盐城工学院大学物理
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第13章 几何光学简介
13-1 一凹面镜的曲率半径为40cm 。高为2.5cm 的物体位于凹面镜前方50cm 处,求像的高度。 解 由各量正负号的约定,有40cm,50cm,r
p =-=-由此得 40cm=-20cm 22
r f -== 由球面镜物像公式有 111'5020
p +=-- 得 '33.3cm p =-
由式(13-7)求得横向放大率 '33.30.66750p m p -=-
=-=-- 像是倒立缩小的实像,像高为 0.667 2.5cm=1.67cm i o h m h ==⨯
13-2 物体放在凹面镜前某处,像长是物长的1
4,假使物体向镜面移近5cm ,像长变成物长的12,求凹面镜的焦距。
解 凹面镜成缩小的像,必是实像(凹面镜成虚像,必放大)且物在镜前,由此可知
'110,0p p <<,'220,0p p <<,移动前放大率为14m =-,移动后1'2
m =-。由上分析,从题意可列出下列方程 '1114
p p -=- (1)
'2212p p -=- (2) 215p p =+ (3) '11111p p f += (4)
'22111p p f
+= (5) 联解上述方程,得 '112252515cm,cm,cm 282p p p =-
=-=- '2155c m ,c m 42
p f =-=-
13-3 (1)有人用折射率 1.50n =、半径为10cm 的玻璃球放在纸上看字,问看到的字在什么地方?放大率为多大?
(2)将玻璃球切成两半,将半个玻璃球,使球面向上放在报纸上,回答上面的问题。
(3)将半个玻璃球,使平面向上放在报纸上,回答上面的问题。
解 字用S 表示,按照题意可以分别如图所示。
(1)左半球面对成像无贡献,本题是字S 对右半球面折射成像,按照规定,20cm,p =-曲率半径10cm r =-,121.5,1n n ==代入物像公式2121n n n n p p r
--=' 1 1.51 1.52010
p --='-- 得40cm p '=-,即看到的字在左球面顶点20cm ,是虚像。
S '
S (3)S '(2)(1)S S 'S
习题13-3图 I I I
横向放大率 12 1.54031.020
n p m n p '-==⨯=- 为正立放大的虚像。 (2)因为字就在球心,从球心发出的光线在球面上并不折射 ,所以字的像也在S 点,10cm p '=-,即看到字(虚像)与原字(实物)重合,放大率 1.510 1.5,1.010
m -=⨯=-为正立放大的虚像。 (3)本题为平面折射成像,有1 1.50,10
p -='-求得像距 6.7cm p '=-表明看到的字在平面左侧6.7cm 处,是虚像。放大率 1.5 6.71,1.010
m -=⨯=-为正立等大的虚像。 13-4一个折射率为1.6的玻璃圆柱,长20cm,两端为半球面,曲率半径为2cm,如图所示.若在离圆柱一端5cm 处的轴上有一光点,试求像的位置和性质。
解 设光点在圆柱的左端,对于圆柱左端的折射面相当于凸球面.根据正负号法则有
115cm,2cm,p r =-= 且121.0, 1.6n n ==
'21121 1.6162(cm)1.6 1.03
n f r n n ==⨯=--
习题13-4图
11121 1.0102(cm)1.6 1.03
n f r n n =-=-⨯=--- 代入1f f p p
'+='得 '116310315p -+=-
/116cm p = 因为/1p 是正的,像和物在折射球面的两侧,所以1I 点是实像。
对于圆柱右端的折射面相于凹球面,左端折射面所成的像点1I 对右端折射面来说,则为物点,根据正负号法则有
()2220164cm,2cm p r =--=-=-
//12211.6, 1.0n n n n ====
2
21''22'' 1.010(2)(cm)1.0 1.63
n f r n n ==⨯-=-- '122''21 1.616(2)(cm)1.6 1.03
n f r n n =-=-⨯-=--- 代入1f f p p
'+='得 '210316314p -+=- '210cm p =-
/2p 为负值,表示最后成像于右侧折射面的左侧,即在圆柱内,且为虚像。
13-5 一会聚薄透镜,其两表面的曲率半径1280cm,r 36cm,r ==玻璃的折射率63.1=n 。一高为2.0cm 的物体放在透镜的左侧15cm 处,求像的位置及其大小。
解 先求透镜的焦距,根据式(13-14)及符号法则,第一表面的曲率半径是正的,第二表面的曲率半径是负的,即
1280cm,36cm r r ==-
12
111(1)()0.025/cm n f r r =--='
物距是负的,即15cm p =-,代入薄透镜成像公式(13-15)
111p p f -='' '110.02515
p -=- '24cm p =- 负号表示像是在光源同一侧的虚像,放大倍数
'
1.6p m p
== 像高
3.2cm i o h mh == 放大倍数为正表示像是正立的。
13-6 已知物点A 经凸透镜L 和凹面镜M 的组合系统后,所成的像
'A 和物A 重合,有关尺寸如图示,其中C 为球面的曲率中心,求透镜L 的焦距。
习题13-6图