几何光学物理竞赛课件(共34张PPT)

几何光学物理竞赛课件第一页，共34页。1直线传播：光在均匀媒质中沿直线传播

2反射定律：反射线在入射面内，且与入射线分居法线两侧，3折射定律：折射线在入射面内，且与入射线分居法线两侧，（1）光在不同媒质中的传播速度不同，称为媒质对真空的折射率。（2）不同波长的光在同一媒质中传播的速度不相等，因而与波长有关，一束白光入射某一媒质后，不同波长光的折射角不同，就出现色散现象。一、几何规律第二页，共34页。〔3〕全反射：当光由光密媒质射向光疏媒质时，可能出现全反射。〔4〕棱镜的偏向角：入射光经三棱镜折射后改变了方向，出射光线与入射光线之间的夹角称为偏向角。第三页，共34页。当很小时当棱镜中折射光线与棱镜底面平行时

第四页，共34页。4光线的独立传播定律和光线可逆原理5等光程性费马原理：光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值，即光沿光程为最小值、最大值或恒定值的路程传播。在一般情况下，实际光程大多是取极小值。第五页，共34页。例1光导纤维是由玻璃或塑料制成的细丝，直径只有几十微米，由折射率n1较大的内芯和n2较小的外套两层组成，光线在内芯传播。对于入射角大于临界角的那些光线，在两层界面上经历屡次全反射后从另一端面射出。问：为保证光能在光纤中传播，在光纤端面上的入射角应满足什么条件？第六页，共34页。例2如下图，将一截面是矩形的玻璃棒〔棒的宽为d，折射率为1.5〕弯成马蹄形，弯曲局部是一个半圆〔内半径为R〕，一束光线从一个端面正方向射入，假设要光线从另一端全部射出，那么R/d的值至少是多少？第七页，共34页。例3半圆柱形玻璃的折射率，放置在空气中。在垂直于半圆柱体的平面内，光线以45度角入射在半圆柱体的平表面上。试问光线从半圆柱体的什么范围内透出（以角度表示）。第八页，共34页。例4内径为r、外径为R〔r<R〕的玻璃管装满了发光液体，液体在伦琴射线的照射下发绿光，玻璃对绿光的折射率为n1，而液体的折射率为n2。假设从旁边看玻璃管，管壁玻璃厚度仿佛是零，这时r/R应满足什么样的条件？第九页，共34页。二、理想成像问题1光在平面上反射和折射〔1〕平面反射虚物成实像实物成虚像

第十页，共34页。对某个光学系统入射光束是发散的同心光束，相应的发散中心为实物；入射的是会聚的同心光束，相应的会聚中心为虚物。实际光线的交点为实像；光线反向延长线的交点为虚像。第十一页，共34页。〔2〕平面折射成像规律实物，虚物，实像，虚像入射光线所在的空间称物空间，出射光线所在的空间称像空间。第十二页，共34页。2光在球面上反射和折射〔1〕球面反射成像规律（凹面镜，凸面镜）横向放大率表示像正立，表示像倒立

第十三页，共34页。〔2〕球面折射

成像规律为物空间的折射率，为像空间的折射率，曲率中心在物空间曲率中心在像空间横向放大率第十四页，共34页。3薄透镜成像跟透镜主轴平行的光线经折射后会聚在主轴上的一点，这点叫做像方焦点〔第二焦点〕。如果物体放在主轴上的一点，经透镜成的像在无限远，这点叫做物方焦点〔第一焦点〕。第十五页，共34页。〔1〕如果透镜两边媒质不同，物方焦距不等于像方焦距。物方焦距

