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1、应用光学教学大纲课程英文名Applied Optics课程代码02M0093学分2.5总学时40理论学时32实验/实践学时8课程类别学科基础课课程性质限选先修课程大学物理、高等数学适用专业测控技术与仪器(光电检测方向)开课学院计量测试工程学院执笔人审定人制定时间2020年11月注:课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课;课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标(一)课程地位本课程面向测控技术与仪器专业本科生。本专业所涉及的测量、转换与控制仪器中,需要大 量的光学基本原理,帮助理解和掌握光学探测与转换过程。因此本课程是本专业学生应该掌握的 专业基础课程。其任务是使学生掌握基本光学
2、理论、球面成像系统及理想光学系统的成像特性, 开始了解这些基本理论在工程实体中的应用,学会利用基本理论分析系统成像特性,并了解应用 光学仪器的结构设计的基本方法。(二)课程目标本课程以培养新时代计量领域工程人才为目标,通过开展课程培养学生的爱国主义精神和科 学精神,培养学生学习和应用科学技术的能力,强调热爱祖国和报效祖国的社会责任感。主要课 程目标如下:1 .熟悉应用光学的基本理论,掌握应用光学的基本概念、基本分析方法和典型光学系统,具 有在几何量测量与控制中运用几何光学基础知识的能力(1.4)。2 .具有运用基本光学理论、球面成像系统及理想光学系统的成像理论,识别光电检测系统的 关键环节和参
3、数的能力(2.1)。3 .具有运用理想光学系统的成像和典型成像光学系统等理论,分析光电检测系统的物理模 型,并提出光学系统解决方案的能力(2.3)。二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主,结合自学、团组大作业和实验教学。1 .课堂教学主要讲解与应用光学有关的基本概念、基本理论以及基本分析方法,并将日常生 活中遇到的现象以及高科技中的问题等融入基本理论的讲解,使同学们更好地熟悉或掌握应用光 学的基本原理,提高学生对应用光学的兴趣、熟悉应用光学的理论体系、思维方式和研究方法。 课堂教学尽量引入互动环节,使同学们能更好地融入课堂教学,提高教学效果。2 .结合应用光学原理,通过课堂对常用光学系统的
4、分解,把光学系统分解成简单的光学模块, 并对具体模块的组成进行分析。使学生具有运用应用光学的基本知识分析光学系统结构的能力和 光学系统的设计能力。3 .对比较容易理解的章节让学生自学,以培养学生自主学习的意识、自主学习的能力和抓住 要点的能力。4 .团组大作业能培养同学们的综合能力:熟练运用所学知识的能力、收集和提炼信息的能力、 团队合作能力、表达能力等。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度(H、M、L)毕业要求1.4毕业要求2.1毕业要求2. 3课程目标1M课程目标2M课程FI标3M注:支撑强度分别填写H、M或L (其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低)
5、四、课程主要内容与基本要求第一章几何光学的基本概念和基本定律理解并掌握几何光学的基本定律,理解完善像条件的概念和相关表述。第二章球面和球面系统掌握应用光学中的符号规则、单个折射球面的光线光路计算公式(近轴、远轴)及成像公式, 掌握球面反射镜成像公式,共釉球面系统公式(包括过渡公式、成像放大率公式第三章平面和平面系统了解平面光学元件的种类和作用,掌握平面镜的成像特点、性质和旋转特性,理解光学杠杆 原理和应用;掌握平行平板的成像特性,近轴区内的轴向位移公式;了解反射棱镜的种类、基本 用途、等效作用与展开,掌握反射棱镜成像方向判别的方法;了解折射棱镜的作用,掌握其最小 偏向角公式及应用,光楔的偏向角
6、公式及其应用。第四章理想光学系统理解共轴理想光学系统的成像性质,掌握无限远的轴上(外)物点的共较像点及光线、无限 远的轴上(外)像点的对应物点及光线的性质,物(像)方焦距的计算公式,物方主平面与像方 主平面的性质,了解光学系统的节点及性质。熟练掌握图解法求像的及解析法求像方法(牛顿公 式、高斯公式);理解由多个光组组成的理想光学系统的成像公式,掌握理想光学系统的放大率 概念及公式,理想光学系统两焦距之间的关系,理解理想光学系统的组合公式和正切计算法。第五章光学系统中的光束限制理解并掌握孔径光阑(入瞳、出瞳)、视场光阑(入窗、出窗)、孔径角及视场角的定义及它 们的关系,理解渐晕、渐晕光阑、渐晕系
7、数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系;掌握远心光路 原理及应用,理解景深的概念,了解景深公式和影响因素。第六章像差理论基础理解像差的定义、种类,了解像差的影响因素、消像差的基本原则、性质和消像差方法,了 解波像差的定义及其与几何像差的关系。第七章眼睛及其光学特性了解眼睛的构造、人眼的调节与适应,掌握正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征,校正非 正常眼的方法,眼睛调节能力的计算,了解眼睛的分辨本领及立体视觉。第八章放大镜及显微镜系统理解、掌握视觉放大率的概念、表达式及其意义,放大镜的视觉放大率。掌握显微镜系统的 概念和计算公式,包括:1)组成、成像关系2)视觉放大率公式3)线视场公式4)数值孔径 和
