2020全國物理競賽：光學-第01章-幾何光學基礎(chǔ)(下)(共45張PPT)

1、2020全國物理競賽：光學-第01章-幾何光學基礎(chǔ)(下)(共45張PPT)2020全國物理競賽：光學-第01章-幾何光學基礎(chǔ)(下)(共4-1-7 薄透鏡成像 2、透鏡的種類 凸透鏡：中間厚邊緣薄的透鏡（平凸、雙凸、凸凹）凹透鏡：中間薄邊緣厚的透鏡（平凹、雙凹、凹凸）3、薄透鏡：兩個球面的中心靠得很近的透鏡1、主光軸：兩個球面曲率中心的連線薄透鏡中心一、透鏡：兩個主光軸重合的共軸單折射球面組成 的光學系統(tǒng)。4-1-7 薄透鏡成像 2、透鏡的種類 凸透鏡：中間厚邊緣光線在透鏡的左側(cè)面折射：光線在透鏡內(nèi)右側(cè)面入射： 兩式相加：二、 薄透鏡的成像公式 光線在透鏡的左側(cè)面折射：光線在透鏡內(nèi)右側(cè)面入射：

2、兩式相加：為入射于右側(cè)球面光線的一個虛物點 薄透鏡的物像公式： 為入射于右側(cè)球面光線的一個虛物點 薄透鏡的物像公式： 三、 焦點、焦距和焦平面 1、像方焦點：一束平行于主光軸的平行光，經(jīng)薄透鏡折射后的會聚點或折射線反向延長線的會聚點稱為焦點，焦點位于光軸上。 2、物方焦點：（一） 焦點？三、 焦點、焦距和焦平面 1、像方焦點：一束平行于主光軸的平（二）焦距1、像方焦距 2、物方焦距 會聚透鏡：發(fā)散透鏡：（二）焦距1、像方焦距 2、物方焦距 會聚透鏡：發(fā)散透鏡：傍軸平行光，則經(jīng)透鏡后過像方焦平面上的一點2、物方焦平面： 1、像方焦平面：過像方焦點且垂直于光軸的平面過物方焦點且垂直于光軸的平面過物

3、方焦平面上的光線，則經(jīng)透鏡后為平行光線過透鏡中心的光線方向不變（副光軸）（三）焦平面 傍軸平行光，則經(jīng)透鏡后過像方焦平面上的一點2、物方焦平面： 四、高斯公式與牛頓公式 橫向放大率1、薄透鏡的物像公式 2、高斯公式3、牛頓公式四、高斯公式與牛頓公式 橫向放大率1、薄透鏡的物像公式 在透鏡左側(cè)球面折射成像的橫向放大率為 在透鏡右側(cè)球面折射成像的橫向放大率為 4、薄透鏡的橫向放大率： 在透鏡左側(cè)球面折射成像的橫向放大率為 在透鏡右側(cè)球面折射五、空氣中薄透鏡1、物像公式： 2、焦距： 3、光焦度： 4、高斯公式：5、牛頓公式：五、空氣中薄透鏡1、物像公式： 2、焦距： 3、光焦度： 4會聚透鏡：發(fā)散

4、透鏡： 6、橫向放大率： 會聚透鏡：發(fā)散透鏡： 6、橫向放大率： 六、作圖求像法薄透鏡成像作圖法的幾條特殊光線：（一）與主光軸平行的入射光線，通過凸透鏡后， 折射光線過焦點；通過凹透鏡后折射光線的 反向延長線過焦點。 （二）過焦點（或延長線過焦點）的入射光線，其 折射光線與主光軸平行。 （三）如薄透鏡兩邊的介質(zhì)相同，過薄透鏡中心的入 射光線，其折射光線無偏折地沿原方向出射。 六、作圖求像法薄透鏡成像作圖法的幾條特殊光線：（一）與主光軸2020全國物理競賽：光學-第01章-幾何光學基礎(chǔ)(下)(共45張PPT)（四）如薄透鏡兩邊的介質(zhì)相同，與主光軸有一夾角的 平行光線（即與相應(yīng)的副光軸平行的光線）

