应用光学第二章例题
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10.一个双凸透镜,两面的曲率半径为r1=15cm, r2=10cm, 透镜玻璃的折射系数n=1.5,透镜厚度d=3cm, 透镜置于空气中,求透镜的主焦点及主平面的位置。
11.凸透镜焦距为10厘米,凹透镜焦距为4厘米,两个透镜相距12厘米,已知物在凸透镜左方20厘米处,计算像的位置和横向放大率。
12.空气中双凹厚透镜的两个凹面半径r1和r2分别为-8厘米和7厘米,沿主轴的厚度为2厘米,玻璃折射率n为1.5。
求焦点和主平面的位置。
13.已知两透镜的像方焦距分别为5厘米和10厘米,两镜光学间隔为10厘米,物离透镜为15厘米,用复合光组法求最后的像的位置。
14.一焦距为20厘米的薄透镜与一焦距为20厘米的薄凹透镜相距6厘米,求(1)复合光组焦点及主平面的位置。
(2)若物放在凸透镜前30厘米处,求像的位置和放大率。
第二章 例 题例题2.1 凸平透镜r 1=100mm ,r 2=∞,d=300mm ,n=1.5,当物体在-∞时候,1)求高斯像面的位置;2)在平面上刻十字,问其共轭像在什么位置;3)当入射高度为h=10mm ,问光线的像方截距是多少?和高斯像面相较相差多少?说明什么问题?解:1)依照近轴光线光路计算公式能够求出高斯像面的位置。
将1111,' 1.5,1,100l n n r mm =-∞===代入单个折射球面成像公式'''n n n n l l r--=,能够求得1'300l mm =。
又由题意d=300mm ,发觉现在所成的像在凸平透镜的第二面上。
2)由光路可逆原理明白,假设在平面上刻十字,其共轭像应在物方-∞处。
3)当入射高度为h=10mm 时,光路如以下图所示:现在利用物在无穷远时,L =−∞时,公式sin sin 'sin '''sin ''(1)sin 'h I r n I I n U U I I I L r U ⎧=⎪⎪⎪=⎪⎨⎪=+-⎪⎪=+⎪⎩中的第一和第四式求解得: ※ 光线通过第一面折射时,11110sin 0.1100h I r ===,因此1 5.739o I =。
又11111sin 'sin 0.10.06667' 1.5n I I n ==⨯=,因此1'arcsin0.06667 3.822o I ==,1111''(0 5.739 3.822) 1.9172o oU U I I =+-=+-=,1111sin '0.0667'11001299.374sin '0.0334547I L r mm U ⎛⎫⎛⎫=⨯+=⨯+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭。
※ 光线再通过第二个面折射,21'0.626L L d mm =-=-,21' 1.9172o I U -==,那么2222sin 'sin 1.5sin1.91720.05018'o n I I n ==-=-,2' 2.87647o I =-。
应用光学试题第二章一、填空题(建议每空1分)(请同学们不要写错别字,数字不要用大写,术语要标准,否则按错处理,不要用科学记数法如4101⨯)I 级I 级1空1、 焦点又称为后焦点或第二焦点。
像方2、过像方焦点'F 作一垂直于光轴的平面即为 焦平面。
像方3、像方焦点'F 是像方焦平面上的一个特殊点,该点对应的是物方孔径角=u 度的一束平行于光轴的平行光。
4、从物方焦点F 发出的光经过系统后均为平行于 的光。
光轴5、过 作垂直于光轴的平面称为物方焦平面。
物方焦点6、垂轴放大率为=β 倍的这对共轭平面为主平面(简称主面)。
17、主平面与光轴的交点称为 。
主点8、像方主平面与 的交点称为像方主点'H 。
光轴9、焦距属于沿轴线段,以各自的 为原点判断其符号。
主点10、 焦距可表示式为tguh 。
物方11、光学系统的 可以看作是焦距的另外一种表示形式, 光焦度12、 是指角放大率1+=γ的一对共轭点。
节点13、经过物方节点的光线其共轭光线经过 节点。
像方14、 法主要是应用光学系统基点和基面的性质,通过选用适当的光线或辅助线画出其共轭光线的方法。
