几何光学习题课-学生版PPT课件
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大学物理第20章几何光学.ppt
心处.对于厚透镜，如果两侧的折射率相同，物方焦
距等于像方焦距.
21
三、成像公式
图中△PA1B1～△F1A2B2，△RB2A2～△F2H2A2
所以
f1 u
h/ h + h/
f2
h h + h/
两式相加得
f1 + f2 1
u
若系统两侧的折射率相同，此时有f1＝f2＝ f 22
1+1 1
u f
注意式中u、、f 都是从相应的主平面算起的
一、光的直线传播定律
光在均匀介质中沿直线传播.
二、光的独立传播定律
不同的光线以不同的方向通过空间某一点时彼
此不发生影响.
三、折射定律和反射定律
1.折射定律
相对折射率 绝对折射率
sin i1 sin i2
n21
n2 n1
n cP
o
Q
i2 n2
N/ C
为光在介质中的速度
3
2.反射定律
A
N
B
7
n1
n2
n1
n2
F1
A
A
F2
物方焦点
像方焦点
物方焦距f1. u＝f1， ＝∞
f1
n1 n2 n1
r
像方焦距f2. u＝∞，＝f2
f2
n2 n2 n1
r
1.焦距f1和f2可能是正数，也可能是负数 2. 一般地，n1≠n2，对于同一折射面， f1 ≠f2
f1 n1
f2 n2
8
3. 曲率半径 r↑→f1 ↑(f2↑)，折射本领就越差 媒质的折射率与该侧焦距的比值来表示折射本 领，称为折射面的焦度，用Φ表示，
18
几何光学习题课 学生版PPT课件
9
5. 如图所示，一光线射入折射率为n的一球形水滴，求(1)此光线在水滴内
球面另一侧的入射角a；此光线被全反射还是部分反射？(2)偏向角(出射 光线与入射光线之间的夹角)的d 表达式;(3)求偏向角d最小时的入射角i1.
i1 i2 a i2
d
10
6.一虚物PQ位于凹透镜右侧二倍焦距处，用作图法求它经透镜成的像。
入瞳、孔径光阑、出瞳相互共轭
将系统中各光阑逐个地对其前面光学系统成像，将所有这些像对入瞳中心
张角，其中最小张角者所对应的光阑即系统的视场光阑F.S.。
入窗—视场光阑经前面 出窗—视场光阑经后面
光学系统的像。---限制物 光学系统的像。---限制
方视场(PQ1)的大小
像方视场(P’Q1’)的大小
视场光阑、入窗、 出窗相互共轭
F
O
Q
F
P
11
7.一玻璃空盒的两端是共轴球面，一端是半径r1= —1.65cm的凹面，另一 端是半径为r2= 1.65cm的凹面，两顶点间距1.85cm。将盒在空气中密封 后放入水中。一高为1cm的物体距前凹球面的顶点10cm，与光轴垂直。
求物体经玻璃盒所成的像。（玻璃厚度忽略不计）
Q
P
C1
O1 O2
入窗 出窗
A.S. D
'0
O2
D
出瞳 E x .P .
将系统中各光阑 分别经其前面的光 学元件成像于系统 的物空间,其中对 轴上物点张角最小 的那个像所对应的
光阑即为孔径光 阑A.S.。
入瞳—孔径光阑通过其前面光学系统所成的像-----决定进入系统光束的大小 出瞳—孔径光阑通过其后面光学系统所成的像-----决定从系统出射光束的大小
5. 如图所示，一光线射入折射率为n的一球形水滴，求(1)此光线在水滴内
球面另一侧的入射角a；此光线被全反射还是部分反射？(2)偏向角(出射 光线与入射光线之间的夹角)的d 表达式;(3)求偏向角d最小时的入射角i1.