8、出瞳D5)物镜的分辨率6)显微镜的有效放大率7)视度调节:理解系统的光束限制、物镜 的景深;了解临界照明和柯勒照明。了解常见显微物镜及目镜结构。第九章望远系统理解、掌握望远系统的概念和计算公式,包括:1)组成、成像关系2)视觉放大率公式3) 分辨率勺视觉放大率的关系;理解望远系统的光束限制、有效分辨率和T.作分辨率;了解常见望 远物镜及目镜结构。第十章摄影光学系统了解摄影系统、投影系统的概念、成像特性和典型物镜的种类。五、课程学时安排章节号教学内容学时 数学生任务对应课程目 标第1章几何光学的基本定律和成 像概念2完成作业习题1第2章球面和球面系统4完成作业习题1第3章平面和平面系统4完成作业
9、习题1第4章理想光学系统6完成作业习题1第5章光学系统中的光束限制4完成作业习题1、2第6章像差理论基础2完成作业习题1、2第7章眼睛及其光学特性2完成作业习题1、2第8章放大镜及显微镜系统4完成作业习题1、3第9章望远系统2完成作业习题1、3第10章摄影光学系统2课后自学摄影系统、投影系统的 典型物镜的种类1、3六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验 性质实验 类别1透镜焦距测量和软件设计A、单透镜法B、双透镜法1.51、能够通过实物器材 准确测量单透镜和组 合透镜的焦距;2、能够通过光学软件 准确显示和测量出组 合透镜的基点,并基于 透镜成像观察不同儿 何像差的特点
10、1、根据物像关系求单 个薄透镜的焦距,求它 们与实际标记值的偏 差。2、根据物像关系求组 合光组焦距3、利用任务1中测量 结果理论计算组合透验证必做序 号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验 类别镜的焦距,然后验证理 论和任务2中组合焦距 的一致性,求它们之间 的偏差2折射率测量和软 件设计A、平行平板法; B、折射定律法;C、全反射法2.51、能够通过实物器材 准确测量特定介质的 折射率;2、能够通过光学软件 准确显示出特定介质 的光线走向1、根据平行平板近轴 成像轴向位移求平行 平板的折射率2、根据平行平板侧向 位移光线的性质,由折 射定律求折射率3、根据全反射定律求 折射率4、验
11、证任务1、2、3 中折射率的一致性验证必做33显微镜视觉放 大率测量或软件设计21、能够通过实物器材 搭建显微系统,准确测 量其视觉放大率,并分 析和判断系统中的光 阑及其影响;2、能够通过光学软件 组合出显微系统,准确 测量出其视觉放大率, 并分析和判断系统中 的光阑及其影响1、根据显微镜原理自 行搭建简易显微镜;2、实验测审:简易显微 镜的物像共面视觉放 大率,并分析和判断系 统中的光阑及其影响综合必选44望远镜视觉放 大率测量或软件设计21、能够通过实物器材 搭建望远系统,准确测 量其视觉放大率,并分 析和判断系统中的光 阑及其影响、;2、能够通过光学软件 组合出望远系统,准确 测量出其
12、视觉放大率, 并分析和判断系统中 的光阑及其影响1、根据望远镜原理自 行搭建简易望远镜;2、实验测量简易望远 镜的物像共面视觉放 大率,并分析和判断系 统中的光阑及其影响综合必做注:1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等;2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式及成绩评定(一)考核方式与评价考核内容考核方式评定标准(依据)占总成绩比例过程考核包括平时成绩和实验 成绩,其中平时成绩 包含到课率、课堂讨 论发言、平时作业等; 实验成绩包含实验操 作和实验报告平时作业考核对每堂课知识点的复 习、理解和掌握程度;实验以4-6个 人为一组的小组团结协作的形式进 行,考杳学生在理论指导下,组建实
13、验系统实现测量目的的能力,以及学 生记录整理和分析数据的能力。平时成绩20%, 实验成绩20%期末考核闭卷要考核学生对应用光学的基本概念、 基本分析计算方法的掌握程度,题型 可为1、简答题,2、作图题,3、计 算题等。60%考核类别考试成绩登记方式百分制(二)课程目标考核环节和达成标准课程目标教学环节考核环节合格标准课程目标1讲授平时成绩(考勤、作业)A0.6实验B期末考试C(概念题)RA目标达成度=0.6 x +0.2 xF 0.2 xGB。Ao课程目标2讲授平时成绩(考勤、作业)A0.6实验B期末考试D(简答题)目标达成度=0.6 x +0.2 X + 0.2X DqB(Ao课程目标3讲授平时成绩(考勤、作业)A0.6实验B期末考试E(计算题)RA目标达成度=0.6 x 一 +0.2 X + 0.2x 一E。BoAo八、推荐教材与主要参考书(一)推荐教材:1 .工程光学,郁道银、谈恒英,机械工业出版社,2011.11,第3版;2 .工程光学基础,徐家骅,机械工业出版社,1994.05,第3班(二)主要参考书:1 .物理光学,梁柱廷,电子工业出版社,2012.12,第4版2 .光学,母国光,高等教育出版社,2009.07,第2版
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