第11章-几何光学精.ppt
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1、第11章-几何光学第1页,本讲稿共54页11-1 11-1 几何光学的基本定律几何光学的基本定律 几何光学:几何光学:是以光的基本实验定律为基础,并且运用几是以光的基本实验定律为基础,并且运用几何学的方法就能研究和说明一些光学问题的学科。何学的方法就能研究和说明一些光学问题的学科。研究对象:研究对象:光学成像光学成像 照明工程照明工程 第2页,本讲稿共54页11-1-1 光的直线传播 光的直线传播定律:光的直线传播定律:光在各向同性的均匀介质中沿直线传光在各向同性的均匀介质中沿直线传播。播。第3页,本讲稿共54页11-1-2 光的反射 当光沿某一方向传播的过当光沿某一方向传播的过程中遇到两种介
2、质的分界面时程中遇到两种介质的分界面时会发生一部分光被反射的现象。会发生一部分光被反射的现象。界面光滑,反射光束中界面光滑,反射光束中的各条光线相互平行,沿同的各条光线相互平行,沿同一方向传播。一方向传播。镜面反射:镜面反射:第4页,本讲稿共54页界面粗糙,反射光线可以有各种界面粗糙,反射光线可以有各种不同的传播方向。不同的传播方向。反射定律:反射定律:反射光线总是位反射光线总是位于入射面内,并且与入射光于入射面内,并且与入射光线分居在法线的两侧,入射线分居在法线的两侧,入射角等于反射角角等于反射角。漫反射:漫反射:第5页,本讲稿共54页11-1-3 光的折射 n2n1折射定律:折射定律:折射
3、光线总是位于入射面折射光线总是位于入射面内,并且与入射光线分居在法内,并且与入射光线分居在法线的两侧;线的两侧;入射角入射角 i 的正弦与折射角的正弦与折射角 r 的正弦之比为一个常数的正弦之比为一个常数n21称为第二种介质对第一种介质的相对折射率。称为第二种介质对第一种介质的相对折射率。第6页,本讲稿共54页绝对折射率:绝对折射率:一种介质相对于真空的折射率一种介质相对于真空的折射率 。介 质折 射 率介 质折 射 率金刚石2.42水1.33玻 璃1.50 1.75酒 精1.36水 晶1.54 1.56乙 醚1.35岩 盐1.54水蒸气1.026冰1.31空 气1.0003几种介质的折射率几
4、种介质的折射率 第7页,本讲稿共54页设设设光的频率为设光的频率为光路可逆性原理:光路可逆性原理:如果光线逆着原反射光的方向入射,则其反射光必如果光线逆着原反射光的方向入射,则其反射光必沿原入射光线的逆方向传播;如果光沿原折射光线的逆向入射,则其沿原入射光线的逆方向传播;如果光沿原折射光线的逆向入射,则其折射光线必沿原入射光线的逆向传播。折射光线必沿原入射光线的逆向传播。第8页,本讲稿共54页11-1-4 全反射 当当有有临界角临界角 ic:相应于折射角为相应于折射角为9090的入射角。的入射角。全反射:全反射:当入射角当入射角 i 大于临界角时,将不会出现折射光,大于临界角时,将不会出现折射
5、光,入射光的能量全部反射回原来介质的现象。入射光的能量全部反射回原来介质的现象。第9页,本讲稿共54页11-2 11-2 平面反射和平面折射成像平面反射和平面折射成像 11-2-1 平面反射成像 结论:结论:从点光源从点光源 S 发出的所有发出的所有光线,不论其入射角的大小,光线,不论其入射角的大小,经平面镜反射后,其反向延长经平面镜反射后,其反向延长线都将交于一点。线都将交于一点。第10页,本讲稿共54页结论:结论:物体在平面镜中所成的虚像与物体本身的大小相物体在平面镜中所成的虚像与物体本身的大小相等,且物与像对称于平面镜。等,且物与像对称于平面镜。11-2-2 平面折射成像 n1n2 平面