5、，經(jīng) 透鏡折射后交于副光軸與像方焦平面的交點。 （五）如薄透鏡兩邊的介質(zhì)相同，過物方焦平面上某 點的光線，則經(jīng)透鏡后為平行與副光軸的平行光 線。（四）如薄透鏡兩邊的介質(zhì)相同，與主光軸有一夾角的 （五）如薄凸透鏡為實焦點空氣中凸透鏡：如是實物1、放大的正立的虛像2、放大的倒立的實像3、縮小的倒立的實像凹透鏡為虛焦點空氣中凹透鏡：縮小的正立的虛像凸透鏡為實焦點空氣中凸透鏡：如是實物1、放大的正立的虛像2、凹透鏡為虛焦點空氣中凹透鏡：如是虛物1、放大的正立的實像2、放大的倒立的虛像3、縮小的倒立的虛像凸透鏡為虛焦點空氣中凸透鏡：縮小的正立的實像凹透鏡為虛焦點空氣中凹透鏡：如是虛物1、放大的正立的實像

6、2、例：空氣中凸透鏡L1和凹透鏡L2的焦距均為10cm，L2在L1右方35cm處（t=35cm），在L1左方20cm處放一小物，試求其最后像的位置、大小、虛實與橫向放大率。1、高斯公式：SQO1O2L2L1-p1F1-f1-l1f1F1F2F2-f2f2解：Sp1-p2S-p2像為倒立縮小的虛像例：空氣中凸透鏡L1和凹透鏡L2的焦距均為10cm，L2在LSQO1O2L2L1-p1F1-f1-l1f1F1F2F2-f2f2Sp1-p2S-p22、牛頓公式l1-l2l2像為倒立縮小的虛像SQO1O2L2L1-p1F1-f1-l1f1F1F24-1-8 理想光具組1、位于光軸上的物點對應(yīng)的共軛像點必

7、然在光軸上；2、位于過光軸的某一截面內(nèi)的物點對應(yīng)的共軛像點必位于物面的共軛像面內(nèi)；3、垂直于光軸的平面物與其共軛平面像的幾何形狀完全相似，即：在垂直于光軸的同一平面內(nèi)，物體的各部分具有相同的放大率。共軸球面系統(tǒng)理想光具組理想成像光學系統(tǒng)4-1-8 理想光具組1、位于光軸上的物點對應(yīng)的共軛像（一）焦點和焦平面像方焦點: 像方焦平面 物方焦點：物方焦平面 PABFFBAP共軛平面 共軛點 物方空間平行于系統(tǒng)主光軸的平行光束，在像方空間與主光軸的交點F。 像方空間平行于系統(tǒng)主光軸光束，在物方空間所對應(yīng)的點F。 一、基點和基面（一）焦點和焦平面像方焦點: 像方焦平面 物方焦點：物方焦平（二）主點和主平

8、面像方主點：像方主平面： 物方主點：物方主平面： PABFFBAPMHMH共軛平面：共軛點 物空間平行光線延長線與過F光線的延長線的交點M，過M向光軸所作的垂軸平面。過F光線的延長線與像空間平行光線反向延長線的交點M，過M向光軸所作的垂軸平面。橫向放大率為1 （二）主點和主平面像方主點：像方主平面： 物方主點：物方主平薄透鏡的像方主點（物方主點）:鏡心 在薄透鏡中，當物在透鏡平面上，像也在透鏡平面上，且橫向放大率為1共軛點：鏡心和鏡心共軛平面：鏡平面和鏡平面薄透鏡的像方主點（物方主點）:鏡心 在薄透鏡中 在薄透鏡中，高斯公式的物距、像距與焦距是從鏡心（主點）算起 在理想的光具組中，高斯公式的物

9、距、像距與焦距是從各自的主點算起PABFFBAPMHMHf-f 在薄透鏡中，高斯公式的物距、像距與焦距是從鏡（三）節(jié)點像方節(jié)點 物方節(jié)點共軛點：角放大率為1 在理想的光具組中，當入射光線（或延長線）以某一傾角通過物方節(jié)點，出射光線（或其延長線）也以同一傾角通過像方節(jié)點。KKQFQ（三）節(jié)點像方節(jié)點 物方節(jié)點共軛點：角放大率為1 薄透鏡的節(jié)點:鏡心 在薄透鏡中，通過鏡心的光線方向不變，角放大率為1鏡心既是主點又是節(jié)點薄透鏡的節(jié)點:鏡心 在薄透鏡中，通過鏡心的光線薄透鏡的基點:焦點、鏡心薄透鏡的基面：焦平面、鏡平面共軛點：物方焦點和像方焦點 ；鏡心和鏡心共軛平面：物方焦平面和像方焦平面 ；鏡平面和

