、像屏等光学元件放在光具座（或光学平台）上，使它们尽量靠拢，用眼睛观察，进行粗调（升降调节、水平位移调节），使各
元件的中心大致在与导轨（平台）平行的同一直线上，并垂直于光具座导轨（平台）。 2、细调：利用透镜二次成像法来判断是否共轴，并进一步调至共轴。当物屏与像屏距离大于4f时，沿光轴移动凸透镜，将会成两次大小不同的实像。若两个像的中心重合，表示已经共轴；若不重合，以小像的中心位置为参考（可作一记号），调节透镜（或物，一般调透镜）的高低或水平位移，使大像中心与小像的中心完全重合，调节技巧为大像追小像，如下图所示。 图1-1 二次成像法中物与透镜位置变化对成像的影响 图1-1(a）表明透镜位置偏低（或物偏高），这时应将透镜升高（或把物降低）。而在图(b）情况，应将透镜降低（或将物升高）。水平调节类似于上述情形。当有两个透镜需要调整（如测凹透镜焦距）时，必须逐个进行上述调整，即先将一个透镜（凸）调好，记住像中心在屏上的位置，然后加上另一透镜（凹），再次观察成像的情况，对后一个透镜的位置上下、左右的调整，直至像中心仍旧保持在第一次成像时的中心位置上。注意，已调至同轴等高状态的透镜在后续的调整、测量中绝对不允许再变动 2.薄透镜成像公式 透镜分为会聚透镜和发散透镜两类，当透镜厚度与焦距相比甚小时，这种透镜称为薄透镜．值得注意的是，若透镜太厚，光在透镜中的传播路径便无法忽略，光在透镜里的传播路径就必须做进一步的考虑。 在实验中，必须注意各物理量所适用的符号法则。运算时已知量须添加符号，未知量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。在讨论成像前，我们约定正负号定义（1）光由左往右前进定义为正方向传播。 （2）物体若放在透镜的左方，其物距为负，反之为正。 （3）像若形成在透镜的右方，其像距为正，反之为负。 （4）若是光线与光轴线相交，且相交的锐角是由光线顺时针方向朝光轴线方向旋转扫出来的，这个锐角定义为正，反之为负。
中考光学实验专题训练及答案 1、为了探究光反射时的规律，小明进行了如图3所示的实验。 ⑴请在图中标出反射角的度数。 ⑵小明想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内，他应如何操 作？ ⑶如果让光线逆着OF 的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE 方向射出，这表明： 2、小红同学在做“探究平面镜成像”的实验时，将一块玻璃板竖直 架在水平台上，再取两段完全相同的蜡烛A 和B ，点燃玻璃板前的蜡烛A ，进行观察，如图4所示，在此实验中： (1)小红选择玻璃板代替镜子进行实验的目的是__________． (2)所用刻度尺的作用是便于比较像与物________关系． (3)选取两段完全相同的蜡烛是为了比较像与物的__________关系． (4)移去后面的蜡烛B ，并在其所在位置上放一光屏，则光屏上__________ 接收到蜡烛烛焰的像(填“能”或“不能”)．所以平面镜所成的像是__________像(填“虚”或“实”)． 图3 图4
(5)小红将蜡烛逐渐远离玻璃板时，它的像__________ (填“变大”、“变小”或“不 变”)． 3、某实验小组在探究光的折射规律时，将光从空气分别射入水和玻璃，测得数 据如下表： 分析表格中的数据，你肯定能得出一些规律。请写出一 条：。 4、在“探究凸透镜成像的规律”的实验中。 图4 (1)实验时，应使烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在________。 (2)所用凸透镜的焦距为10 cm。某同学的实验数据如下表。 ①分析1、2、3次实验的数据可知_______、______、_____。 ②在第5次实验中，从_______一侧透过透镜看到在_______一侧放大的像。
光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地