图解15、牛顿公式是以各自的为原点确定物、像的具体位置。
焦点16、高斯公式是以为原点来描述物、像的具体位置。
主点17、将一个正单透镜与一个负单透镜进行胶合,称之为透镜。
双胶合18、望远系统是最典型的光学系统,其系统焦点位于无穷远处,焦距为无限大。
无焦19、望远系统的光学间隔=∆。
20、是由两个折射面包围的一种透明介质构成的光学元件,折射面可以是球面、平面或非球面。
透镜21、是指当透镜的厚度与焦距或曲率半径相比是一个很小的数值时,厚度d可忽略不计的透镜。
薄透镜22、透镜主平面与之间的距离为焦距。
焦点23、透镜物与像之间的距离称为。
共轭距24、筒长L是指第一个光组到之间的距离。
像面(或像平面)25、是指系统最后一面到像平面之间的距离。
后工作距离26、按照透镜形状的不同,正透镜又可分为透镜、平凸透镜及月凸透镜,双凸27、负透镜又分为透镜、平凹透镜及月凹透镜,其特征是中心厚度比边缘厚度薄。
《应用光学》第二版胡玉禧第二章作业参考题解-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第二章作业参考题解1. P.53习题2-2;解:依题意作图如图。
mm r 50=,n=1.5 ,n '=11)对球心处气泡,mm l 50'=,据rnn l n l n -=-'''将数值代入解得 mm l 50=;2)对球心与前表面间的一半处气泡,mm l 25'=, 据rn n l n l n -=-''',将数值代入得 505.115.1251-=-l ,解得:mm l 30=2. P.54习题2-6(c),(d),(f );3. 用作图法求下列各图中物体AB 的像A ′B ′4. P.54习题2-7l 1 l 2rAH H ′ F ′ (cA ′ FFH H ′ (dF ′AA ′F 1(fF 2′ A A ′ F 1′F 2B FA H H ′ F ′(a A ′B ′ AB H H ′ (bF F ′ABFAB H H ′ F ′ A B A B H ′ H F F ′ A B5. P.55习题2-10 解: 据题意有2111-=-=x f β (1) 122-=-=x f β (2) 10012+=x x (3) 联立(1)(2)(3)式解得 )(100mm f -=; 或据 ''f x -=β 和题目条件可以解得 )(100'mm f = (说明:本题也可以用高斯公式求解) 6. P.55习题2-13解:由于两透镜密接,故d = 0 , 所求 ''x f f x L ++--= ,或 'l l L +-= 把透镜看成光组,则此为双光组组合问题。
可由∆-='''21f f f 和∆=21f f f 计算组合后系统的焦距:)(31005010050100'''21mm f f f =+⨯-=∆-= ,)(310050100)50(10021mm f f f -=---⨯-=∆= 又 (法一)101''-=-=-=x f f x β, 所以 )(310'101'mm f x =-= ,)(3100010mm f x -== )(3.403312103103100310031000''mm x f f x L ≈=+++=++--=又 (法二)101'-==l l β, 所以 '10l l -= ,代入高斯公式得1003'1011=--'l l 解得 )(311031001011'mm l =⨯=, )(31100'10mm l l -=-=所以 )(3.40331210311031100'mm l l L ≈=+=+-= 7. P.55习题2-18 解:据题意透镜为同心透镜,而r 1=50mm ,d =10 mm ,故有 r 2= r 1-d = 40 mm ,所以,由dn r r n dr l H )1()(121-+--=得)(50163.5163.1550010)15163.1()5040(5163.15010mm l H =+--=⨯-+-⨯-=dn r r n dr l H )1()('122-+--=得)(40163.5163.1540010)15163.1()5040(5163.14010'mm l H =+--=⨯-+-⨯-=10)15163.1()5040(5163.1)15163.1(40505163.1)1()()1('221221⨯-+-⨯-⨯⨯=-=-+--=f d n r r n n r nr f)(37168.587163.56.3032665656.2828656.76.3032mm -=-=+-=。