10、鏡平面薄透鏡的基點:焦點、鏡心薄透鏡的基面：焦平面、鏡平面共軛點：二、作圖求像法1、平行與主光軸的入射光線交物方主平面于M，經(jīng)光具組后，由像方主平面上等高點M射出并通過像方焦點。2、過物方焦點的入射光線，交物方主平面于N，經(jīng)光具組后，由像方主平面上等高點N射出并與主光軸平行。 pl-yKKMM-pF-l-fFfHHyPQQPNN3、過物方節(jié)點K的入射光線，經(jīng)光具組后，由像方節(jié)點K射出并保持傾角不變 二、作圖求像法1、平行與主光軸的入射光線交物方主平面于M，經(jīng)作圖法求軸上任意點的像點-pF-l-fFfHHSABCBASpl作圖法求軸上任意點的像點-pF-l-fFfHHSABC1、物像公式三、物像

11、公式與橫向放大率高斯公式牛頓公式？pl-yKKMM-pF-l-fFfHHyPQQPNN1、物像公式三、物像公式與橫向放大率高斯公式牛頓公式？pl4、軸向放大率對高斯公式進行微分 3、垂軸放大率2、焦距間的關(guān)系4、軸向放大率對高斯公式進行微分 3、垂軸放大率2、焦距間的5、角放大率 物方節(jié)點 、像方節(jié)點的坐標從各自的焦點pl-yKKMM-pF-l-fFfHHyPQQPNN5、角放大率 物方節(jié)點 、像方節(jié)點的坐標從各自的焦點p 物方節(jié)點離物方主點的距離-yKKMMF-fFfHHyPQPNNQ物方節(jié)點物方節(jié)點離物方主點的距離HK 物方節(jié)點離物方主點的距離-yKKMMF-fF像方節(jié)點離像方主點的距離-

12、yKKMMF-fFfHHyPQPNNQ像方節(jié)點像方節(jié)點離像方主點的距離HK 物方節(jié)點和物方主點重合，像方節(jié)點和像方主點重合 物方節(jié)點離物方主點的距離等于像方節(jié)點離像方主點的距離。像方節(jié)點離像方主點的距離-yKKMMF-fFfHH例：試確定單個折射球面的基點FF-ffCnnOr物方焦點、像方焦點物方主點、像方主點HH頂點既是物方主點又是像方主點例：試確定單個折射球面的基點FF-ffCnnOr物方焦物方節(jié)點球心既是物方節(jié)點又是像方節(jié)點像方節(jié)點FF-ffCnnOrHHKK物方節(jié)點球心既是物方節(jié)點又是像方節(jié)點像方節(jié)點FF-ffC例：試確定薄透鏡的基點物方主點、像方主點HH鏡心既是物方主點又是像方主點F

13、F-ffn2n1On例：試確定薄透鏡的基點物方主點、像方主點HH鏡心既是物方主物方節(jié)點物方節(jié)點和像方節(jié)點重合像方節(jié)點KKHHFF-ffn2n1On物方節(jié)點離鏡心（物方主點）的距離像方節(jié)點離鏡心（像方主點）的距離鏡心既是物方節(jié)點和像方節(jié)點又是物方主點和像方主點物方節(jié)點物方節(jié)點和像方節(jié)點重合像方節(jié)點KKHHFF-f四、共軸光具組的組合M1F-fdN2K2K2F2-f2F2f2H2H2K1K1F1-f1F1f1H1H1（一）方法1、逐漸成像法2、光具組組合成為一個整體系統(tǒng)（二）整體系統(tǒng)的基點從前面的點算起，遵循符號法則相對位置光學間隔M1N2h-hMH類似四、共軸光具組的組合M1F-fdN2K2K2

14、F2-fF1與F是光具組的共軛點M1F-fdN2K2K2F2-f2F2f2H2H2K1K1F1-f1F1f1H1H1M1N2h-hMHF1與F是光具組的共軛點M1F-fdN2K2K2類似方法M1F-fdN2K2K2F2-f2F2f2H2H2K1K1F1-f1F1f1H1H1M1N2h-hMH類似方法M1F-fdN2K2K2F2-f2F2f2例：雙凹厚透鏡的兩個表面半徑r1、r2分別為8cm和7cm，沿著主光軸的厚度d=2cm，透鏡玻璃的折射率為1.5，求焦點與主點的位置n=1.5OOn1=1n2=1H1(H1)H2(H2)解：例：雙凹厚透鏡的兩個表面半徑r1、r2分別為8cm和7cm，HHn=1.5OOn1=1n2=1H1(H1)H2(H2)FFf-fHHn=1.5OOn1=1n2=1H1(H1)H2(H1、基點和基面SQO1O2L2L1-p1F1-f1-l1f1F1F2F2-f2f2解：例：空氣中凸透鏡L1和凹透鏡L2的焦距均為10cm，L2在L1右方35處，在L1左方20