一、名词解释 1. 室内热环境：主要是由室内气温湿度气流及壁面热辐射等因素综合而成的室内微气候 2. 室外热环境：是指作用在建筑外围护结构上的一切热湿物理因素的总称，是影响室内热环境的首要因素 3. 热舒适：指人们对所处室内气候环境满意程度的感受 4. 城市气候：在不同区域气候的条件下，在人类活动特别是城市化的影响下形成的一种特殊气候。 5. 热岛效应：由于城市的人为热及下垫面向地面近处大气层散发的热量比郊区多，气温也就不同程度的比郊区高，而且由市区中心地带向郊区方向逐渐降低的现象 6. 传热：指物体内部或者物体与物体之间热能转移的现象 7. 热阻：指热流通过壁体时遇到的阻力，或者说它反映了壁体抵抗热流通过的能力。 8. 露点温度：某一状态的空气，在含湿量不变的情况下，冷却到它的相对湿度达到100%时所对应的温度 9. 材料的传湿：当材料内部或外界的热湿状况发生改变导致材料内部水分产生迁移的现象 10. 建筑物采暖耗热量指标：指按照冬季或采暖期室内热环境设计标准和设定的室外计算条件，计算出的单位建筑面积在单位时间内消耗的需由室内采暖设备提供的热量 11. 建筑通风：一般是指将新鲜空气导入人们停留的空间，以提供呼吸所需要的空气，除去过量的湿气，稀释室内污染物，提供燃烧所需的空气以及调节气温 12. 室内空气污染：指在室内空气正常成分之外，又增加了新的成分，或原有的成分增加，其数量浓度和持续时间超过了室内空气的自净能力，而使空气质量发生恶化，对人们的健康和精神状态工作生活等方面产生影响的现象。 13. 日照时间：以建筑向阳房间在规定的日照标准日受到的日照时数 14. 日照间距：指前后两排房屋之间，为保证后排房屋在规定的时日获得所需日照量而保持的一定间隔距离 15. 外遮阳系数:在阳光直射的时间里，透进有遮阳设施窗口的太阳辐射量与透进没有遮阳设施窗口的太阳辐射量的比值 16. 窗口综合遮阳系数：（Sw）指窗玻璃遮阳系数SC与窗口的外遮阳系数SD的乘机 二、填空及选择 1、室内热环境的影响因素有室外气候因素、热环境设备的影响、家用电器等设备的影响和人体活动的影响。 2、人的冷热感觉不仅取决于室内气候，还与人体本身的条件（健康状况、种族、性别、年龄、体形等）、活动量、衣着状况等诸多因素有关。 3、当达到热平衡状态时，对流换热约占总散热量的25％～30％，辐射散热量占45％～50％，呼吸和无感觉蒸发散热量占25％～30％时，人体才能达到热舒适状态。 4、城市与郊区相比，郊区得到的太阳直接辐射多，城市的平均风速低，郊区的湿度大，城市的气温高，城市气候的特点表现为热岛效应。 5、按照我国《民用建筑热工设计规范》GB 50176-93，将我国划分成严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区及温和地区五个区。 6、风向和风速是描述风特性的两个要素。 7、对流换热系数α 的单位是W/m2·K，热阻R的单位是m2·K/W 8、围护结构保温构造可分为：保温、承重合二为一构造；保温层、结构层复合构造以及单一轻质保温构造三种。 9、建筑物的通风中，产生压力的原因有：风压作用和热压作用。 10、外围护结构由于冷凝而受潮可分为表面凝结和内部冷凝两种。
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域
专题八：光学实验及其应用 考点一：探究平面镜成像特点 1.如图是验证“平面镜成像特点”的实验装置,其中A为玻璃板前点燃的蜡烛,B为玻璃板后未点燃的蜡烛。有关本实验的说法错误的是( ) A.玻璃板应该与桌面垂直 B.实验宜在较暗的环境中进行 C.眼睛应从B一侧观察成像情况 D.蜡烛燃烧较长时间后像物不再重合 2.实验室中探究“平面镜成像特点”实验时,用薄玻璃板代替平面镜做实验的情景如图所示。眼睛在A侧看到的蜡烛的像是由光的(选填“反射”或“折射”)形成的,实验中将蜡烛靠近玻璃板,像的大小。 3.（2019阜新）在“探究平面镜成像特点”实验中： （1）平面镜成像原理是_____。 （2）实验中用玻璃板代替平面镜的原因_____。
（3）为了比较像与物大小关系，选取两支_____的蜡烛。 （4）无论怎样水平移动蜡烛B，都不能与蜡烛A的像重合，原因是_____。 （5）判断平面镜成虚像的方法是_____。 （6）平面镜成像时像和物到平面镜的距离_____。 考点二：平面镜成像的应用 1.小丽面向穿衣镜,站在镜前60cm处,镜中的像与她相距( ) A.30cm B.60cm C.90cm D.120cm 2.在鞋店试穿新鞋时,小明直立面向竖直放置在地面上的“试鞋镜”,看不到镜中自己脚上的新鞋。小明做以下动作,能够让他看到镜中自己脚上的一只鞋或者两只鞋的是( ) A.站在原地下蹲 B.