第二章 例 题例题2.1 凸平透镜r 1=100mm ,r 2=∞,d=300mm ,n=1.5,当物体在-∞时候,1)求高斯像面的位置;2)在平面上刻十字,问其共轭像在什么位置;3)当入射高度为h=10mm ,问光线的像方截距是多少?和高斯像面相比相差多少?说明什么问题?解:1)根据近轴光线光路计算公式可以求出高斯像面的位置。
将1111,' 1.5,1,100l n n r mm =-∞===代入单个折射球面成像公式'''n n n n l l r--=,可以求得1'300l mm =。
又由题意d=300mm ,发现此时所成的像在凸平透镜的第二面上。
2)由光路可逆原理知道,若在平面上刻十字,其共轭像应在物方 -∞处。
3)当入射高度为h=10mm 时,光路如下图所示:此时利用物在无限远时,L =−∞时, 公式sin sin 'sin '''sin ''(1)sin 'h I r n I I n U U I I I L r U ⎧=⎪⎪⎪=⎪⎨⎪=+-⎪⎪=+⎪⎩中的第一和第四式求解得: ※ 光线经过第一面折射时,11110sin 0.1100h I r ===,所以1 5.739o I =。
又11111sin 'sin 0.10.06667' 1.5n I I n ==⨯=,所以1'arcsin 0.06667 3.822o I ==,1111''(0 5.739 3.822) 1.9172o o U U I I =+-=+-=,1111sin '0.0667'11001299.374sin '0.0334547I L r mm U ⎛⎫⎛⎫=⨯+=⨯+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭。
※ 光线再经过第二个面折射,21'0.626L L d mm =-=-,21' 1.9172o I U -==,则2222sin 'sin 1.5sin1.91720.05018'o n I I n ==-=-,2' 2.87647o I =-。
第二章作业参考题解1. P.53习题2-2;解:依题意作图如图。
mm r 50=,n=1.5 ,n '=1 1)对球心处气泡,mm l 50'=,据rnn l n l n -=-''' 将数值代入解得 mm l 50=;2)对球心与前表面间的一半处气泡,mm l 25'=,据rn n l n l n -=-''',将数值代入得 505.115.1251-=-l ,解得:mm l 30=2. P.54习题2-6(c),(d),(f );3. 用作图法求下列各图中物体AB 的像A ′B ′4. P.54习题2-7l 1 l 2rAH H ′F ′ (c ) A ′ F FH H ′ (d )F ′AA ′F 1 (f )F 2′AA ′ F 1′F 2B F AH H ′ F ′ (a )A ′B ′ A ' B 'H H ′ (b )FF ′ ABFA 'B ' H H ′ F ′ABA 'B 'H ′ H (a )F F ′ A B5. P.55习题2-10 解: 据题意有2111-=-=x f β (1) 122-=-=x f β (2) 10012+=x x (3) 联立(1)(2)(3)式解得 )(100mm f -=; 或据 ''f x -=β 和题目条件可以解得 )(100'mm f = (说明:本题也可以用高斯公式求解) 6. P.55习题2-13解:由于两透镜密接,故d = 0 , 所求 ''x f f x L ++--= ,或 'l l L +-=把透镜看成光组,则此为双光组组合问题。
