第05章 习题答案

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第 5 章 几何光学
5.1. 一束平行光线透射过一块厚度为d的厚玻璃片,入射角为,透过玻璃片后光
线如何传播?
解:
5.2. 现有一人身高为1.70m,此人为了能使从平面镜中看到自己的全身像,如果镜和
人都是直立的,平面镜的高度至少是多少?
解:
5.3. 高5cm的物体放在球面镜前10cm,凹面镜的焦距是10cm,求像的位置.
解: 近轴光线条件下球面反射的物像公式为:

111
ssf


若光线自左向右传播,则此时0.1,0.1smfm,
故s,也就是说,所成的像在无穷远处.放射光为平行光。
5.4. 平凸透镜球面半径为0.40m,玻璃的折射率为1.50,求此透镜的焦距.
解:近轴条件下薄透镜的物像公式为:

2112
12

nnnnnnssrr


物方焦距为:
12
1

12

nnnnfnrr





像方焦距为:

12
2

12

nnnnfnrr







由题目可知:12211.0,1.50,0.40,nnnrmr,代入公式可得:

2
12

11115
(1)()(1)/'4nnrmffrr

故此凸透镜物方焦距为0.8fm,像方焦距为'0.8fm。
5.5. 某观察者通过一块薄玻璃板去看在凸面镜中他自己的像,他移动着玻璃板,使得
在玻璃板中与在凸面镜中所看到的他眼睛的像重合一起.若凸面镜的焦距为10cm,眼睛距
凸面镜顶点的距离为40cm,则玻璃板距离观察者眼睛的距离为多少?
解:设玻璃板距观察者眼睛距离为x cm,则像点距O点距离'240sx,又由
40scm
代入公式:

1121
'ssrf


得 111(240)4010xcmcmcm
故2408x,解得40xcm。
5.6. 欲使由无穷远发出的近轴光线从透明球体左边入射,并成像在右半球面的顶点处,
则该透明球体的折射率应为多少?
解:光从左向右入射,在空气中的厚透镜焦距公式为:

1212
111(1)(1)[]'nnfrrnrr


其中,12,,2rRrRR,因此
2(1)nRfn
又由 2'(1)fnprn 以及 1'(1)'fnprn
得,'pRpR。结果表明H在顶点O的右边R处,而'H在顶点'O的左边R处,显
然,两主平面重合且通过中心。按题意,物离物方主点H的距离s,像离像方主点
'H
的距离'sR。则利用厚透镜物像公式

111
'ssf


得11'Rf,故'2(1)nRRfn
解得2n,即该透明球体折射率应为2。
5.7. 有一折射率为1.5、半径为4cm的玻璃球,物体在距球表面6cm处,求:⑴物体
所成的像到球心之间的距离;⑵像的横向放大率.
解:光从左向右入射,在空气中的厚透镜焦距公式为:

1212
111(1)(1)[]'nnfrrnrr


其中,124,4,2,1.5rRcmrRcmRn,因此
62(1)nRfcmn

又由 2'(1)fnprn 以及 1'(1)'fnprn
得,'pRpR。即半径为R,折射率为n的玻璃球的两个主平面重合,且通过球心
利用厚透镜物像公式
111
'ssf


将610,'6scmRcmfcm代入上式得'15/4scm。
故物体所成像到球心之间距离为3.75cm,横向放大率'0.375ss,说明成正立缩小的像。
5.8. 一凸透镜在空气中的焦距为40cm,在水中时焦距为136.8cm,水的折射率为1.33,
则此透镜的折射率为多少?
解:近轴条件下薄透镜的物像公式为:

2112
12

nnnnnnssrr


当12'nnn时,上式可化简为:

12
1111
'()(')()'nnnssrr

物方焦距为:
12
1

12

nnnnfnrr





像方焦距为:

12
2

12

nnnnfnrr







由题意可知:当1'1.0n时,焦距为1'40fcm,当2'4/3n时,焦距为2'136.8fcm
代入上式可得:
112
221

''''''fnnnfnnn


解得1.54n。

5.1少了折射率
5.2少了人到镜子之间的距离以及眼睛到头顶的高度