i1 i2 a i2
d
10
6.一虚物PQ位于凹透镜右侧二倍焦距处，用作图法求它经透镜成的像。
入瞳、孔径光阑、出瞳相互共轭
将系统中各光阑逐个地对其前面光学系统成像，将所有这些像对入瞳中心
张角，其中最小张角者所对应的光阑即系统的视场光阑F.S.。
入窗—视场光阑经前面 出窗—视场光阑经后面
光学系统的像。---限制物 光学系统的像。---限制
方视场(PQ1)的大小
像方视场(P’Q1’)的大小
视场光阑、入窗、 出窗相互共轭
F
O
Q
F
P
11
7.一玻璃空盒的两端是共轴球面，一端是半径r1= —1.65cm的凹面，另一 端是半径为r2= 1.65cm的凹面，两顶点间距1.85cm。将盒在空气中密封 后放入水中。一高为1cm的物体距前凹球面的顶点10cm，与光轴垂直。
求物体经玻璃盒所成的像。（玻璃厚度忽略不计）
Q
P
C1
O1 O2
入窗 出窗
A.S. D
'0
O2
D
出瞳 E x .P .
将系统中各光阑 分别经其前面的光 学元件成像于系统 的物空间,其中对 轴上物点张角最小 的那个像所对应的
光阑即为孔径光 阑A.S.。
入瞳—孔径光阑通过其前面光学系统所成的像-----决定进入系统光束的大小 出瞳—孔径光阑通过其后面光学系统所成的像-----决定从系统出射光束的大小
《几何光学》PPT课件
0
sin 1
r
sin 1
sin(
cos1
z)
r0
sin( Az )
29
表明光线在光纤中是弯曲的，正弦振荡 其Z向空间周期为：
L cos1 2
若考虑近轴光线（与光纤轴夹角很小）cos1 1, 在轴上一点所发出的近轴光线都聚焦在z 2 点。
有自聚焦效应，可用来成像等
30
其数值孔径也定义为光纤端面处介质折射率与最大 接光角正弦的乘积。
Outline of Geometric optics
几何光学的三个基本定律 费马原理 近轴成像理论
1
几何光学
以光线概念为基础研究光的传播和成像规律，光线 传播的路径和方向代表光能传播的路径和方向。
作为实验规律，三定律是近似的，几何光学研究 的是光在障碍物尺度比光波大得多情况下的传播 规律。这种情况下，相对而言可认为波长趋近于 零，几何光学是波动光学在一定条件下的近似。
n(0) cos1 n(r) cos n(rmax )
1
n2 (r)
cos2 n2 (0) cos2 1
28
路径光线在某点的斜率
dr dz
tg
1
(cos2
1
1) 2
dz
n(0) cos1
dr
[n2 (r) n2 (0) cos2 1]1 2
z r dr cos1 arcsin( r )
光在介质中走过的光程，等于以相同的时间在真空中走过的
距离。光在不同介质中传播所需时间等于各自光程除以光速
C
s s L t l
V cn c
c
32
n1 S1 n2
S2
Av
v2
几何光学PPT(1)
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
中央部分比边缘部分薄的透镜 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
r1 0, r2 0 r1 r2
r2 r1 0
r1 0, r2 0
r2 0 r1
r1 0, r2 0 r1 r2
2020年4月10日星期五
f
' o
为光学筒长，即物镜与目镜的间距
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 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
h0´
Fo´
Fe （´ hi
Fe´
（´
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14
F´
当ni＝no 1
p
V
h0
p
1
1
2 hi
pI´
2
1 2 F
p
f´1
F´
2
hi 3
3
2
p´
1
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
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理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
2020年4月10日星期五
理学院 物理系
大学物理
§11-14 几何光学
大学物理
§11-14 几何光学
光轴：若光学系统由球面组成，各球心的连线在
课件：第一章 几何光学的基本概念(习题课)
s 1 s
f
n n n
,
f
n n n
r
r
f
n
n0 n n n0
r1
r2
,
f
n
n0 n n n0
r1
r2
f n
fn
n n r
n n f f
n0 n n n0
r1
r2