可由∆-='''21f f f 和∆=21f f f 计算组合后系统的焦距:)(31005010050100'''21mm f f f =+⨯-=∆-= ,)(310050100)50(10021mm f f f -=---⨯-=∆= 又 (法一)101''-=-=-=x f f x β, 所以 )(310'101'mm f x =-= ,)(3100010mm f x -== )(3.403312103103100310031000''mm x f f x L ≈=+++=++--=又 (法二)101'-==l l β, 所以 '10l l -= ,代入高斯公式得 1003'1011=--'l l 解得 )(311031001011'mm l =⨯=, )(31100'10mm l l -=-=所以 )(3.40331210311031100'mm l l L ≈=+=+-=7. P.55习题2-18解:据题意透镜为同心透镜,而r 1=50mm ,d =10 mm ,故有 r 2= r 1-d = 40 mm ,所以,由dn r r n dr l H )1()(121-+--=得)(50163.5163.1550010)15163.1()5040(5163.15010mm l H =+--=⨯-+-⨯-=dn r r n dr l H )1()('122-+--=得)(40163.5163.1540010)15163.1()5040(5163.14010'mm l H =+--=⨯-+-⨯-=10)15163.1()5040(5163.1)15163.1(40505163.1)1()()1('221221⨯-+-⨯-⨯⨯=-=-+--=f d n r r n n r nr f)(37168.587163.56.3032665656.2828656.76.3032mm -=-=+-=绿叶对根的情意——学会与父母沟通【教学对象】初中二年级【教学时间】一节课,40分钟 【教学理念分析】人际交往和沟通是个体社会和人格发展成熟的重要标志。
第二章一、选择题1、关于全反射现象,下列说法正确的是( )A.光线由光疏介质向光密介质传播时可能发生全反射B.光线由光密介质向光疏介质传播时可能发生全反射C.光线由光疏介质向光密介质传播时一定发生全反射D.光线由光密介质向光疏介质传播时一定发生全反射答案:B2、下列能成完善像的光学系统是()A.平面折射系统B.平面反射系统C.球面折射系统D.球面反射系统答案:B3、若物位于凹面反射镜的焦点和曲率中心之间,则下列说法正确的是()A.成倒立放大实像B.成倒立缩小实像C.成正立放大虚像D.成倒立缩小虚像答案:A4、关于棱镜片下列说法正确的是()A.改变光线方向,不改变光束的聚散度B.不改变光线方向,改变光束的聚散度C.光线方向和光束的聚散度都改变D.光线方向和光束的聚散度都不改变答案:A5、实物通过平面反射镜所成的像为()A.实像B.虚像C.实像和虚像均有可能D.实像和虚像重叠答案:B6、若物位于凹面反射镜的焦点和顶点之间,则下列说法正确的是()A.成倒立缩小实像B.成倒立放大实像C.成倒立缩小虚像D.成正立放大虚像答案:D7、平面反射光学系统的横向放大率( )A.小于1B.大于1C.等于1D.以上都不对答案:D8、对于单球面近轴折射成像系统,若凹面侧的折射率大于凸面侧的折射率,下列说法正确的是()A.该系统为发散型B.该系统为会聚型C.是发散型还是会聚型与物点的位置有关D.是发散型还是会聚型与像点的位置有关正确答案:B9、关于球面折射光学系统成像,下列说法正确的是()A.能成完善的像B.不能成完善的像C.能否成完善像要依据条件而定D.部分成完善的像正确答案:B10、两个节点是一对()A.角放大率为+1的共轭点B.角放大率为-1的共轭点C.角放大率>1的共轭点D.角放大率正确答案:A11、关于理想光学系统,下列说法正确的是()A.主平面是横向放大率大于1的一对共轭面B.主平面是横向放大率小于1的一对共轭面C.主平面是横向放大率为-1的一对共轭面D.主平面是横向放大率为+1的一对共轭面正确答案:D二、简答题12、简述折射定律;13、简述反射定律;第三章1、人眼的瞳孔相当于()A.入瞳B.出瞳C.孔径光阑D.透镜答案:C2、当物点在垂直光轴方向上下移动时,系统的孔径光阑()A.增大B.减小C.不变D.无法判断答案:C3、以下关于景深和焦深的描述,错误的是()A.景深是能在像平面上获得清晰像的物空间深度B.焦深是能成清晰像的像空间深度C.