6、折射时,各折射线的反向延平面折射时,各折射线的反向延长线不交于同一点,因此不具有同心长线不交于同一点,因此不具有同心性。这一现象称为性。这一现象称为像散像散。像距(像距():):像点像点 S 到镜面的距离。到镜面的距离。物距(物距(p):):物点物点 到镜面的距离。到镜面的距离。第11页,本讲稿共54页n1n2称为称为 S 的的视深视深 第12页,本讲稿共54页n2n1沿任一折射线方向观察沿任一折射线方向观察 第13页,本讲稿共54页11-3 11-3 球面反射和球面折射成像球面反射和球面折射成像 11-3-1 球面反射的成像公式 O点点为为镜顶镜顶OP 为为主光轴主光轴第14页,本讲稿共54
7、页代入代入发散光入射凹镜:发散光入射凹镜:满足上述条件的光线称为满足上述条件的光线称为傍轴光线傍轴光线。成虚像成虚像物像关系式物像关系式第15页,本讲稿共54页会聚光入射凹镜:会聚光入射凹镜:发散光入射凸镜:发散光入射凸镜:总是成虚像总是成虚像P点为虚物点点为虚物点第16页,本讲稿共54页物点在镜前时,物距为正;物点在镜后时,物点在镜前时,物距为正;物点在镜后时,物距为负。物距为负。像点在镜前时,像距为正;像点在镜后时,像点在镜前时,像距为正;像点在镜后时,物距为负。物距为负。凹面镜的曲率半径取正,凸面镜的曲率半径凹面镜的曲率半径取正,凸面镜的曲率半径取负。取负。实正虚负实正虚负。符号法则:符
8、号法则:第17页,本讲稿共54页 物点物点 P 在主光轴上离球面镜无穷远(在主光轴上离球面镜无穷远(p )时,)时,入射光线可看做傍轴平行光线,该物点的像点称为球入射光线可看做傍轴平行光线,该物点的像点称为球面镜的面镜的焦点焦点。焦距(焦距(f):):球面镜顶点到焦点的距离。球面镜顶点到焦点的距离。球面镜焦距:球面镜焦距:物像关系式:物像关系式:凹面镜,凹面镜,R 取正,则取正,则 f 取正,与实焦点相对应;取正,与实焦点相对应;凸面镜,凸面镜,R 取负,则取负,则 f 取负,与虚焦点相对应取负,与虚焦点相对应。第18页,本讲稿共54页11-3-2 球面镜成像的作图法 球面镜成像作图法的三条特
9、殊光线:球面镜成像作图法的三条特殊光线:平行于主光轴的傍轴入射光线经球面镜反射后过焦点平行于主光轴的傍轴入射光线经球面镜反射后过焦点F,或,或其反向延长线过焦点(根据焦点的定义)。其反向延长线过焦点(根据焦点的定义)。过焦点的入射光线经球面镜反射后,其反射光平行过焦点的入射光线经球面镜反射后,其反射光平行于主光轴(根据光路可逆性原理)。于主光轴(根据光路可逆性原理)。过球面曲率中心过球面曲率中心C 的光线(或它的延长线),经球面的光线(或它的延长线),经球面镜反射后按原路返回。镜反射后按原路返回。第19页,本讲稿共54页第20页,本讲稿共54页11-3-3 球面镜的横向放大率 设物体的高度为设
10、物体的高度为 y,像高度为,像高度为 y横向放大率:横向放大率:当当m 0时,成正立像。时,成正立像。第21页,本讲稿共54页例例1 一凹面镜的曲率半径为一凹面镜的曲率半径为 0.12m,物体位于镜顶前,物体位于镜顶前 0.04m 处,求:处,求:像的位置;像的位置;横向放大率。横向放大率。已知已知 R=0.12 m,p=0.04 m 解:解:(1)由物像关系式由物像关系式 解得解得虚像虚像(2)正立像正立像 第22页,本讲稿共54页11-3-4 球面折射成像 几何关系:几何关系:第23页,本讲稿共54页解得解得球面折射物像公式:傍轴条件下:第24页,本讲稿共54页由球面折射成像的横向放大率:
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- 11 几何 光学
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