几何光学的基础知识 人教版

智能可调光LED管照明系统设计与实现随着技术的快速发展，LED（Light Emitting Diode）照明系统已经成为当今主流的照明方式之一。

与传统的照明系统相比，LED照明系统具有更高的效率、更低的能耗，并且寿命更长。

而智能可调光LED管照明系统更是在这一领域日益受到关注。

一、设计原理与关键技术1.1 设计原理智能可调光LED管照明系统的设计基于LED的调光技术。

通过调整LED管的亮度来实现灯光的控制。

这意味着用户可以根据具体需求来调整照明的亮度，以达到更加舒适的使用体验。

1.2 关键技术在实现智能可调光LED管照明系统的过程中，以下关键技术需要被考虑和应用：1.2.1 调光控制器为了实现灯光的可调光功能，需要设计并应用调光控制器。

调光控制器可以通过调整LED的电流或脉冲宽度调制（PWM）来控制LED的亮度。

通过合理的电路设计和信号处理算法，我们可以实现灯光亮度的精确控制。

1.2.2 光传感器为了实现光照自动调节功能，需要添加光传感器。

光传感器可以感知周围环境光照水平，并通过信号反馈给调光控制器。

调光控制器可以根据光传感器的信号来自动调整LED管的亮度，确保环境的光照在一个舒适的范围内。

1.2.3 智能控制系统智能可调光LED管照明系统还可以应用智能控制系统。

通过连接智能手机或者其他智能设备，用户可以远程控制照明系统。

例如，根据用户作息时间表，智能控制系统可以自动调整照明的亮度和色温，提供最适宜的光照环境。

二、系统设计与实现步骤2.1 系统设计在进行智能可调光LED管照明系统的设计时，需要依据以下步骤进行：2.1.1 硬件设计硬件设计包括电路设计和元器件选择。

调光控制器应选用能够提供稳定输出和高精度调光的电路设计方案。

光传感器的选择应考虑其光线感应范围、稳定度和响应速度等特性。

智能控制系统所需的通信模块也需要考虑其连接方式和稳定性。

2.1.2 软件设计软件设计主要包括调光控制算法和智能控制系统的开发。

: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。

高中物理光学知识点梳理一、光的反射和折射（几何光学）1.反射定律α＝i ｛α：反射角，i ：入射角｝2.绝对折射率(光从真空中到介质)sin sin c i n v r==｛光的色散，可见光中红光折射率小，n:折射率，c:真空中的光速，v:介质中的光速，i:入射角，r:折射角｝3.全反射：1）光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C ：1sin C n= 2)全反射的条件：光密介质射入光疏介质；入射角等于或大于临界角注:(1)平面镜反射成像规律：成等大正立的虚像，像与物沿平面镜对称；(2)三棱镜折射成像规律：成虚像，出射光线向底边偏折，像的位置向顶角偏移；(3)光导纤维是光的全反射的实际应用，放大镜是凸透镜，近视眼镜是凹透镜；(4)熟记各种光学仪器的成像规律，利用反射(折射)规律、光路的可逆等作出光路图是解题关键；(5)白光通过三棱镜发色散规律：紫光靠近底边出射见。

二、光的本性（光既有粒子性,又有波动性,称为光的波粒二象性）1.两种学说:微粒说(牛顿)、波动说(惠更斯)2．双缝干涉:中间为亮条纹；亮条纹位置: δ＝n λ；暗条纹位置: δ＝(2n+1)2λ（n ＝0,1,2,3……）；条纹间距：l x d ∆=｛δ:路程差(光程差)；λ:光的波长；2λ:光的半波长；d 两条狭缝间的距离；l ：挡板与屏间的距离｝3.光的颜色由光的频率决定,光的频率由光源决定,与介质无关,光的传播速度与介质有关，光的颜色按频率从低到高的排列顺序是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫(助记：紫光的频率大，波长小)4.薄膜干涉:增透膜的厚度是绿光在薄膜中波长的14，即增透膜厚度4d λ= 5.光的衍射：光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，光的衍射现象不明显可认为沿直线传播，反之，就不能认为光沿直线传播6.光的偏振：光的偏振现象说明光是横波7.光的电磁说：光的本质是一种电磁波。

几何光学知识点光学对未来社会的发展有着十分重要的作用，几何光学是光学学科中以光线为基础，研究光的传播和成像规律的一个重要的实用性分支学科。

在几何光学中，把组成物体的物点看作是几何点，把它所发出的光束看作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传播方向。