像方焦距成像规律

（凸透镜，凹透镜）

第十六页，共34页。〔2〕如果透镜两边媒质相同，物方焦距等于像方焦距。成像规律横向放大率凸透镜成像规律与凹面镜成像规律相同

凹透镜成像规律与凸面镜成像规律相同第十七页，共34页。5简单光学仪器〔1〕眼睛正常眼：远点在无限远，近点约10厘米。近视眼：远点近移，远处物体只能成像于视网膜前。矫正：把无限远处的物成像于近视者远点。第十八页，共34页。远视眼：近点远移，明视距离处的物体只能成像于视网膜后。矫正：把25厘米处的物成像于远视者近点。第十九页，共34页。〔2〕放大镜当眼睛位于放大镜的焦点附近时，虚像对眼睛的视角表示为如果将物体直接放在明视距离d处凸透镜的放大本领为第二十页，共34页。〔3〕显微镜第一个透镜：实物成放大实像第二个透镜：实物成放大虚像第二十一页，共34页。〔4〕望远镜开普勒望远镜成倒立像望远镜放大率第二十二页，共34页。伽利略望远镜成正立像望远镜放大率第二十三页，共34页。例1两平面镜A和B的镜面分别与图中纸面垂直，两镜面的交线过图中的O点，两镜面间夹角为=15o，今自A镜面上的C点处沿与A镜面夹角=30o的方向在纸面内射出一条光线，此光线在两镜面间经多少次反射后不再与镜面相遇。设两镜面均足够大，CO=1m。试求：〔1〕上述光线的屡次反射中，最后一次反射是发生在哪块镜上？〔2〕光线自C点出发至发生最后一次反射，共经历多长的时间？第二十四页，共34页。第二十一页，共34页。入射光线所在的空间称物空间，出射光线所在的空间称像空间。近视眼：远点近移，远处物体只能成像于视网膜前。入射的是会聚的同心光束，相应的会聚中心为虚物。近视眼：远点近移，远处物体只能成像于视网膜前。例1光导纤维是由玻璃或塑料制成的细丝，直径只有几十微米，由折射率n1较大的内芯和n2较小的外套两层组成，光线在内芯传播。目镜和物镜的焦距均为2cm，凹面镜的曲率半径为8cm。例6想用两个薄凸透镜，最后在物体所在处形成一个与物体大小相等的倒立的虚像，靠近物体的那个透镜的焦距为f1，物体与此透镜的距离为u1，试求第二个透镜的焦距f2及它与第一个透镜间的距离L。第二十二页，共34页。如果将物体直接放在明视距离d处实际光线的交点为实像；在垂直于半圆柱体的平面内，光线以45度角入射在半圆柱体的平表面上。第一个透镜：实物成放大实像（1）光在不同媒质中的传播速度不同，〔4〕棱镜的偏向角：入射光经三棱镜折射后改变了方向，出射光线与入射光线之间的夹角称为偏向角。例9〔1〕今有一半径为3cm的半球形玻璃透镜，折射率为1.例2在充满水〔折射率为4/3〕的容器底放一平面镜，人在水面上看自己的像，设人眼高出水面h1=5cm，镜在水面下深h2=-8cm。问人眼与像之距离为多少？第二十五页，共34页。例3在制作氦氖激光管的过程中，往往采用内调焦平行光管粘贴凹面反射镜，其光学系统如下图。目镜和物镜的焦距均为2cm，凹面镜的曲率半径为8cm。〔1〕调节L2使L1与L2之间距离为5cm，L2与L3之间距离为10cm，试求位于L2前1cm的叉丝P经光学系统所成的像的位置。〔2〕当L1与L2之间的距离仍为5cm时，假设人眼通过目镜能观察到一个清晰的叉丝像，L3与L2之间的距离应为多少？第二十六页，共34页。例4薄玻璃平板M1与曲率半径为20cm凸面镜M2相距b=16cm，物点P放在玻璃平板前a远处，要使P在M1中的像与在M2中的像重合，a应取多大？第二十七页，共34页。例5图中L为焦距的凸透镜，有一单色平行光束，其方向与透镜的主轴平行。现于透镜前方放一正三棱镜，如图所示，缓缓转动三棱镜，当入射光的入射角和出射光的出射角相等时，在透镜的焦平面上距焦点y=30cm处形成一像点，据此求三棱镜材料对此单色光的折射率之值。第二十八页，共34页。例6想用两个薄凸透镜，最后在物体所在处形成一个与物体大小相等的倒立的虚像，靠近物体的那个透镜的焦距为f1，物体与此透镜的距离为u1，试求第二个透镜的焦距f2及它与第一个透镜间的距离L。第二十九页，共34页。例7如下图，两个小平面镜OM1、OM2相交成直角，两镜的反射面相向，在镜面交角平分线内放一小光源S，垂直于此平分面放一凸透镜L，使透镜主光轴通过S并与两镜的交线垂直，其垂足为O1。SO=0.9m，O1O=0.3m，透镜焦距f=0.15m，问S在透镜主光轴上生成几个像？试分别指出其虚、实，并求出它们的位置。第三十页，共34页。例8如下图，L1和L2分别为凸透镜和凹透镜，L1前面放一小物，移动屏幕到L2后20cm的S1处屏上有清晰像。现将凹透镜L2撤去，将屏移前5cm至S2处，屏上重新有清晰的像。求凹透镜L2的焦距。第三十一页，共34页。例9〔1〕今有一半径为3cm的半球形玻璃透镜，折射率为1.5，把光点放在凸面前4cm处的主轴上，求近轴光线通过透镜后成像在何处？是实像还是虚像？〔2〕将一薄平凸透镜的平面局部镀银，那么此透镜等效于焦距为28cm的凹镜，如将此透镜的曲面局部镀银，那么此透镜等效于焦距为10cm的凹镜