y n s f s ,
y n s f s
（1） 频率：
c
0
3 108 589.3 109
5.09 1014
(Hz)
（2） 介质中波长： n
0
n
589.3 1.5
392.9(nm)
例3 如体温计的横截面如图所示，玻璃的折射率为1.5，水银柱顶 端Q位于球面顶点O左侧2.5mm处的光轴上，求将水银柱顶端放大 6倍的折射球面的曲率半径。
第一章 几何光学的基本概念
习题课
单球面反射、单球面折射和薄透镜折射公式对照表
单球面反射
单球面折射
薄透镜折射
物像距
1 12 s s r
1 1 1 s s f
xx f 2
n n n n s s r
n n n0 n n n0
s s r1
r2
f f
1
s s
xx ff
焦距 光焦度 放大率
Q Q O
例4 如图所示为一个玻璃（折射率n=1.5）酒杯，空杯时看不到杯 底的任何物体，倒入酒后（折射率 n 1.3 ）在杯口看到杯底有一 条小金鱼，讨论该酒杯的结构与成像情况。
看得见
y
s 0
n 1.3
n 1
n 1.5
FC
O
s0
几何光学习题课
射率 和
nL
=
1.52,
.曲率半r径1分0别.4为59m
r2 0.236m
求 它在水中的焦距. （水的折射率 n1.33）
r1
r2
解 透镜焦距
f f
(nL
1 1)(1 1)
n
r1 r2
ff(1.5 21) (1 1
1
m 3.4m 0 )
1.33 0.450 9 .236
例 如图所示用放大镜观察一个微小的物体，
透镜的焦距 f = 0.0849 m , 物体置于离透镜
0.0760 m 处,
求透镜的横向放大率.
F
P’ F
p
f
解 薄透镜成像公式
1 1 1 p p f
横向放大率
V p 9.54
1 11 1.38m1 p p f
p
p0.72m 5
一 反射和折射定律
➢ 反射定律 i1 i1
➢ 折射定律
s ini1 s ini2
n2 n1
n1 2
入射面 入射光
分界面
法线
反射光
i1 i1
n1 n2
➢ 全反射条件: n1 n2
i 2 折射光
临界角: 当Biblioteka i2π 2时
i1
ic
arcs inn2() n1
二 光在平面上的反射和折射成像
三 光在球面上的反射和折射成像
➢
球面折射成像公式 （近轴光线）
n n nn p p r
➢ 横向放大率 Vhi ho
V n p V 0 像正立 V
n p
0 像倒立
f f 1 p p
1 放大 1 缩小
➢ 球面特殊 光线作图法
66几何光学习题讲解1PPT课件
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
17
7
例3：一个直径为200mm的玻璃球，折射率为1.53。 球内有两个小气泡，看上去恰好在球心，另一个从 最近的方向看去，好像在球表面和中心的中间，求 两气泡的实际位置。
8
解：如上图可知，气泡A的像A’在球心，则根据折射 率定律，A也在球心。对于气泡B有
解之得：
气泡离球心实际位置：
9
例4：有一玻璃半球，折射率为1.5，半径为50mm， 其中平面镀银。一个高为10mm的小物放在球面顶点 前方100mm,求经过这个系统最后所成像的位置、大 小、虚实和正倒。
2
例2：一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射 率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
3
解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决
4
（1）考虑光束射入玻璃球的状态，用高斯公式：
5
会聚点位于第二面后15mm处。
6
进一步可以讨论：像的属性：虚实、放缩； 再进一步可以考虑镀膜的情况（凹面、凸面）。
例1：一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5）， 下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一 圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到 该金属片，问纸片最小直径应为多少？
1
解：令纸片最小半径为x, 全反射临界角求取方法为： 其中n2=1, n1=1.5, 根据几何关系有： 联立两式可以求出纸片最小直径为358.77mm。
10
第一次成像有：
解之得：
11
对于第二个平面而言，因为
，所以
其物方光线垂直入射到该平面上，经过反射后，
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
17
7