保持直立靠近“试鞋镜” C.站在原地竖直向上提起一只脚 D.保持直立远离“试鞋镜” 3.汽车夜间行驶,一般车内不开灯,这是因为( ) A.要节约用电 B.假如车内开灯,司机前面的玻璃会产生车内物体的像,影响司机行车安全 C.车内开灯形成漫反射,光线刺眼,影响司机视线 D.车内开灯,光射到车外的后视镜上,反射到司机眼中,影响司机行车安全 4.小明以0.5m/s的速度沿平行于平面镜的方向走动过程中,他在镜中的像相对小明的速度为m/s,若小明身高 1.8m,平面镜高度小于0.9m,他在这个平面镜中(选填“能”“不能”或“有时能”)看到自己的全身像。 5.一棵小树生长在水塘中,图中用带箭头的线段AB表示小树露出水面的部分。请在图中画出AB通过水面反射所成的像A'B'。
几何光学综合实验实验报告 一、实验目的与实验仪器 实验目的： 1、了解透镜的成像规律。 2、学习调节光学系统共轴。 3、掌握利用焦距仪测量薄透镜焦距的方法。 实验仪器： JGX-1型几何光学实验装置，含光源、平面镜、透镜、目镜、测微目镜、透镜架、节点架、通用底座、物屏、像屏、微尺、毫米尺、标尺、幻灯片等。 二、实验原理 1）贝塞尔法测凸透镜焦距：贝塞尔发是一种通过两次成像能够比较精确地测定凸透镜焦距的方法，物屏和像屏距离为l（l>4f），凸透镜在O1、O2两个位置分别在像屏上成放大和缩小的像，成放大的像时，有1/u+1/v=1/f,成缩小的像时，有1/（u+d）+1/(v-d)=1/f,又由于u+v=l,可得f=(l2-d2)/4l。 2）自准法测凸透镜焦距：物体AB置于凸透镜L焦平面上，物体各点发出的光线经透镜折射后成为平行光束（包括不同方向的平行光），有平面镜M反射回去仍为平行光束，镜头经汇聚必成一个倒立放大的实像A’B’于原焦平面上，能比较迅速直接测得焦距的数值。子准发也是光学仪器调节中常用的重要方法。 3）物距-像距法测凹透镜焦距：将凹透镜与凸透镜组成透镜组，用凸透镜L1使物AB成缩小到里的实像A’B’，然后将待测凹透镜L2置于凸透镜L1与像A’B’之间，如果O’B’<|f2|（凹透镜焦距），则通过L1的光束经过L2折射后，仍能成一实像A’’B’’。对凹透镜来讲,A’B’为虚物，物距u=O’B’,像距v=O’B’’,代入成像公式可计算出凹透镜焦距。 三、实验步骤 1.光学元件共轴等高的调节 （1）粗调将光源透镜物屏像屏靠近，调节高度使其中心线处于一条直线上。 （2）细调主要依靠仪器和光学成像规律来鉴别和调节。可以利用多次成像的方法，即只有当物的中心位于光轴上时，多次成像的中心才会重合。 2.透镜焦距的测定 1）自准法测薄透镜焦距 （1）按光源、物屏、透镜、平面镜从左到右摆放仪器，调至共轴。 （2）靠紧尺子移动L直至物屏上获得镂空图案倒立实像。 （3）调平面镜与凸透镜，使像最清晰且与物等大，充满同一圆面积。 （4）记下P、L位置a1、a2;
实验一：单镜头设计(Singlet) 实验目的： 1、学习如何启用Zemax 2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lens data） 3、学习如何察看系统性能（optical performance），如ray fan，OPD，点列图（spot diagrams）， MTF等。 4、学习如何定义thickness solve以及变量（variables） 5、学习如何进行优化设计（optimization） 实验仪器：微机、zemax光学设计软件 实验步骤： 1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focal length）为100mm，波长为可见光， 用BK7玻璃为材料。 2、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lens data editor(LDE)。什么是LDE呢？它是你要 的工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。 3、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelength data，键入你 要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。