眼的分辨率越大,景深越小D.焦深增大,眼的分辨率就增大答案:B4、视场光阑经它前面的光学系统所成的像为()A.入瞳B.出瞳C.入射窗D.出射窗答案:C5、大多数望远镜和显微镜的孔径光阑都位于()A.物镜B.目镜C.物镜和目镜之间D.无法判断答案:A6、视场光阑所限制的成像物体的实际大小称为()A.物方视场B.像方视场C.物方视场角D.像方视场角答案:A7、光学系统中的孔径光阑和视场光阑的关系是()A.孔径光阑可作为视场光阑B.视场光阑也作为孔径光阑C.孔径光阑一般就是视场光阑D.孔径光阑和视场光阑两者不能合一答案:D8、以下关于主光线的描述,错误的是()A.通过入瞳中心B.通过出瞳中心C.通过孔径光阑中心D.通过光学系统的节点答案:D9、摄影时,有的摄像师会在镜头前面挂上窗纱,其主要作用是()A.减少光线通过B.增加图像清晰度C.增加景深D.减小景深答案:C10、瞳孔缩小的时候()A.景深增加B.景深减小C.焦距增加D.焦距减小答案:A二、简答题11、简述什么是入射光瞳和出射光瞳孔;12、简述什么是景深和焦深;第四章一、选择题1、球差与下面那项因素有关()A.孔径角B.视场大小C.物距D.离轴距离答案:A2、如图,是轴外点以宽光束经过光学系统成像时产生的像差,该像差是()A.球差B.慧差C.场区D.色差答案:B3、如图,物面上轴外区域中的一个很小的“十”字图案经过光学系统成像后,在子午像面和弧矢像面分别在不同方向上成清晰的像,其中在子午面内,“十”字线的哪个方向成像清晰()A.水平方向B.垂直方向C.任何方向D.主轴方向答案:A4、以下哪个是枕型畸变()A. B. C. D.答案:A5、以下哪个是桶型畸变()A. B. C. D.答案:B6、缩小光学系统的孔径光阑,哪些像差会得到改善()A.球差、像散B.像散、场曲C.球差、彗差D.彗差、畸变答案:C7、如图,轴上点以宽光束成像时产生的像差为()A.球差B.慧差C.场区D.色差答案:A8、轴外点以宽光束经过光学系统成像时,会产生慧差,慧差包括()A.子午慧差和垂轴慧差B.弧矢慧差和纵向慧差C.弧矢慧差和子午慧差D.垂轴慧差和纵向慧差答案:C9、如图,物面上轴外区域中的一个很小的“十”字图案经过光学系统成像后,在子午像面和弧矢像面分别在不同方向上成清晰的像,造成这种现象的原因是()A.像散B.场曲C.畸变D.色差答案:B10、单球面折射镜有几对无球差的共轭点()A.1对B.2对C.3对D.以上选项都不对答案:C11、在7种几何像差中,不影响成像清晰度的有几种()A.1种B.2种C.3种D.以上选项都不对答案:B12、在7种几何像差中,对轴上点成像产生圆形弥散斑的有几种()A.1种B.2种C.3种D.以上选项都不对答案:B二、简答题13、简述什么是场曲;14、简述什么是位置色差;第五章一、选择题1、在均匀透明介质中,如果不考虑光能损失,则位于同一条光线上的各点,在光线进行的方向上光亮度()A.不变B.变强C.变弱D.以上都不对答案:A2、在理想成像时,由物点A 发出的光线均通过像点A ',因此物和像的光亮度B 和B '之间的关系为( )A .3B B n n '⎛⎫'= ⎪⎝⎭B .3B B n n ⎛⎫'= ⎪'⎝⎭C .2B B n n '⎛⎫'= ⎪⎝⎭D .2B B n n ⎛⎫'= ⎪'⎝⎭ 答案:C3、下列说法正确的是( )A .光照度定义为单位面积上所接受的辐射强度的大小B .光照度的单位是流明(lm )C .1lx 等于21m 面积上发出或接收1lm 的光通量D .光亮度的单位是勒克斯(lx )答案:C4、颜色有三种特性,其中不包括( )A .明度B .色调C .彩度D .色温答案:D5、假定在折射率为1n 的介质内,入射光束的光亮度为1B ;在折射率为2n 的介质内,假设折射光束的光亮度为2B ,则( )A .212221B B n n =B .222211B B n n =C .1221B B n n = D .2211B B n n =答案:B6、在实际光学系统中,当物像空间介质相同时,下列说法正确的是()A.像的光亮度永远等于物的光亮度B.像的光亮度可能等于物的光亮度,视具体情况C.像的光亮度永远大于物的光亮度D.像的光亮度永远小于物的光亮度答案:D7、以下叙述正确的是()A.