例3：一个直径为200mm的玻璃球，折射率为1.53。 球内有两个小气泡，看上去恰好在球心，另一个从 最近的方向看去，好像在球表面和中心的中间，求 两气泡的实际位置。
8
解：如上图可知，气泡A的像A’在球心，则根据折射 率定律，A也在球心。对于气泡B有
解之得：
气泡离球心实际位置：
9
例4：有一玻璃半球，折射率为1.5，半径为50mm， 其中平面镀银。一个高为10mm的小物放在球面顶点 前方100mm,求经过这个系统最后所成像的位置、大 小、虚实和正倒。
2
例2：一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射 率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
3
解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决
4
（1）考虑光束射入玻璃球的状态，用高斯公式：
5
会聚点位于第二面后15mm处。
6
进一步可以讨论：像的属性：虚实、放缩； 再进一步可以考虑镀膜的情况（凹面、凸面）。
例1：一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5）， 下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一 圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到 该金属片，问纸片最小直径应为多少？
1
解：令纸片最小半径为x, 全反射临界角求取方法为： 其中n2=1, n1=1.5, 根据几何关系有： 联立两式可以求出纸片最小直径为358.77mm。
10
第一次成像有：
解之得：
11
对于第二个平面而言，因为
，所以
其物方光线垂直入射到该平面上，经过反射后，
几何光学PPT【2024版】
只与两种介质有关，折射率
i 介质1
1
分界面
介质2
i2
像 物
13
折射光在入射面内
入射面
n
i1 i1
界面
i2
n1 sin i1 n2 sin i2 Snell定律
Descartes 定律 14
光的色散
• 一束平行的白光（复色光）从一种媒质 （例如真空或空气）射入另一种媒质时， 只要入射角不等于0，不同颜色的光在空间 散开来。
这种情况就是全反射，也称全内反射
30
全反射临界角
• 光线从光密介质射向光疏介质，折射角比
入射角大
•
入射角满足
i1
arcsin
n2 n1
就会出现全反射
• 出现全反射的最小入射角
称作全反射临界角
n1
iC
iC
arcsin
n2 n1
n2
31
4．全反射棱镜
屋脊形五棱镜
67.5
67.5
倒转棱镜(阿米西棱镜） 32
• 根据这一事实，也可以得出这样的结论， 既然在媒质中，光总是沿直线、折线、或 曲线传播，那么就可以用一条几何上的线 来描述和研究光的传播，这就是“光线”。
8
几何光学的局限
• 几何光学是关于光的唯象理论。 • 不涉及光的物理本质。 • 对于光线，是无法从物理上定义其速度的。 • 在几何光学领域，也无法定义诸如波长、
51
n n n n s s r
平行光入射 s n
n
M
n n
r
Q
O
C
Q
r
n
s
s
s nr f n
n n
O
Q
i 介质1
1
分界面
介质2
i2
像 物
13
折射光在入射面内
入射面
n
i1 i1
界面
i2
n1 sin i1 n2 sin i2 Snell定律
Descartes 定律 14
光的色散
• 一束平行的白光（复色光）从一种媒质 （例如真空或空气）射入另一种媒质时， 只要入射角不等于0，不同颜色的光在空间 散开来。
这种情况就是全反射，也称全内反射
30
全反射临界角
• 光线从光密介质射向光疏介质，折射角比
入射角大
•
入射角满足
i1
arcsin
n2 n1
就会出现全反射
• 出现全反射的最小入射角
称作全反射临界角
n1
iC
iC
arcsin
n2 n1
n2
31
4．全反射棱镜
屋脊形五棱镜
67.5
67.5
倒转棱镜(阿米西棱镜） 32
• 根据这一事实，也可以得出这样的结论， 既然在媒质中，光总是沿直线、折线、或 曲线传播，那么就可以用一条几何上的线 来描述和研究光的传播，这就是“光线”。
8
几何光学的局限
• 几何光学是关于光的唯象理论。 • 不涉及光的物理本质。 • 对于光线，是无法从物理上定义其速度的。 • 在几何光学领域，也无法定义诸如波长、
51
n n n n s s r
平行光入射 s n
n
M
n n
r
Q
O
C
Q
r
n
s
s
s nr f n
n n
O
Q
几何光学(课堂PPT)
l
r1 ( r2)
l
近轴条件下，略去 项， h 2
l s l s
n 1hn 1hnhn hn 2hn 2h0 r1 s r1 r2 r2 s
.