在第二、三行键入 0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.587的位置，primary wavelength主要是用来计算光学 系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 4、确定透镜的孔径大小。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的 effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，aperture type里选择entrance pupil，在apervalue 上键入25，然后点击ok。 5、回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO 即孔径光阑aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面(surface)，于是点击IMA栏，选取insert，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 6、输入镜片的材质为BK7。在STO行中的glass栏上，直接键入BK7即可。 7、孔径的大小为25mm，则第一镜面合理的thickness为4，在STO行中的thickness栏上直接键入4。Zemax 的默认单位是mm 8、确定第1及第2镜面的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负 值。再令第2面镜的thickness为100。 9、现在数据已大致输入完毕。如何检验你的设计是否达到要求呢？选analysis中的fans，然后选择其中的 Ray Aberration，将会出现如图1-1所示的TRANSVERSE RAY FAN PLOT。
3.光学实验专题复习（3课时） 1.探究：光反射时的规律 一、知识考点 实验目的探究光反射时遵循什么规律 实验器材平面镜、纸板、激光电筒、、笔。 实验装置 ' 实验步骤①把平面镜放在桌面上，把纸板竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面； 】 ②让一束光贴着纸板沿着某一角度射到o点，经平面镜反射，沿另一个方向射出，在纸板上用笔描出和的路经； ③改变光束的入射方向，重做一次，用另一种颜色的笔描出入射光和反射光的路经； ④取下纸板，用分别测量两次的入射角和反射角，记录在下表中； ⑤把纸板一半向前折或向后折，不能看到反射光线； , 实验数据* 实验次数入射角i反射角r 1— 30° 30°245° 360°
实验结论 （1）在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一个 ； （2）反射光线，入射光线分居在法线的 ； （3）反射角 入射角。 二、解答方法 " 做到“七会”： 1.会提出探究的问题； 2.会选择实验器材； 3.会安装实验装置； 4.会设计实验表格； 5.会操作实验步骤； 6.会分析实验数据得出结论； 7.会对实验进行评估。 三、典型例题 例题.如图所示，小明和小刚两位同学用激光手电、平面镜、白色硬纸板和量角器做光的反射规律实验，实验数据如下表： ， 从这些数据得出的结论是： （1）入射光线偏离法线，反射光线_____ 法线；入射角增大，反射角________ ； （2）反射角_______ 入射角。（填“大于、小于、等于”）； （3）当把纸板B 向后折，不能看到反射光线，说明 ； （4）入射光线垂直平面镜时，反射角为_______ 度。 四、达标检测 、 1.如图是小明探究光的反射规律的实验装置，在平面镜上放置一块硬纸板，纸板由可以 绕ON 转动的E 、F 两部分组成。 入射光线与法线的夹角 反射光线与法线的夹角 450 ， 45 300 300 600 600