光通量的单位是cd,发光强度的单位是lm,光照度的单位是nt,光亮度的单位是lx B.光通量的单位是lm,发光强度的单位是cd,光照度的单位是lx,光亮度的单位是nt C.光通量的单位是lx,发光强度的单位是cd,光照度的单位是lm,光亮度的单位是nt D.光通量的单位是lm,发光强度的单位是nt,光照度的单位是lx,光亮度的单位是cd 答案:B8、彩色的纯洁性称为()A.饱和度B.纯度C.明度D.色度答案:A9、人眼只能对可见光产生视觉,下列说法正确的是()A.对黄绿光最不敏感B.对红光和紫光较好C.对红外光全无视觉反应D.对紫外光有视觉反应答案:C10、下列说法正确的是()A.从能量的观点看,光线从光源(发光体)发出,经过中间介质(如大气等)和光学系统,最后到达接收器(如人眼、感光底片、光电元件等)是一个能量传输过程B.研究可见光的测试、计量和计算的学科称为“辐射度学”C.研究X光、紫外光、红外光以及其他电磁波辐射的测试、计量和计算的学科称为“光度学”D.光度学是辐射量度学的一部分或特例,光度学中的光是指全波段光答案:A二、简答题11、简述什么是朗伯定律;12、简述什么是光通量并写出表达式。
1.一物体在曲率半径12厘米的凹面镜的顶点左方4厘米处,求像的位置及横向放大率,并作出光路图。
2.一直径为4厘米的长玻璃棒,折射率为1.5,其一端磨成曲率半径为2厘米的半球形。
长为0.1 厘米的物垂直置于棒轴上离棒的凹面顶点8厘米处。
求像的位置及大小。
并作出光路图。
3.一玻璃半球的曲率半径为R,折射率为1.5,其平面的一边镀银。
一物高为h,放在曲面顶点2R处,求(1)由曲面所组成的第一个像的位置。
(2)这一光具所组成的最后的像在那里?4.证明:光线相继经过几个平行分界面的多层介质时,出射光线的方向只与入射方向及两边的折射率有关,与中间各层介质无关。
第二章作业:1、一个玻璃球直径为400mm,玻璃折射率为1.5。
球中有两个小气泡,一个在球心,一个在1/2半径处。
沿两气泡连线方向,在球的两侧观察这两个气泡,它们应在什么位置?如在水中观察(水的折射率为1.33)时,它们又应在什么位置?答案:空气中:80mm、200mm;400mm、200mm水中:93.99mm、200mm;320.48mm、200mm3、一个玻璃球直径为60mm,玻璃折射率为1.5,一束平行光射到玻璃球上,其汇聚点在何处?答案:l'=15mm4、一玻璃棒(n=1.5),长500mm,两端面为凸的半球面,半径分别为r1=50mm, r2= -100mm,两球心位于玻璃棒的中心轴线上。
一箭头高y=1mm,垂直位于左端球面顶点之前200mm处,垂直于玻璃棒轴线。
试画出结构简图,并求a)箭头经玻璃棒成像在什么位置(l2')?b)整个玻璃棒的垂轴放大率为多少?答案:l2'= -400mm、-3第三章作业:1、已知一个透镜把物体放大-3⨯,当透镜向物体移近18mm时,物体将被放大-4⨯,试求透镜的焦距。
答案:216mm2、一个薄透镜对某一物体成实像,放大率为-1⨯。
以另一薄透镜紧贴此薄透镜,则见像向透镜方向移动了20mm,放大率为原来的3/4,求两薄透镜的焦距。
答案:40mm、240mm3、一束平行光入射到平凸透镜上,汇聚于透镜后480mm处。
如在此透镜凸面上镀反射膜,则平行光汇聚于透镜前80mm处,求透镜折射率和凸面曲率半径。
答案:1.5、-240mm5、一块厚透镜,n=1.6,r1=120mm,r2=-320mm,d=30mm,试求该透镜的焦距及基点位置。
如果物距l1= -5m,像在何处?如果平行光入射时,使透镜绕一和光轴垂直的轴转动,而要求像点位置不变,问该轴安装在何处?答案:f'=149.27mm、l F'=135.28mm、l F= -144.02mm、l H'= -13.99mm、l H=5.25mm l2'=139.87mm像方节点,即像方主点6、由两薄透镜组成的对无穷远物成像的短焦距物镜,已知其焦距为35mm,筒长T=65mm,后工作距为50mm,求系统结构。
应用光学试题第二章一、填空题(建议每空1分)(请同学们不要写错别字,数字不要用大写,术语要标准,否则按错处理,不要用科学记数法如4101⨯)I 级I 级1空1、 焦点又称为后焦点或第二焦点。