34
n2 n1 nn1n2n
s s
r1
r2
薄透镜的物像公式
物方焦距 像方焦距
fsl im sn1 n r1n1n2r 2n
fls i m sn2 n r1n1n2r 2n
.
5
4、物方空间和像方空间：一个成像的光 学系统将空间分成两部分，入射的同心 光束所在的空间为物方空间，出射的同 心光束所在的空间为像方空间。
5、折射率（n)
6、光程
.
6
2.2几何光学的基本定律、定理
1、光在均匀介质中的直线传播定律。 2、光通过两种介质分界面时的反射定律
和折射定律。 3、光的独立传播定律和光路可逆原理。 4、费马（Fermat）原理：两点间光的实际
基础,研究光在透明介质中传播和
成像问题的光学----几何光学
.
1
一、几何光学历史 二、几何光学基本概念、定理、定律 三、光在平面上的反射和折射、全反射 四、光在球面上的反射和折射 五、薄透镜成像
.
2
一、几何光学历史 墨子及其弟子在《墨经》中，记载着光的直线传播（影的形成和
针孔成像等）和光在镜面（凹面和凸面）上的反射等现象，并提 出了一系列经验规律，把物和像的位置及其大小与所用镜面曲率
1、墨克欧阿人联莱子几眼勒系蒙里构·起（哈得得造来增和前所及。著托著视这4有勒《觉6是《密8光作关光研-学用于前学究》做光全了3研了学书光7究详知6》的了尽识），折平的的研射面叙最究现镜述早了象成。记球，像反录面最问对。镜先题欧和测，几抛定指里物了出得面光了和镜通反托的过射勒性两角密质种等关，介于于并质眼对分 2、欧界入睛光面几射是发时角以出里的的球光入得反面线射射形才（角定式能和前律从看折。到光3射源物3角0发体。-出的前；学2反说7射，5光认）线为与光入线射来光自线于同看面到且的入物射体面，垂并直且 3、克于莱界面蒙。得（50-？）和托勒密（90-168） 4、阿沈入括的勒撰研·写究哈的，增《并梦说（溪明9笔了6谈月5》 相-1对 的0光 变3的 化8直规）线 律传 及播 月及 食球 的面成镜 因成 。像做了比较深 5、沈培根括提（出了1用0透31镜-矫1正09视5力）和采用透镜组构成望远镜的想法，并描述了 6、培透镜根焦（点的法位国置。1214-1294）
光学习题课1
几何光学习题课1基本知识在经典物理的范畴内，光是电磁播，其传播规律由麦克斯韦方程组来描述，但由于光的波长很短，在研究的问题中涉及到的尺度远大于光波波长时，光的波动性可以忽略，用光线来取代波线，由此建立起来的光传播理论就是所谓的几何光学。
几何光学在方法上是几何的，在物理上不涉及光的本质。
1. 折射率 几何光学的三个定律 全反射 折射率的定义：vc n =，c 是光在真空中的速度，v 是光在该种媒质中的传播速度；相对折射率的定义：1212n n n =。
光的直线传播定律：在均匀媒质中光沿直线传播。
光的反射和折射定律：（1）反射线和折射线都在入射面内，并分居在法线的两侧；（2）反射角等于入射角；（3）折射角与入射角的正弦比与入射角无关，是一个与媒质和光的波长有关的常数（相对折射率）。
（斯涅耳定律）全反射：当光线从光密媒质（2n ）射向光疏媒质（21n n <）时，当入射角等于或大于某一角度时（临界角121/sin n n i C -=），折射光线消失，光线全部反射的现象。
2.棱镜与色散 偏向角：'11i i +=δ，1i ：入射角，'1i ：出射角；最小偏向角产生的充要条件：'11i i =或'22i i =作用：用来测透明介质的折射率：)2sin(/)2sin(minαδα+=n 。
色散产生的原因：介质的折射率n 是光束波长的函数，)(λn n =棱镜可以用做光谱仪，进行光谱分离。
3.光程 费马原理 光程：⎰=PQndlQP)(，光程可以理解为在相同的时间内光线在真空中传播的距离。