实验32 分光计的调节和使用 分光计是用来精确测量角度的光学仪器，物理实验中常用来测量三棱镜的顶角，折射率，研究光栅衍射特性，测光波波长等。每一种应用都需要对分光计进行精确的调节，分光计的结构复杂而精密，调节难度大，其调节是本实验的重点和难点。因此，熟悉分光计的基本结构和掌握它的基本调节要求和方法，对调整和使用其它光学仪器具有普遍的指导意义。 【实验目的】 1. 了解分光计的结构和各部分的作用； 2. 学会用“二分之一调节法”正确调节分光计； 3. 掌握用分光计测角的方法，并测量三棱镜的顶角A。 【实验仪器、用具】 分光计，单色光源，双平面反射镜，三棱镜等。 【实验原理】 1. 分光计的结构与角度测量原理 分光计由望远镜、平行光管、刻度盘、载物台与底座５个部分组成。如图32-1所示。 1-望远镜锁紧螺钉，2-望远镜，3-载物台水平调节螺钉，4-三棱镜，5-分光计主轴，6-载物台，7-平 行光管，8-平行光管狭缝锁紧螺钉，9-平行光管水平调节螺钉，10-游标盘止动螺钉，11-底座，12- 望远镜止动螺钉，13-刻度盘与望远镜固定螺钉，14-刻度盘与游标盘，15-望远镜水平调节螺钉 图32-1 分光计结构示意图 1.1 望远镜 望远镜是由一个长焦距的物镜和一个短焦距的目镜组成。物镜的像方焦点(焦平面)与目镜的物方焦点(焦平面)几乎重合，在它们的共同焦平面处装有一块分划板，用以对望远镜进行调焦。物镜和目镜均为凸透镜的望远镜称为开普勒望远镜，目镜为凹透镜的称为伽利略望远镜。 分光计中望远镜的基本结构与开普勒望远镜一样，不同的是在其分划板上贴有一个特制的直角小棱镜及对分划板的特殊设计(如图32-2)，棱镜的一个直角面紧贴在分划板上，面上除留有一个“╋”字形透光孔以外，其余部分为不透光面。棱镜的另一个直角面朝向镜筒下方，可以从其下方的开孔处射入照明光线(常用发光二极管发出的绿色光)，用以照亮“╋”字窗。分划板上的调焦准线形状为“”形，即在图
实验一薄透镜焦距测定05-06-2 1.下面哪项实验结果可能是对凹透镜焦距测定数据正确的表示？（-59.95cm） 2.光学实验中常把各种光学元件组合成光学系统调整到各元件主轴等高和共轴， 一般细调使用的方法可以称为：大像追小像 3. 4.采用“虚物成实像法”测定发散透镜焦距时，对于像距，应取正值。 5.薄透镜焦距测量实验要求成像必须尽可能清晰，以下哪项不是清晰像的判据： 成像大 6.在实验中常把各种光学元件组合成光学系统，按照一般光学光路通用调节方 法，首要任务是调整好各元件主轴的等高和共轴；调节分两步：一般先粗调,后微调。 7.薄透镜焦距测定中用到低压汞灯，汞灯属于气体放电光源，发出复合光。使 用时需要启动预热,断电后需要冷却。 8.透镜成像的高斯公式中各物理量的符号法则是：距离自参考点（薄透镜光心） 量起，与光线行进方向一致时为正,反之为负。 9.薄凸透镜焦距测定主要的三种方法有：物距像距法，大像小像（二次成像） （共轭法）法，自准直法。 10.远方物体经过透镜成像的像距为什么可以视为焦距？ [参考答案] 根据高斯公式（成像公式），物距为无穷远，代入得焦距等于像距。 11.用自准直法测量凸透镜焦距时，透镜光心偏离底座中心坐标时，应如何解决？ [参考答案] 由于透镜的光心不一定在底座刻线的平面内，所测结果可能偏大或偏小，要消除这一系统误差，可将透镜反转180度，再测量一次，然后取其平均值。 12.不同物距的物体经过凸透镜成像时，像的清晰区大小是否相同？ [参考答案]不相同，原因有二：一是不同区间的物成像区间范围不相同，二是由于近轴光线条件不能满足，致使存在色像差。 13.在等高共轴调节中可以小像追大像吗？ [参考答案] 不可以，越调越远 14.测量薄凹透镜焦距主要有哪些方法？ [参考答案] （1）虚物成实像法；（2）有平面镜辅助确定虚像位置法。 15.光学系统的等高共轴调节方法是什么？ [参考答案] 关键词：粗调细调二次成像法，大像追小像 16.测透镜焦距时存在误差的主要原因有哪些？ [参考答案] （1）等高共轴调节不好；（2)成像清晰范围找得不准；（3）由于物屏所放位置不能测量或者倾斜没有进行修正。
第五节光学系统像差实验 一、引言 如果成像系统是理想光学系统 , 则同一物点发出的所有光线通过系统以后 , 应该聚焦在理想像面上的同一点 , 且高度同理想像高一致。但实际光学系统成像不可能完全符合理想 , 物点光线通过光学系统后在像空间形成具有复杂几何结构的像散光束 , 该像散光束的位置和结构通常用几何像差来描述。 二、实验目的 掌握各种几何像差产生的条件及其基本规律，观察各种像差现象。 三、基本原理 光学系统所成实际像与理想像的差异称为像差，只有在近轴区且以单色光所 成像之像才是完善的（此时视场趋近于 0，孔径趋近于 0）。但实际的光学系统均需对有一定大小的物体以一定的宽光束进行成像，故此时的像已不具备理想成像的条件及特性，即像并不完善。