像方2、过像方焦点'F 作一垂直于光轴的平面即为 焦平面。
像方3、像方焦点'F 是像方焦平面上的一个特殊点,该点对应的是物方孔径角=u 度的一束平行于光轴的平行光。
4、从物方焦点F 发出的光经过系统后均为平行于 的光。
光轴5、过 作垂直于光轴的平面称为物方焦平面。
物方焦点6、垂轴放大率为=β 倍的这对共轭平面为主平面(简称主面)。
17、主平面与光轴的交点称为 。
主点8、像方主平面与 的交点称为像方主点'H 。
光轴9、焦距属于沿轴线段,以各自的 为原点判断其符号。
主点10、 焦距可表示式为tguh 。
物方11、光学系统的 可以看作是焦距的另外一种表示形式, 光焦度12、 是指角放大率1+=γ的一对共轭点。
节点13、经过物方节点的光线其共轭光线经过 节点。
像方14、 法主要是应用光学系统基点和基面的性质,通过选用适当的光线或辅助线画出其共轭光线的方法。
图解15、牛顿公式是以各自的为原点确定物、像的具体位置。
焦点16、高斯公式是以为原点来描述物、像的具体位置。
主点17、将一个正单透镜与一个负单透镜进行胶合,称之为透镜。
双胶合18、望远系统是最典型的光学系统,其系统焦点位于无穷远处,焦距为无限大。
无焦19、望远系统的光学间隔=∆。
20、是由两个折射面包围的一种透明介质构成的光学元件,折射面可以是球面、平面或非球面。
透镜21、是指当透镜的厚度与焦距或曲率半径相比是一个很小的数值时,厚度d可忽略不计的透镜。
薄透镜22、透镜主平面与之间的距离为焦距。
焦点23、透镜物与像之间的距离称为。
共轭距24、筒长L是指第一个光组到之间的距离。
像面(或像平面)25、是指系统最后一面到像平面之间的距离。
后工作距离26、按照透镜形状的不同,正透镜又可分为透镜、平凸透镜及月凸透镜,双凸27、负透镜又分为透镜、平凹透镜及月凹透镜,其特征是中心厚度比边缘厚度薄。
l -----------2si n22-2.如图所示,两相干平面光波的传播方向与干涉场法线的夹角分别为0和R,试求干涉场上的干涉条纹间距。
2-3.在杨氏实验装置中,两小孔的间距为0.5mm,光屏离小孔的距离为50cm。
当以折射率为1.60的透明薄片贴住小孔S2时,发现屏上的条纹移动了1cm,试确定该薄片的厚度。
2-4.在双缝实验中,缝间距为0.45mm,观察屏离缝115cm,现用读数显微镜测得10个条纹(准确地说是11个亮纹或暗纹)之间的距离为15mm,试求所用波长。
用白光实验时,干涉条纹有什么变化?2-5. 一波长为0.55 m的绿光入射到间距为0.2mm的双缝上,求离双缝2m远处的观察屏上干涉条纹的间距。
若双缝距离增加到2mm,条纹间距又是多少?2-6.波长为0.40 m〜0.76 m的可见光正入射在一块厚度为 1.2氷0-6 m、折射率为1.5 的薄玻璃片上,试问从玻璃片反射的光中哪些波长的光最强?2-7.题图绘出了测量铝箔厚度D的干涉装置结构。
两块薄玻璃板尺寸为75mm x 25mm。
在钠黄光(=0.5893 m )照明下,从劈尖开始数出60个条纹(准确地说是从劈尖开始数出61个明条纹或暗条纹),相应的距离是30 mm,试求铝箔的厚度 D = ?若改用绿光照明,从劈尖开始数出46.6 mm,试求这绿光的波长。
2-8.如图所示的尖劈形薄膜,右端厚度h为0.005cm,折射率n = 1.5,波长为0.707 m的光以30°角入射到上表2-8题用图习题2-1.如图所示,两相干平行光夹角为第二章,在垂直于角平分线的方位上放置一观察屏,2-2题用图2-1题用图试证明屏上的干涉亮条纹间的宽度为:2-7题用图100个条纹,其间距离为ZJflWH -----面,求在这个面上产生的条纹数。
若以两块玻璃片形成的 空气尖劈代替,产生多少条条纹?2-9.利用牛顿环干涉条纹可以测定凹曲面的曲率半 径,结构如图所示。
第二章 例 题
例题2.1 凸平透镜r 1=100mm ,r 2=∞,d=300mm ,n=1.5,当物体在-∞时候,
1)求高斯像面的位置;
2)在平面上刻十字,问其共轭像在什么位置;
3)当入射高度为h=10mm ,问光线的像方截距是多少?和高斯像面相比相差多少?说明什么问题?