注意，光程是一个非常重要的一个概念，在后面的课程中研究光的干涉、衍射、位相延迟时要经常用到。
费马原理：QP 两点间光线的实际路径是光程)(QP为平稳的路径。
数学表达式为：0=⎰PQndl δ注意：费马原理的实质是揭示光线在媒质中沿什么路径传播。
4.光的可逆性原理当光线的方向反转时，光线将沿着同一路径传播。
几何光学资料PPT课件
空 气 中 ：f A
(nL
1 1)( 1
r1
1 )
r2
1 r1
1 r2
1 (nL 1) f A
水
中
：f0
(nL
n0
n0
)
(
1 r1
1 r2
)
n0 nL n0
(nL
1)
fA
4
fA
40cm
2021/6/4
13
第13页/共36页
P47 ：两个折射球面物像公式
f1 f1 1 S1 S1 f2 f2 1 S2 S2
2021/6/4
2
第2页/共36页
实物：入射光具组的是发散的同心光束，对应会聚点 为实物
虚物：入射光具组的是会聚的同心光束，对应会聚点 为虚物
二、物、像共轭性
物点Q——理想光具组——像点Q'
Q、Q' 一一对应 共轭点
物、像共轭是光路可逆原理的 必然结果
2021/6/4
3
第3页/共36页
三、物、像等光程性
2021/6/4
6
第6页/共36页
讨论： 1）焦距：
当S : 物距S 物方焦距 f nr n n
无穷远像点的共轭点为物方焦点
当S : 像距S 像方焦距 f nr n n
无穷远物点的共轭点为像方焦点
f n f n
n n n n f f 1 (高斯公式)
S S r
S1 S2
r1
r2
n0
r1 r2
薄透镜焦距公式:
f f
1
n 0 1
1
( nL 1)( 1 1 )
n0
r1 r2
(nL
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-
9
5. 如图所示，一光线射入折射率为n的一球形水滴，求(1)此光线在水滴内
球面另一侧的入射角a；此光线被全反射还是部分反射？(2)偏向角(出射 光线与入射光线之间的夹角)的d 表达式;(3)求偏向角d最小时的入射角i1.
i1 i2 a i2
d
-
10
6.一虚物PQ位于凹透镜右侧二倍焦距处，用作图法求它经透镜成的像。
径。
L1 A
L2
P 12cm
3cm 2cm
-
16
6
1
2. 有一凹球面反射镜，曲率半径为20cm，如果把小物体放在离镜面顶
点6cm处，则像在镜
cm处，是 像。（正或者倒）
C
P
O
-
7
3. 为了把仪器刻度放大2倍，在它上面置一平凸透镜，并让透镜的平面 与刻度紧贴。假设刻度和球面顶点距离30mm，玻璃的折射率为1.5，求 凸面的半径。
n
n'
C
O
-
8
4.一平行平面玻璃板的折射率为1.5，厚度为d。一束会聚光束入射到玻璃 板上，如图所示。其顶点M距玻璃板前表面6cm，此光束沿玻璃板所成的 像M’与M相距0.125cm，求d。
y
(1) 1 1 1
(2) 0
ns ' f 和 x '
n's
x
f'
放大像
缩小像
等大像 y、y’同号
正像
s、s’同号
物像在基准点同侧
实物
虚像
虚物
实像
-
3
(3) 0
y、y’异号 s、s’异号
倒像 物像在基准点异侧
实物 虚物
实像 虚像
PF 实物
n n’
P’ O F’
P’F P O F’
入瞳、孔径光阑、出瞳相互共轭
将系统中各光阑逐个地对其前面光学系统成像，将所有这些像对入瞳中心
张角，其中最小张角者所对应的光阑即系统的视场光阑F.S.。
入窗—视场光阑经前面 出窗—视场光阑经后面
光学系统的像。---限制物 光学系统的像。---限制
方视场(PQ1)的大小
像方视场-(P’Q1’)的大小