可见，像差是由球面本身的特性所决定的，即使透镜的折射率非常均匀，球面加工的非常完美，像差仍会存在。 几何像差主要有七种：球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置色差及倍率色差。前五种为单色像差，后二种为色差。 1.球差 轴上点发出的同心光束经光学系统后，不再是同心光束，不同入射高度的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点（理想像点）有不同程度的偏离，这种偏离称为轴向球差，简称球差（ L ）。如图1-1所示。 图 1-1 轴上点球差 2．慧差 彗差是轴外像差之一，它体现的是轴外物点发出的宽光束经系统成像后的失对称情况，彗差既与孔径相关又与视场相关。若系统存在较大彗差，则将导致轴 外像点成为彗星状的弥散斑，影响轴外像点的清晰程度。如图1-2 所示。
图1-2 慧差 3.像散 像散用偏离光轴较大的物点发出的邻近主光线的细光束经光学系统后，其子午焦线与弧矢焦线间的轴向距离表示： x ts x t x s 式中， x t , x s分别表示子午焦线至理想像面的距离及弧矢焦线会得到不同形状的 物至理想像面的距离，如图1-3 所示。 图1-3 像散 当系统存在像散时，不同的像面位置会得到不同形状的物点像。若光学系统对直线成像，由于像散的存在其成像质量与直线的方向有关。例如，若直线在子午面内其子午像是弥散的，而弧矢像是清晰的；若直线在弧矢面内，其弧矢像是弥散的而子午像是清晰的；若直线既不在子午面内也不在弧矢面内，则其子午像和弧矢像均不清晰，故而影响轴外像点的成像清晰度。 4.场曲 使垂直光轴的物平面成曲面像的象差称为场曲。如图1-4 所示。 子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的子午场曲；弧矢细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的弧矢场曲。而且即使像散消失了（即子午像面与弧矢像面相重合），则场曲依旧存在（像面是弯曲的）。 场曲是视场的函数，随着视场的变化而变化。当系统存在较大场曲时，就不
五、光的反射实验 （1）实验目的：探究反射光线沿什么方向射出 （2）器材：可折叠的白纸板，平面镜、刻度尺、量角器、笔 （3）步骤：①将平面镜放在“水平桌面”上，白纸板“垂直”立在平面镜上。 平面镜：充当反射面，可以使反射光线更加明亮，易于观察和记录 白纸板：发生漫反射，显示光的传播径迹，记录实验数据，验证“三 线共面”。 ②将一束光AO 紧贴E 板沿某一个角度声响O 点，观察F 板上出现的 反射光线OB ，保持E 板不动，前后绕着ON 轴转动F 板，观察在F 板上能否看到反射光线OB 。 结论： ①反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内。 ②反射光线与入射光线分居发现两侧 ③将一束光AO 紧贴E 板沿某一个角度射向O 点，观察F 板上出现的反射光线OB ，在纸板上用铅笔描出入射光线AO 和反射光线OB 的径迹，改变光束入射的角度在做3次，用不同颜色的笔记录每次光的径迹。取下纸板，用量角器量出ON 两侧的∠i 和∠r 的度数，将数据记录在表格中 归纳结论：反射角等于入射角 ④将一束光从F 板射入，会看到反射光线从E 板射出， 结论：反射光线与入射光线分居发现两侧 ⑤将蓝色光束在F 板逆着BO 射入，看到在E 板的反射光线逆着OA 射出。 结论：反射时光路可逆 ⑥将一束光从NO 射入（垂直射入），会看到反射光线逆着原路沿ON 射出，此时∠i=∠r=0o 总结：光的反射定律（略） ⑦如果探究反射角与入射角的关系，则实验要做6次，目的是使结论更趋近于实际关系 六、平面镜成像实验 1、平面镜的作用：（1）改变光路 潜望镜······ （2）成像 2、平面镜成像实验 （1）器材：激光笔、薄玻璃板、支架、大白纸一张、刻度尺、一对一模一样的蜡烛AB 、量角器 （2）方法：等效替代法 用B 蜡烛替代A 蜡烛，与像重合。 （3）步骤： ①将大白纸铺在水平桌面上，用刻度尺在白纸中央画一条直线，用支架将玻璃板垂直立在白纸中央的直线上。 ②将A 蜡烛点燃，放在玻璃板左侧某一位置上，透过玻璃板，看到在玻璃板的右侧出现蜡烛A 的像A ′， ③移动B 蜡烛，使之与A ′重合，在白纸上记录下A 蜡烛与像A ′（即B 蜡烛）对应点的位置。