今天为大家整理了一些关于几何光学的基础，值得收藏。

基本概念：1. 光源与发光点：从物理学的观点看，任何发光的物体都可以叫作光源。

在几何光学中，把凡是发出光线的物体，不论它本身发光体或是因为被照明而漫反射光的物体，都称为光源。

如果某光源可看成几何学上的点，它只占有空间位置而无体积和线度，则称之为发光点或点光源。

2.光线与光束：光线是表示光能传播方向的几何线。

有一定关系的一些光线的集合称为光束。

3.光波波面：光也是一种电磁波。

某一时刻其振动位相相同的点所构成的面称光波波面。

在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以可以认为光波波面的法线就是几何光学中的光线。

与波面对应的法线束就是光束。

基本定律：几何光学以下面几个基本定律为基础：1.光的直线传播定律；2.光的独立传播定律；3.光的反射定律；4.光的折射定律；5.光的全反射现象:⑴ 光线从光密介质射向光疏介质；⑵ 入射角大于临界角。

⑶ 临界角Im:6.光传播的可逆定理：当光线沿着和原来相反方向传播时，其路径不变。

7.费马原理：在A、B两点间光线传播的实际路径，与任何其他可能路径相比，其光程为极值。

实际光路所对应的光程，或者是所有光程可能值中的极小值，或者是所有光程可能值中的极大值，或者是某一稳定值。

8.马吕斯定律：垂直于波面的光线束经过任意多次折射和反射后，出射波面仍和出射光束垂直；且入射波面和出射波面上对应点之间的光程为定值。

几何光学复习大纲模块一几何光学基础一、几何光学的基本定律（考试分值：大约10分）（一）几何光学的基本定律(要求：掌握定律内容并能够用之解释光学现象)1、光的直线传播定律2、光的独立传播定律3、光的折射与反射定律反射定律表述：I’’=-I折射定律表述：n’sinI’=nsinI全反射产生的条件：光线从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角arcsinn’/n（二）费马原理1、光程概念：s=nl2、原理表述：0=Sδ即光沿光程极值路径传播。

二、共轴球面光学系统（一）符号规则1、规定：以折射球面定点为参考原点，光线方向自左向右2、线量正负沿轴线量：和光线传播方向相同为正，反之为负。

垂轴线量：以光轴为基准，在光轴以上为正，反之为负。

3、角量正负：顺时针为正，逆时针为负，均以锐角来衡量。

光线与光轴的夹角（即孔径角）：始边为光轴 光线与法线的夹角：始边为法线 法线与光轴的夹角：始边为光轴 （二）单个折射球面的成像1、实际光线的光路计算（宽光束成像） 成像不完善，存在球差。

2、近轴光线光路的计算r nn l n l n -'=-''表明已知物体位置l ，即可求出像点位置l ’，反之亦然。

即物体在近轴区域能够完善成像。

定义：光焦度fnf n r n n -=''=-'=φ易知，当物象处于同一介质中时，f ’=-f 3、放大率垂轴放大率：l n l n y y ''='=β（三）反射球面的成像（令折射球面公式中n ’=-n ）1、 物象位置公式：r l l 211=+'且有： 2rf f =='2、成像放大率（三）平面系统1、单平面镜成像特点完善性、等大、虚实相反、镜像等；自准直法2、折射棱镜的色散色散的概念；最小偏向角测量折射率模块二理想光学系统（考试分值：大约30分）一、理想光学系统的基点和基面1、理想光学系统的基点三对特殊的共轭点：无限远轴上物点——像方焦点；物方焦点——无限远轴上像点；物方节点——像方节点（角放大率等于1的一对共轭点）注意：物方焦点与像方焦点不是一对共轭点！2、理想光学系统的基面三对特殊的共轭面：物方无限远垂直于光轴的平面——像方焦面；物方焦面——像方无限远垂直于光轴的平面；物方主面与像方主面（垂轴放大率等于1的一对共轭面）二、理想光学系统的物像关系1、作图法求像作图常用的典型光线或性质：典型实例：（1）轴外物点或垂轴线段AB作图求像（2）轴上点图解法求像两种方法：3、解析法求像（1）牛顿公式（2）高斯公式注意：计算时所有物理量的正负性！模块三光学系统的光束限制（考试分值：大约2～4分）一、光阑的定义和作用1、定义1）指光学系统中设置的一些带有内孔的金属薄片。

λ基本的光学实验定律包括：光在均匀介质中的直线传播定律；光通过两种介质界面时的反射定律和折射定律； 光的独立传播定律和光路可逆定律。

成立的条件：几何系统的尺度远大于光波波长；介质是各向同性的。

3.光线：光能量的传播方向的几何线表示光的传播方向2.光波面：光波相位相等各点构成的面。

一、光波面与光线1.光源：发光物体统称为光源点光源扩展光源线光源面光源光线1.理想模型：忽略衍射效应2.均匀各向同性介质：直线3.非均匀介质：曲线光线垂直于光波面平面波球面波(发散光)球面波(会聚光)二、费马原理（Fermat principle）费马原理：光在指定的两点间传播，实际的光程总是一极值。

