光学第二章
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第二章共轴球面系统的物像关系本章内容:共轴球面系统求像。
由物的位置和大小求像的位置和大小。
φ U ˊ - UO C A A ˊ n n ˊ P- LrL’II’Q1. 符号规则反射情形看成是折射的一种特殊情形:n’= -n把反射看成是n’= -n 时的折射。
往后推导公式时,只讲折射的公式;对于反射情形,只需将n’用-n代入即可,无需另行推导。
(1) 物像位置关系式rn n l n l n -=-'''2. 近轴光学的基本公式(2) 物像大小关系式这就是物像大小的关系式。
利用公式就可以由任意位置和大小的物体,求得单个折射球面所成的近轴像的大小和位置。
对由若干个透镜组成的共轴球面系统,逐面应用公式就可以求得任意共轴系统所成的近轴像的位置和大小。
l n nl y y '''==β3. 共轴理想光学系统的基点——主平面和焦点近轴光学基本公式的缺点:物面位置改变时,需重新计算,若要求知道整个空间的物像对应关系,势必要计算许多不同的物平面。
已知两对共轭面的位置和放大率,或者一对共轭面的位置和放大率,以及轴上的两对共轭点的位置,则其任意物点的像点就可以根据这些已知的共轭面和共轭点来求得。
光学系统的成像性质可用这些基面和基点求得最常用的是一对共轭面和轴上的两对共轭点。
(1) 放大率β=1的一对共轭面——主平面rn n l n l n -=-'''l n nl y y '''==β不同位置的共轭面对应着不同的放大率。
放大率β=1的一对共轭面称为主平面。
物平面称为物方主平面,像平面称为像方主平面。
两主平面和光轴的交点分别称为物方主点和像方主点,用H 、H’表示,H 和H’显然也是一对共轭点。
主平面性质:任意一条入射光线与物方主平面的交点高度和出射光线与像方主平面的交点高度相同(2)无限远轴上物点和它所对应的像点F’——像方焦点rn n l n l n -=-''' 当轴上物点位于无限远时,它的像点位于F’处。
第二章光现象知识网络一、光的直线传播1.光源:自身能够发光的物体叫光源。
分类:自然光源,如太阳、萤火虫、海洋生物、宇宙中的恒星;人造光源,如篝火、蜡烛、油灯、电灯。
月亮本身不会发光,它不是光源。
2.规律:光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。
3.光线:为了表示光的传播情况,我们通常用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向。
这样的直线叫光线。
练习:◇为什么在有雾的天气里,可以看到从汽车头灯射出的光束是直的?答:光在空气中是沿直线传播的。
光在传播过程中,部分光遇到雾发生漫反射,射入人眼,人能看到光的直线传播。
◇早晨,看到刚从地平线升起的太阳的位置比实际位置高,该现象说明:光在非均匀介质中不是沿直线传播的。
4.应用及现象:①激光准直。
②影子的形成:光在传播过程中,遇到不透明的物体,在物体的后面形成黑色区域即影子。
③日食月食的形成。
④小孔成像:小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像,其像的形状与孔的形状无关。
5.光速:光在真空中的速度c=3×108m/s;光在空气中的速度约为c=3×108m/s。
光在水中速度为真空中光速的3/4,在玻璃中速度为真空中速度的2/3。
二、光的反射1.定义:光从一种介质射向另一种介质表面时,一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。
2.反射定律:反射光线与入射光线、法线在同一平面上,反射光线、入射光线分居法线两侧,反射角等于入射角。
光的反射过程中光路是可逆的。
3.漫反射:凹凸不平的表面会把光线向着四面八方反射,这种反射叫做漫反射。
应用:能从各个方向看到本身不发光的物体,是由于光射到物体上发生漫反射的缘故。
练习:◇请各举一例说明光的反射作用对人们生活、生产的利与弊。
①有利:生活中用平面镜观察面容;我们能看到的大多数物体是由于物体反射光进入我们的眼镜。
②有弊:黑板反光;城市高大的楼房的玻璃幕墙、砖墙反光造成光污染。
三、平面镜成像1.平面镜成像的特点:等大、等距、垂直、虚像。
第二章光现象1、光源:能够自行发光的物体叫光源【下面哪些是光源:太阳、火焰、闪电、萤火虫、点燃的蜡烛、发光的电灯、激光束、月亮锃光瓦亮的书桌】2、光在均匀介质中是沿直线传播的大气层是不均匀的,当光从大气层外射到地面时,光线发了了弯折(海市蜃楼、早晨看到太阳时,太阳还在地平线以下、星星的闪烁等)3、光速光在不同物质中传播的速度一般不同,真空中最快光在真空中的传播速度:V = 3×108m/s,在空气中的速度接近于这个速度,认为V,水中的速度约为3/4V,玻璃中为约2/3V4、光直线传播的应用可解释许多光学现象:激光准直,影子的形成,月食、日食的形成、小孔成像等5、光线光线:表示光传播方向的直线,即沿光的传播路线画一直线,并在直线上画上箭头表示光的传播方向(光线是假想的,实际并不存在)6、光的反射【入射角、反射角、法线】光从一种介质射向另一种介质的交界面时,一部分光返回原来介质中,使光的传播方向发生了改变,这种现象称为光的反射7、光的反射定律反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角可归纳为:“三线共面,两线分居,两角相等”理解:由入射光线决定反射光线,叙述时要“反”字当头发生反射的条件:两种介质的交界处;发生处:入射点;结果:返回原介质中反射角随入射角的增大而增大,减小而减小,当入射角为零时,反射角也变为零度8、两种反射现象镜面反射:平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出,只能在某一方向接收到反射光线(反射面是光滑平面)【黑板发亮看不清字】漫反射:平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去,即在各个不同的方向都能接收到反射光线(反射面是粗糙平面或曲面)注意:无论是镜面反射,还是漫反射都遵循光的反射定律9、在光的反射中光路可逆10、平面镜对光的作用(1)成像(2)改变光的传播方向11、平面镜成像的特点(1)成的是正立等大的虚像(2)像和物的连线与镜面垂直,像和物到镜的距离相等理解:平面镜所成的像与物是以镜面为轴的对称图形,即平面镜是物像连线的中垂线。