视场光阑、入窗、 出窗相互共轭
物 像 距
焦距和 光焦度
垂轴放 大率
薄透镜、球面折射和球面反射公式对照表
单球面折射
单球面反射
薄透镜
n n nn s s r
f f 1 s s
xx ff
n n r
f n r n n
f n r n n
f n fn
ns y ' ns y
1 12 s s r 11 1 s s f
xx f 2
2n r
f r 2
fr 2
f 1 f
s
-
s
nnnonnno
s s r1
r2
f f 1 s s
xx ff
nO r1 nn r2nO 1 2
f
nO
n
n n nO
r1
r2
f
nO
n n n nO
r1
r2
f n fn
n s f s
n s f s2
讨论： y '
习 题 课一几何光学
1、直线传播定律
2、独立传播定律
3、光路可逆原理
费
平面反射成像规律
马 原
4、反射定律 面镜成像规律
（条件：近轴，细光束）
★
R→∞ 单球面反射成像规律 全反射
理
★ 单球面折射成像规律
5、折射定律
★ 薄透镜成像规律
折射成像规律 ★ 共轴球面系统成像规律
（条件：近轴，细光束） （理想光具组）
10. 用一个焦距为20cm的凸透镜与一个平面镜组成共轴光具组，平面镜 位于透镜右边10cm处，今置高为1cm的物体于透镜左方10cm处（系统 处于空气中），（1）求最后成像的大小和性质；（2）作出准确的光路 图。
Q
F1
P
O1
-
15
11.相距 d=5cm 的两个薄透镜 L1和 L2 ，焦距分别为 f1’= 9cm 和 f2’= 3cm ， 直径分别为D1= 5cm和D2= 4cm ，直径D = 3cm 的圆孔光阑A放在透镜间 距 L2 2cm处，当轴上一物点P在 L1左方12cm处时，求： a）孔径光阑； b）入瞳、出瞳的位置和直径；c) 视场光阑；d) 入窗、出窗的位置与直
C2
C1
-
12
8、一个折射率为1.5的玻璃球，半径R，置于空气中。在近轴成像时， 问：（1）无穷远处的物成像在何处？（2）物在球前2R处，成像在何处？
-
13
9.一薄透镜在空气中的焦距为f’ =15cm，透镜材料的折射率为n=1.5。将
此薄透镜放入水(n水=1.33)中，其焦距变为多少？若将它放入二硫化氮(n 二=1.64)中，其焦距又变为多少？
F
O
Q
F
P
-
11
7.一玻璃空盒的两端是共轴球面，一端是半径r1= —1.65cm的凹面，另一 端是半径为r2= 1.65cm的凹面，两顶点间距1.85cm。将盒在空气中密封后 放入水中。一高为1cm的物体距前凹球面的顶点10cm，与光轴垂直。求
物体经玻璃盒所成的像。（玻璃厚度忽略不计）
Q
P
C1
O1 O2
实像
实物
nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn’ 虚像
-
4
薄凸透镜成像
Q
P
FO
F’ P’
Q’
物体置于透镜二倍焦距之外
Q’
Q
F
P’ F P O
物体置于透镜一倍焦距之内
Q
F’
P’
PF O
Q Q´
Q’
P F’ P ´O
F
物体置于透镜二倍焦距之 内，一倍焦距之外
凹透镜只能成正立、缩小的虚像
-
5
Q 1
B
E
Q
D
Q1 A
0 F
O 2
P P
D
L
入瞳
视场光阑
E n .P .
入窗 出窗
A.S. D
'0
O2
D
出瞳 E x .P .
将系统中各光阑 分别经其前面的光 学元件成像于系统 的物空间,其中对 轴上物点张角最小 的那个像所对应的
光阑即为孔径光 阑A.S.。
入瞳—孔径光阑通过其前面光学系统所成的像-----决定进入系统光束的大小 出瞳—孔径光阑通过其后面光学系统所成的像-----决定从系统出射光束的大小