极小值三、光学系统与成像概念1、光学系统：透镜、反射镜等成像元件2、单心（同心）光束物点为顶点的发散光束，其波面为球面物点为顶点的发散光束光点3、物像关系与物点相联系的同心光束，经光学系统仍是同心光束经过光学系统仍是单心光束4、物空间(物方)与像空间(像方)物空间入射光束所在的空间像空间出射光束所在的空间注意！不是用物、像位置所在的空间来定义物、像空间的！物空间与像空间的含义四、物、像的虚实实物：相对于光学系统，入射光束是发散的(a)虚像：相对于光学系统，出射光束是发散的(b)实像：相对于光学系统，出射光束是会聚的(c)虚物：相对于光学系统，入射光束是会聚的(d)a)实物成实像b)实物成虚像c)虚物成实像d)虚物成虚像五、完善成像条件1()k A A ′=常数★等光程性，物像间任意两点光路的光程相等。

★波面一致，球面波仍然为球面波★光束一致，同心光束仍然为同心光束。

几何光学知识点总结几何光学是光学中的一个重要分支，它主要研究光线和物体之间的关系，用于描述光在空间传播和反射的规律。

在几何光学中，把光看成是直线和点的集合，而不考虑它的波动性质。

几何光学用于解释和模拟许多日常生活和科学技术中的光学现象，例如透镜成像、光学仪器的工作原理等。

在这篇文章中，我们将介绍几何光学的基本概念和常见的知识点，包括光的传播、反射、折射、成像等内容。

1. 光的传播在几何光学中，光线被看成是一条直线，它沿着直线路径向前传播。

根据光线的传播特点，可以得出以下几个基本原理：（1）直线传播原理：光线在各种介质中传播时，沿直线路径传播。

（2）相互独立原理：不同光线之间相互独立，它们不会相互干扰或影响。

（3）射线矢量守恒原理：在介质的交界面上，入射角、反射角和折射角之间存在一定的关系，如入射角等于反射角、入射角与折射角满足Snell定律等。

2. 光的反射光的反射是指光线遇到光滑表面时，从表面下射出的现象。

根据反射定律，反射光线的入射角等于反射角。

反射可以分为平面镜反射和球面镜反射两种情况。

3. 光的折射光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时改变传播方向的现象。

根据斯涅尔定律，光线从一种介质进入另一种介质时，入射角和折射角之间满足一定的关系。

折射过程中，光线的传播速度和传播方向都会发生变化。

4. 成像原理在几何光学中，成像是指物体通过透镜、凸镜等光学器件后，产生的像。

根据几何光学原理，成像可以分为实像和虚像两种情况，实像是通过透镜、凸镜等成像器件产生的，可以在屏幕上观察到；虚像则不能在屏幕上观察到，只存在于透镜、凸镜等器件的一侧。

成像的位置、大小和性质与物体、成像器件之间的关系有着一定的规律和定律，例如放大率、焦距等参数。

5. 透镜和成像透镜是几何光学中常用的器件，它通过折射作用可以实现光线的聚焦和散焦。

透镜的主要种类有凸透镜和凹透镜，它们在成像时有着不同的特点。

在成像过程中，透镜的成像规律可以通过透镜公式进行描述，包括变焦距公式、薄透镜方程等。

第一讲几何光学§1.1 几何光学基础1、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。

2、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。

3、光的反射定律：①反射光线在入射光线和法线所决定平面内；②反射光线和入射光线分居法线两侧；③反射角等于入射角。

4、光的折射定律：①折射光线在入射光线和法线所决定平面内；②折射光线和入射光线分居法线两侧；③入射角与折射角满足；④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C时，将发生全面反射现象<折射率为的光密介质对折射率为的光疏介质的临界角）。

§1.2 光的反射1.2.1、组合平面镜成像：1.组合平面镜由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。

先看一种SS2图1-2-1较简单的现象，两面互相垂直的平面镜<交于O点）镜间放一点光源S<图1-2-1），S发出的光线经过两个平面镜反射后形成了、、三个虚像。

用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O为圆心、OS为半径的圆上，而且S 和、S 和、和、和之间都以平面镜<或它们的延长线）保持着对称关系。

用这个方法我们可以容易地确定较复杂的情况中复像的个数和位置。

两面平面镜AO和BO成60º角放置<图1-2-2），用上述规律，很容易确定像的位置：①以O为圆心、OS为半径作圆；②过S做AO和BO的垂线与圆交于和；③过和作BO和AO 的垂线与圆交于和；④过和作AO和BO 的垂线与圆交于，便是S在两平面镜中的5个像。

