第七章几何光学

几何光学物理光学知识点光学是研究光的传播、反射、折射、干涉和衍射现象的学科。

几何光学是光学的一个分支，主要研究光的传播直线性质和光的反射、折射的基本规律。

以下是几何光学的一些重要的知识点。

1.光的传播直线性质：光的传播遵循直线传播定律，即光在一种介质中以直线传播，称为光的直线传播性质。

2.光的反射定律：光在光滑表面上发生反射时，入射角等于反射角。

3. 光的折射定律：光从一种介质进入另一种介质时，入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足折射定律，即n1*sin(θ1)=n2*sin(θ2)，其中n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。

4.球面镜和薄透镜的成像公式：对于球面镜，成像公式为1/f=1/v+1/u，其中f为焦距，v为像距，u为物距。

对于薄透镜，成像公式为1/f=1/v-1/u。

5.凸凹透镜成像规律：凸透镜成像规律是物体距离凸透镜距离为f的位置，像无论在哪里都在凸透镜的反面，正立，放大，属于放大系统。

凹透镜成像规律是物体距离凹透镜越远，像越近，倒立，缩小，属于缩小系统。

6.光的干涉现象：光的干涉是指两束或多束光波叠加形成明暗相间的干涉条纹。

干涉分为相干光的干涉和非相干光的干涉，其中相干光干涉又分为同一光源光的干涉和不同光源光的干涉。

7.杨氏双缝干涉实验：是杨振宁做的关于光的干涉实验，实验证明了光的波动性。

8.杨氏实验的解释：杨氏双缝干涉实验的解释是光波从两个缝中通过后分别传播到屏幕上的不同位置，根据光的相位差和干涉条件，形成干涉条纹。

9.光的衍射现象：光的衍射是指光波通过一个小孔或物体边缘时，发生弯曲和扩散的现象。

根据衍射的级数，分为一级衍射、二级衍射、多级衍射。

10.衍射光栅：是利用衍射现象进行光学分析和测量的重要工具。

光栅是一种周期性结构，通过多级衍射产生许多衍射光束，形成明暗相间的衍射条纹。

11.真实像和虚像：根据物体和像的位置关系，成像可以分为真实像和虚像。

光学几何光学知识点总结光学几何光学是研究光传播的基本规律和现象的一门学科，它通过几何光学原理来描述光的传播路径和成像规律。

在这篇文章中，我们将总结光学几何光学的核心知识点，帮助读者加深对光学几何光学的理解。

1. 光传播的直线特性光学几何光学的基本假设之一是光在均匀介质中直线传播。

根据光的直线传播特性，我们可以得出光传播的两大基本规律：直线传播定律和逆向规律。

直线传播定律指出，光在均匀介质中传播的路径是直线。

这意味着当光通过一块透明介质时，光线的传播路径是直线，除非发生折射或反射。

逆向规律指出，光线的传播方向与光线的路径相反。

这意味着当光线反射或折射时，其传播方向会发生变化，但光线总是沿着路径的反方向传播。

2. 折射定律和反射定律折射定律和反射定律是光学几何光学中最重要的定律之一。

折射定律描述了光在两种不同介质之间传播时的路径变化规律。

它指出，光线在通过两种介质的交界面时，入射角和折射角之间的正弦比等于两种介质的折射率之比。

反射定律描述了光线从一种介质到同种介质的传播过程中的路径变化规律。

它指出，入射角和反射角之间的角度相等。

这两个定律为解释光在透明介质之间传播和反射的现象提供了重要的理论基础。

3. 成像规律成像规律是光学几何光学的核心内容之一，它用来描述光线经过光学系统（如透镜和反射面）后的成像规律。

对于薄透镜而言，成像规律可以用薄透镜公式来描述。

薄透镜公式指出，当光线通过一个薄透镜时，入射光线与透镜光轴的乘积等于出射光线与透镜光轴的乘积。

对于反射面而言，成像规律可以用镜面成像公式来描述。

镜面成像公式指出，当光线经过反射面时，入射角和出射角之间的角度关系与光的传播路径相对应。

这些成像规律帮助我们理解光在透镜和反射面上的成像过程，从而应用于光学仪器和光学系统的设计和优化。

4. 光的光程差和相干性光程差是光学几何光学中的重要概念之一。

它表示光线经过不同路径传播所经历的光程的差异。

光程差在干涉和衍射现象中起着关键作用。

当前位置：第七章典型光学系统－望远镜与转像系统本章要点望远镜与转像系统1. 望远镜的成像原理与放大率2. 望远镜的分辨率与正常放大率3. 望远镜的瞄准精度4. 望远镜的主观亮度5. 望远镜的光束限制6. 望远镜的物镜和目镜，视度调节7. 望远镜的棱镜转像系统、单组透镜转像系统和双组透镜转像，场镜的作用8. 光学系统外形尺寸计算（含棱镜展开及空气平板法）引言典型光学系统包括眼睛放大镜显微镜望远镜摄影系统投影与放映系统§ 7-4 望远镜与转像系统•望远镜的成像原理•望远镜的放大率望远镜是目视光学系统，其放大率为视觉放大率：可见，当物镜的焦距大于目镜的焦距时视觉放大。

