几何光学的基础知识分析

2 薄透镜的横向放大率
V no p' ni p
F´
当ni＝no 1
V p'
h0
p
1
1
2 hi
pI´
2
1 2 F
p
f´1
F´
2
hi 3
3
2
p´
1
21
* 14-14 几何光学
五 显微镜、望远镜和照相机
1 显微镜 （a）显微镜成像光路
h0
Fo
h0´
Fo´
Fe
（´
hi
Fe´
（´
22
* 14-14 几何光学
* 14-14 几何光学
一 几何光学基本定律
法线
1 反射和折射定律
反射定律 i1 i1'
入射光
i1
i1'
反射光 L
折射定律
sin i1 sin i2
n2 n1
n12
分界面
n12 相对折射率
折射光
i2
n1（n2）绝对折射率 （相对于真空）
1
* 14-14 几何光学
折射定律 n1 sin i1 n2 sin i2
r1 0, r2 0 r1 r2
r2 r1 0
r1 0, r2 0
r2 0 r1
r1 0, r2 0 r1 r2
18
凹透镜成像图
1
2
F´
hi
pI´
* 14-14 几何光学
1 2
19
凸透镜成像图
1 2
h0
3F
p
* 14-14 几何光学
1
f
F´
´2
hi
3
3
2
p´
1
20
* 14-14 几何光学
h0´
Fo´
Fe （´ hi
Fe´
（´
24
* 14-14 几何光学
2 望远镜 （a）望远镜的成像光路
´
d0
Fo´Fe
25
* 14-14 几何光学
（b）望远镜的放大率
hi
f
' o
Q hi
0,
f
' o
0
M '
hi / fe'
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hi
/
f
' o
f
' o
f
' e
' hi
f
' e
´
d0
Fo´Fe
26
3 照相机
3
全反射的应用：
* 14-14 几何光学
内窥镜
双筒望远镜
4
* 14-14 几何光学
二 光在平面上的反射、折射成像
1 平面的反射成像
（
（
（
（
5
* 14-14 几何光学
2 平面的折射成像 nsin i sin i' y x cot i y' x cot i'
x i′
O
y′ y
iM
Q′
Q
y'
y
2 球面上的折射成像
（1）成像公式
M
ni
n´
n' p'
n p
n'
r
n
Q
O d0
像方焦距
f
'
n,r n' n
i´
rC di
Q
´
物方焦距
f
- nr
n' n
f' p'
f p
1
11
* 14-14 几何光学
（2） 横向放大率
定义 V hi h0
h0
np' Q V
n' p
V>0,像正立
n
n´
C
Q
´ hi
几种常用介质的折射率
介质 空气 水 普通玻璃 冕牌玻璃 火石玻璃 重火石玻璃
折射率 1.000 29 1.333 1.468 1.516 1.603 1.755
2
* 14-14 几何光学
2 全反射 全反射条件 光密介质（n1） 光≽疏介质（n2） 入射角 i1 ≽ ic
临界角 ic arcsin(n2 / n1 )
p
p´
V 1,放大
V<0,像倒立
V 1,缩小
12
（3）近轴光线的作图法
* 14-14 几何光学
F' F
13
* 14-14 几何光学
四 薄透镜
n0 i M ni
1 薄透镜成像公式
f' p'
f p
1 Q
i´
O
p
nL
p2´
Q2
Q1
其中
d
p1´
像方焦距
f'
ni
nL n0 ni nL
r1
r2
（b）显微镜的放大率
定义
' h0
M
Fo
Fe
´
Fo´
（
´Fe´
（
其中 ho
So
h0´
hi
' hi
f
' e
物镜的横向放大率
hi ho
f
' o
为光学筒长，即物镜与目镜的间距
23
* 14-14 几何光学
显微镜的视角放大率
M
'
hi / fe'
So
So
ho / So
fo' fe'
fo fe
h0
Fo
2
2
1
hi
h0
c
1
F
d0
di
f
p 0, f 0, p' 0
8
注意
* 14-14 几何光学
p ， p' ，f 的正负
d0
h0
1
c
F2
hi
1
f
2
di
p 0, f 0, p' 0
9
* 14-14 几何光学
（2）凸面镜的反射成像
1
1
2
1 2
F h0
2
hi
3
d0
di
f
f
10
* 14-14 几何光学
各种形状的透镜 凸透镜 （会聚）
凹凸透镜 平凸透镜 双凸透镜 平凸透镜 凹凸透镜
r1 0, r2 0 r1 r2
r1 r2 0
r1 0, r2 0
r1 0 r2
r1 0, r2 0 r1 r2
17
* 14-14 几何光学
凹透镜 （发散）
凹凸透镜 平凹透镜 双凹透镜 平凹透镜 凹凸透镜
14
* 14-14 几何光学
物方焦距
Q
f'
no
nL no ni nL
r1
r2
n0 i M ni
i´
O
Q2
p
Q1
nL
p2´
d
p1´
15
* 14-14 几何光学
当ni＝no1
f'f
1
磨镜者公式
(nL
1)
1 r1
1 r2
f' p'
f p
1
1 1 1 p p f
16
* 14-14 几何光学
* 14-14 几何光学
d0
di
27
sini cos i' sini' cos i
1 n2 sin2 i ncos i
6
* 14-14 几何光学
三 光在球面上的反射、折射成像
1 球面镜的反射成像 （1）凹面镜的反射成像
曲率半径 f＝r/2 焦距
1
2
c
3
F
4 5
f
7
* 14-14 几何光学
成像公式
1 p
1 p'
1 f
p为物距，p'为相距