双镜面反射。

如图1-2-3，两镜面间夹角=15º,OA=10cm，A 点发出的垂直于的光线射向后在两镜间反复反射，直到光线平行于某一镜面射出，则从A点开始到最后一次反射点，光线所走的路程是多少？如图1-2-4所示，光线经第一次反射的反射线为BC，根据平面反射的对称性,，且∠。

(每日一练)人教版高中物理几何光学知识点总结(超全)单选题1、半圆形玻璃砖横截面如图所示，AB为直径，O点为圆心。

在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O的距离相等。

两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则a、b两束光（）A．在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较小B．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大C．同样条件下，a光比b光衍射明显D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小答案：C解析：A．由图可知a光没有发生全反射，b光已发生全反射，b光的临界角小，由临界角公式sin C=1n知b光的折射率大，根据n =cv可知在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大，A错误；B．由折射率公式n =sinisinγ可知以相同的入射角i从空气斜射入水中，b光的折射角γ小，B错误；C．a光的折射率n小，频率ν低，波长λ长，所以a光比b光衍射明显，故C正确；D．根据干涉条纹间距公式Δx=lλda光的波长λ长，相邻亮条纹间距大，故D错误。

故选C。

2、光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用。

如图所示是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO=127°，∠BOC=120°，真空中光速c=3×108m/s，sin53°=0.8，cos53°=0.6。

则（）A．光在该有机玻璃中的传播速度为1.875×108m/sB．光在该有机玻璃中的折射率为1.8C．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°D．若将该材料做成长300km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10-3s答案：A解析：AB．根据折射定律得n=sin(180°−127°)sin30°=0.80.5=1.6则光在该有机玻璃中的传播速度为v=cn =3×1081.6m/s=1.875×108m/s，故A正确，B错误；C．根据sinC=1n得sinC=11.6=0.625<sin53°所以发生全反射的临界角不是53°，故C错误；D．当光线与光导纤维平行时，传播的时间最短，则传播的最短时间t=Lv =nLc=1.6×3×1053×108s=1.6×10-3s故D错误。

(每日一练)人教版高中物理几何光学基础知识手册单选题1、如图所示，在底面半径为R、装满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底放有一个蓝色点光源，已知水对蓝光的折射率约为√2，则下列判断正确的是（）A．光源必须位于玻璃缸底中心才能从侧面射出B．若光源离圆心距离为12R，则光从玻璃缸侧面任何位置都能射出C．水面上方任何位置都有光射出D．若把蓝色光源换成红色光源，从水面上方射出的范围变小答案：B解析：AB．由于水对蓝光的折射率约为√2，所以当光源离圆心距离为√22R时，恰好有光线在圆柱侧面发生全反射，所以当光源离轴距离小于√22R时，发出的蓝光都可以从侧面射出，故A错误，B正确；C．根据sinC=1 n得全反射临界角C=π4光射向水面时，当入射角大于π时会发生全反射而无法射出，故C错误；4D．改为红色光源，折射率变小，临界角变大，能从水面上方射出的范围变大，D错误。

故选B。

2、一束激光垂直照射在光屏上，形成一圆形光斑如图甲所示。

现在光屏前放置一透明的玻璃圆柱体，让激光垂直圆柱体轴线入射，光束经过圆柱体后照射在光屏上，如图乙所示。

则在光屏上观察到的光斑形状可能为（）A．B．C．D．答案：B解析：激光束照在圆柱上，沿圆柱体轴上的光线即水平方向上的光线，经相同的入射角折射，两次折射后，同一水平方向上的光线折射偏转角度相同，光线平行，故在光屏上水平方向上的光斑宽度不变。

如图，竖直方向上光线通过圆柱体光线有会聚作用，根据光屏与圆柱玻璃柱的位置关系，光斑的长度可能变大，可能变小，也可能不变。

由于图中的入射光束在圆心上方，故光路往下偏，光斑的中心不可能呈现在光屏的上部方。

综上所述，B有可能，ACD均不可能。

故选B。

3、折射率n=√2的直角玻璃三棱镜截面如图所示，一条光线从AB面入射，入射角为i（图中未标出），ab为其折射光线，ab与AB面的夹角θ=60°，则（）A．i=45°，光在AC面上不发生全反射B．i=45°，光在AC面上发生全反射C．i=30°，光在AC面上不发生全反射D．i=30°，光在AC面上发生全反射答案：B解析：由折射定律得n=sini sin(π2−θ)解得i=45°根据sinC=1n解得C=45°由于光线在AC面上的入射角为60°，所以光线ab在AC面上一定发生全反射，不能从AC面上折射出去。