光学实验 类型1探究光的反射定律 1．在光现象的学习过程中，小明进行了如下实验． (1)在“探究光的反射规律”实验中，按图甲所示的装置进行实验，纸板上显示出了入射光AO和反射光OB的径迹，他想把光的径迹保留在纸板上以便研究，请你为他设计一个保留的方法：________________________________．当在图甲上出现反射光OB后，小明将一透明塑料硬板按图乙方式放置，并以ON为轴旋转该塑料硬板，观察塑料硬板上能否出现反射光，他这样设计是为了探究______________________________________．小明让光沿BO 方向入射，发现反射光沿OA方向射出，说明在反射现象中，________________． (2)如图丙所示，在“探究平面镜成像特点”的实验中，小明将点燃的蜡烛A竖直放在薄玻璃板的一侧，此时用另一支完全相同的未点燃的蜡烛B在玻璃板另一侧的水平桌面上移动，发现无论怎样移动都无法让它与蜡烛A的像完全重合，出现这种情况的原因可能是________________________．调整后蜡烛B与蜡烛A的像能够完全重合，说明像与物________，移去蜡烛B，在其原来的位置放置一块光屏，光屏上不能呈现蜡烛A的像，说明________________． 类型2探究平面镜成像的特点 2．艾英同学在做“探究平面镜成像特点”的实验时，所用的实验器材有带底座的玻璃板、白纸、笔、火柴、光屏、刻度尺、两支外形相同的蜡烛A和B. (1)选用玻璃板代替平面镜，主要是为了________________________________________． (2)在竖立的玻璃板前点燃蜡烛A，拿________(填“点燃”或“未点燃”)的蜡烛B竖直在玻璃板后面移动，人眼一直在玻璃板的前侧观察，直至蜡烛B与蜡烛A的像完全重合．这种确定像与物大小的方法是________________(填“控制变量法”或“等效替代法”)． (3)移去蜡烛B，在其原来位置上放置一块光屏，光屏上无法呈现蜡烛的像，这说明平面镜成的是________(填“虚”或“实”)像． (4)当蜡烛A向玻璃板靠近时，像的大小________． (5)为了让坐在右座的同学也能够看清蜡烛的像，艾英只将玻璃板向右平移，则蜡烛像的位置________(填“向右移动”“向左运动”或“不变”)． 类型3探究凸透镜成像的规律 3．如图所示，在探究凸透镜成像特点的实验中，凸透镜的光心、烛焰、光屏中心在同一水平直线上，蜡烛、凸透镜位置如图所示，当光屏移至刻度尺80 cm处时，在光屏上观测到等大、倒立的实像． (1)该凸透镜的焦距是________cm. (2)在题干中成像的情况下，把蜡烛向左移动5 cm，光屏应向________(填“左”或“右”)
LED照明技术陕西科技大学 电气与信息工程学院 王进军
第七章LED照明光学系统设计 7.1 LED照明光学系统设计CAD软件 7.2 LED照明光学系统的设计原理 7.3 LED照明数据与计算 7.2 LED照明光学系统的选择 7.3 LED矿灯设计 7.4 应用于博物馆文物展示的白光LED照明系统设计 7.5 白光LED射灯设计
第七章LED照明光学系统设计 LED光学系统设计包括LED发光管内的光学设计和LED 发光管外的光学设计，前者通常称为一次光学设计，而后者则称为二次光学设计。 LED内通常由芯片、反射杯和透明环氧树脂制成的光学透镜组成。LDE芯片、反射杯和透镜的几何形状决定了LED出光后的空间光强分布。
第七章LED照明光学系统设计 LED发光管外的二次光学设计主要是根据不同的实际应用需求使LED出光后的空间光强分布发生改变，即光能量的分布发生变化，从而更有效、更合理地利用有限的光能量。 因此，LED照明光学系统设计主要指的是LED发光外的二次光学设计。
§7.1 LED照明光学系统设计CAD软件 计算机辅助设计(CAD)技术的飞速发展，使得照明光学系统的研究方法发生了巨大的变化，这主要表现在光学机构仿真软件在照明产业中的普及。 目前，国际上采用的照明光学系统的设计软件主要下面有三种:
§7.1 LED照明光学系统设计CAD软件 ?TarcePro光学机构仿真软件、 ?AASP高级系统分析程序、 ?Lighttoo1s照明系统设计软件。 在我国大陆用的较多的是TarcePro ，而台湾地区则以AASP较为流行。