筒长。

当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距长，导致筒长增大。

当像方视场角一定时，放大率越大物方视场越小。

出瞳要与眼瞳匹配，当放大率大时入瞳增大导致镜筒增大。

•望远镜的分辨率与正常放大率望远镜的正常放大率应使望远镜能分辨的眼睛也能分辨。

光学仪器的极限分辨角为，要求（眼睛的极限分辨角）得即为正常放大率。

此时出瞳与眼瞳相当。

•望远镜的瞄准精度因为望远镜有视觉放大作用，如果眼睛直接观察时的瞄准精度为，则通过望远镜观察时的瞄准精度为。

想一想：实际上望远镜的放大率不一定都是正常放大率，针对不同的用途应如何选择其大小？•望远镜的主观亮度主观亮度指眼睛观察到的像的明亮程度。

望远镜的主观亮度对点光源和扩展光源具有不同的特征。

1.点光源：指引起视网膜上一个细胞感应的光源，这时感觉到的明亮程度取决于光通量。

设点光源发光强度为，观察距离为，是眼睛的透过率，是望远镜的透过率。

眼睛直接观察时接收的光通量为眼睛通过望远镜观察时接收的光通量为①当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳②当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳③当，进入望远镜的光通量不全进入眼瞳应取，有所以，高倍望远镜具有增大点光源主观亮度的作用。

当望远镜入瞳一定时，随倍数增大出瞳逐渐减小，至出瞳与眼瞳相当时，继续增大放大倍数不再影响主观亮度。

几何光学的基本理论及其应用1. 几何光学简介几何光学是光学的一个分支，主要研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象，以及这些现象所遵循的基本规律。

几何光学的基本理论主要包括光线、光传播、光的反射和折射、光学成像等内容。

2. 光线光线是几何光学的基本概念之一，用于表示光的传播路径。

光线可以用一条带箭头的直线表示，箭头表示光的传播方向。

在实际应用中，光线通常被视为无限细长的直线，以简化光学问题的分析。

3. 光传播光在真空中的传播速度为常数，约为 (3 10^8) 米/秒。

光在介质中的传播速度与介质的折射率有关。

光传播的基本规律包括直线传播、反射和折射。

4. 光的反射光的反射是指光从一种介质传播到另一种介质时，在分界面上改变传播方向的现象。

反射遵循反射定律，即入射光线、反射光线和法线三者位于同一平面内，且入射角等于反射角。

反射定律是几何光学的基本定律之一。

5. 光的折射光的折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，在分界面上改变传播方向的现象。

折射遵循斯涅尔定律，即入射光线、折射光线和法线三者位于同一平面内，且入射角和折射角之间满足：[ n_1 (_1) = n_2 (_2) ]其中，( n_1 ) 和 ( n_2 ) 分别为入射介质和折射介质的折射率，( _1 ) 和 ( _2 ) 分别为入射角和折射角。

6. 光学成像光学成像是指利用光学系统（如凸透镜、凹透镜、反射镜等）将光线聚焦或发散，形成实像或虚像的过程。

光学成像的基本原理包括光的传播、反射和折射。

7. 凸透镜成像凸透镜成像是指光线经过凸透镜折射后形成的像。

凸透镜成像遵循成像公式：[ = - ]其中，( f ) 为凸透镜的焦距，( v ) 为像距，( u ) 为物距。

根据物距和像距的关系，凸透镜成像可分为以下几种情况：1.当 ( u > 2f ) 时，成倒立、缩小的实像，应用于照相机、摄像机等。

2.当 ( 2f > u > f ) 时，成倒立、放大的实像，应用于幻灯机、投影仪等。

:课第题课:± ± ± ± ± = ± ±:!| 光的直线传播.光的反射基础知识I 一、光源1 •定义：能够自行发光的物体.2. 特点：光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能,二、光的直线传播仁光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C = 3X8 10 m/s ;各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即v<C 。

说明：① 直线传播的前提条件是在同一•申.介质，而且是均匀.介质。

否则，可能发生偏折。

如从空气进入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。

② 同一种频率的光在不同介质中的传播速度是不同的。

不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同。

在同一种介质中，频率越低的光其传播速度越大。

根据爱因斯坦的相对论 光速不可能超过C o③ 当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，发生明显的衍射现象，光线可以偏离原来的传播方向。

④ 近年来（1999-2001年）科学家们在极低的压强（10-9Pa ）和极低的温度（10-9K ）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到 17m/s ，甚至停止运动。

2. 本影和半影（1） 影：影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成的区域.（2） 本影：发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域.（3） 半影：发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光线照射的区域.（4） 日食和月食：人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位光的传播（几何光学）光的传播规律光在介质中传播就是能量的传播.于月球本影的延伸区域（即“伪本影”）能看到日环食.当地球的本影部分或全部将月球反光面遮住，便分别能看到月偏食和月全食.具体来说：若图中的P是月球，则地球上的某区域处在区域A内将看到日全食；处在区域B或C内将看到日偏食；处在区域D内将看到日环食。