教育学嘉应学院PPT学习教案

1、会计学1 教育学嘉应学院教育学嘉应学院 第1页/共33页 一、几何光学的点、线、面 二、几何光学的基本定律 三、费马原理 第2页/共33页 一、几何光学的点、线、面 点光源：没有大小的几何发光点。理想模型 光源尺寸远大于光束传播距离时，光源抽象为点光源 发光物体表面-发光面：有很多小面元组成，每一个小面元可抽象为一个点光源 发光面 光学系统 确定每个点光源经过光学系统所称的像点 可确定发光面的成像像通常也为一个面-像面 像面也可以认为由许多点构成 第3页/共33页 光线：表示光传播方向的辅助线 代表光波传播方向 一、几何光学的点、线、面 水平方向传播的一束光 抽象为一束光 点光源向四面八方发射

2、光束 每一光束抽象为一条光线 光线是几何光学里的辅助线 不存在像线一样细的光线 波面：位相相同的点组成的面 光线总是垂直于波面 沿波面的法线方向 点光源发射球面波平面波 第4页/共33页 同心光束：点光源发射球面波各条光线都汇聚于一点，光束只有一个中心-同心光束 球面波-同心光束 点光源发射球面波各条光线都汇聚于一点，光束只有一个中心-同心光束 一、几何光学的点、线、面 非同心光束 发散同心光束 汇聚同心光束 点光源发射发散同心光束 第5页/共33页 一、几何光学的点、线、面 光学系统 光学系统 同心光 束 非同心 光束 点物发射同心光束，经过光学系统变换后出射，仍为同心光束 完善成像 同心光

3、 束 点物发射同心光束，经过光学系统变换后出射，为非同心光束 非完善成像 完善成像 希望获得哪种成像？ 第6页/共33页 1 光的直线传播定律 各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。 光的直线传播图例 第7页/共33页 第8页/共33页 C A B A 反射定律 入射光线、入射点界面的法线、反射光线三者共面，入射光线与反射光线分居于法线的两侧，且入射角与反射角绝对值相等。 II 一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n的介质，在分界面上，一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。 角度正负规定：由光线转向法线，顺时针为正，逆时针为负 第9页

4、/共33页 C A B A 3光折射定律 入射光线、入射点界面的法线、折射光线三者共面，入射角I与折射角I之间满足下列关系式 sinsinInIn 反射定律看作折射定律中特例。 II 角度正负规定：由光线转向法线，顺时针为正，逆时针为负 nn 第10页/共33页 光路可逆性：沿出射方向入射一束光线，此时光线沿原路返回 利用光路的可逆性可以由物求像，也可以由像求物。 A A TEXTTEXTTEXT 第11页/共33页 全反射现象: n n I I 光从折射率为n的光密介质射入，折射率为 的光疏介质 n nn n介质称为光密介质 称为光束介质 n 假设 II 根据折射定律 m III增增大大为为

5、当当也也增增大大增增大大I 临界角临界角象象射，该现象为全发射现射，该现象为全发射现 失，入射光线全部反失，入射光线全部反继续增大，折射光线消继续增大，折射光线消，当，当增大为增大为 m I II 0 90 全反射现象条件：光从光密介质射入的光疏介质 n n ar sinIm sinsinInIn 第12页/共33页 TEXTTEXTTEXT 返 回 第13页/共33页 I （1）全反射棱镜 第14页/共33页 （2）光纤的全反射传光 i max 2 n 1 n 1 0 n 21 nn c c o 90 )( )()()( max C C o Cosn SinnSinnSin 1 11 90

6、1 2 n n Sin c )( 2 1 2 1 1)()( max n n nSin 2 2 2 1 nn arcsin( max 内光线能在光纤传播内光线能在光纤传播只有在只有在最大入射角最大入射角 maxmax , 第15页/共33页 第16页/共33页 （2）光纤的全反射传光 全反射光纤 返 回 第17页/共33页 极值 B A dsn 光在均匀介质中沿直线传播，在非均匀介质中怎样传播？ 一、费马原理 1. 光在空间两定点间传播，沿光程为的极值路径转播。 n B A ds B A dsn0:或 极值：极大值、极小值或常量，通常为极小值 第18页/共33页 (2) 光程为极大值 (1)

7、等光程的例子 回转椭球凹面镜,自其一个焦点发出,经镜面反射后到达另一焦点的光线等光程. AB A B M M D D 反射镜MM与回转椭球切与D点,由A点发出过D点符合反射定律的光线,必过椭球另一焦点B,光线的光程比任何路径的光程都大. 第19页/共33页 透镜成像时： 物点到像点的光程取恒定值。 P P 第20页/共33页 2 用Fermat原理推导几何光学三定律 A. 直线传播定律 ;B. 反射定律; C. 折射定律. 易证直线传播定律和反射定律 如何用Fermat原理推证折射定律 ? （1）证明入射光线与折射光线共面； （2）证明Snell定律。 即 （习题1 ） 第21页/共33页 P

8、 P: 和 构成的平面 AO BO n2 S n1 S ： n1与n2的分界面； （1）证明入射光线与折射光线共面 A B P P O O O、O: A、B在分界面 S上的垂点； 入射光线 与折射光线共面 APB比APB的光程短 由两个直角三角形 和 的斜边与直角 边的长短比较 APP BPP 第22页/共33页 n1 n2 x a i1 i2 A B OO P h2 h1 光程: PBAP 21 nn 2 2 2 2 2 1 2 1 hxan hxn Fermat原理要求光程 D取极值: 0 dx d (2) 证明Snell定律。 第23页/共33页 n1 n2 x a i1 i2 A B

9、OO P h2 h1 2211 ininsinsin 0 2 2 2 2 2 1 2 1 dx hxanhxnd 0 2 2 2 2 2 1 2 1 hxa xan hx xn 第24页/共33页 结束 返 回 一、物方光线和像方光线 二、物和像 三、物空间和像空间 四、物像的相对性 第25页/共33页 物方光线:光线未通过系统前称为物方光线。 物方光线连接着物体。 光线通过系统后称为像方光线 像方光线连接着物体的像。 物：物方光线的相交点 像：像方光线的相交点； 第26页/共33页 实物：物方光线实际相交的点为实物点； 实像：像方光线实际相交的点为实像点； 虚物：物方光线延长后相交点为虚物点

10、； 虚像：像方光线延长后相交的点为虚像点 (a）实物成实像 (b) 实物成虚像 (c) 虚物成实像 (d) 虚物成虚像 第27页/共33页 物方光线延长线交点 像方光线反向延长线交点 B A 返 回 第28页/共33页 物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率。 像空间：即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率。 第29页/共33页 光线未通过系统（界面）前称为物方光 线，物方光线连接着物体（实物或虚物 ），物体所在空间为物方空间，物

11、方空 间使用系统前方介质折射率 光线通过系统（界面）后称为像方光线 ，像方光线连接着物体的像（实像或虚 像），像所在空间为像方空间，像方空 间使用系统后方介质折射率 返 回 第30页/共33页 物和像都是相对于某一成像系统而言 物体连续经过几个成像系统，则前一个系统所成的像即成为下一系统的物 如此不断成像得到最终的像 实物、虚物、实像、虚像视情况而定，但作为第一个（原始、出发的）物一定是“实体”。 第31页/共33页 解：临界角表达式为： 1-2. 光线由水射向空气，求在界面处发生全反射时的临界角。当光线由玻璃内部射向空气时，临界角又为多少？n水=1.33， n玻璃=1.52 n n Ic arcsin 可得：光线由水射向空气临界角 o c I75.48 光线由玻璃射向空气临界角 o c I14.41 1-4