解:
1)根据近轴光线光路计算公式可以求出高斯像面的位置。
将1111,' 1.5,1,100l n n r mm =-∞===代入单个折射球面成像公式'''n n n n l l r
--=,可以求得1'300l mm =。
又由题意d=300mm ,发现此时所成的像在凸平透镜的第二面上。
2)由光路可逆原理知道,若在平面上刻十字,其共轭像应在物方 -∞处。
3)当入射高度为h=10mm 时,光路如下图所示:
此时利用物在无限远时,L =−∞时, 公式sin sin 'sin '''sin ''(1)sin 'h I r n I I n U U I I I L r U ⎧=⎪⎪⎪=⎪⎨⎪=+-⎪⎪=+⎪⎩
中的第一和第四式求解得: ※ 光线经过第一面折射时,11110sin 0.1100h I r =
==,所以1 5.739o I =。
又11111sin 'sin 0.10.06667' 1.5
n I I n ==⨯=,所以1'arcsin 0.06667 3.822o I ==,1111''(0 5.739 3.822) 1.9172o o U U I I =+-=+-=,
1111sin '0.0667'11001299.374sin '0.0334547I L r mm U ⎛⎫⎛⎫=⨯+=⨯+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭。
※ 光线再经过第二个面折射,21'0.626L L d mm =-=-,21' 1.9172o I U -==,则2222sin 'sin 1.5sin1.91720.05018'o n I I n ==-=-,2' 2.87647o I =-。
2222'' 1.9172 1.9172 2.87647 2.87647o o o o U U I I =+-=-+=。
由三角关系知道:21tan '0.626tan1.91720.02095o x L U mm ==-=-,20.02095'0.4169tan 2.87647
o L mm =-=-。
即此时像与高斯像面的距离为-0.4169mm 。
说明:正透镜,负球差!
例题2 一个玻璃棒(n=1.5)长500mm ,两端为半球面,半径分别是50mm 和-100mm ,物体高1mm ,垂直于左端球面顶点之前200mm 处的轴线上,试求:
1)物体经过整个玻璃棒后成像的位置;
2)整个玻璃棒的垂轴放大率是多少?
解:由题目所给条件,解决这一问题可以采用近轴光学基本公式''''''n n n n l l r y nl y n l β-⎧-=⎪⎪⎨⎪==⎪⎩
,以及转面公式2121','l l d y y =-=。
1)首先计算物体经过第一球面所成像的位置和垂轴放大率,有: 1111111
'''n n n n l l r --=,代入11111,' 1.5,200,50n n n l mm r mm ====-=,求得像的位置:1'300l mm =。
垂轴放大倍率:11111'13001' 1.5(200)
n l n l β⨯===-⨯-。
接着将第一球面所成的像作为第二球面的物,根据转面公式可求出第二面的物距21'300500200l l d mm =-=-=-。
又已知2221.5,'1,100n n n r mm ====-,代入2222222'''n n n n l l r --=,得2'400l mm =-,即经过玻璃棒成像后,所成像位于第二球面前方400mm 处。
垂轴放大倍率:22222' 1.5(400)3'1(200)
n l n l β⨯-===⨯-。
2)整个玻璃棒的垂轴放大率应为第一球面和第二球面放大率的乘积:12(1)33βββ==-⨯=-。
注意:不可以拿整个系统的垂轴放大倍率来判断成像的虚实。
例题3 凹面反射镜半径为(-400)mm ,物体放在何处能成放大两倍的实像?放在何处能成放大两倍的虚像? 解:已知近轴光基本公式''''''n n n n l l r y nl y n l β-⎧-=⎪⎪⎨⎪==⎪⎩
,又单个球面的反射情况可以看作'n n =-条件下的折射,代入以上条件后,原近轴光基本公式变为112'''''l l r y nl l y n l l β⎧+=⎪⎪⎨⎪===-⎪⎩。
此时,总结有物像关系如下: ※0,'0,'l l l l ββ<⎧⎨>⎩与异号,物像分列球面两侧,虚实相同
折射时:与同号,物像位于球面同侧,虚实相反;
0,'0,'l l l l ββ<⎧⎨>⎩
与同号,物像位于球面同侧,虚实相同反射时:与异号,物像分列球面两侧,虚实相反。
※ 理清上述关系以后:
1)实物成2倍放大实像。
有'2l l
β=-=-,即'2l l =。
所以有:
1123002400l mm l l +=⇒=-- 即将物体放在凹面镜的球面顶点左侧300mm 处,能在顶点左侧600mm 处成放大实像。
2)实物成放大2倍虚像。
有'2l l
β==-,即'2l l =-。
所以有:
1121002400l mm l l +=⇒=--- 即将物体放在球面顶点O 左侧100mm 处,此时像在顶点O 右侧200mm 处。