物理課件-6十一章眼睛的屈光

眼睛的屈光

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什么叫做屈光現(xiàn)象？答：即折射現(xiàn)象什么叫做介質(zhì)(絕對)折射率？a.定義：b.單位：無單位（大于1的數(shù)?。ヽ.物理意義：若某一介質(zhì)的n數(shù)值大，說明該介質(zhì)對光線的屈光能力強。稱之為光密物質(zhì)，反之為光疏物質(zhì)。d.幾種特殊介質(zhì)的折射率教學(xué)要求：重點掌握單球面、共軸球面折射系統(tǒng)于單薄透鏡、共軸多薄透鏡折射系統(tǒng)的成像規(guī)律,并能熟練掌握眼睛成像的光學(xué)特點,幾種屈光不正眼睛的物理矯正方法;2.確切理解簡化眼,屈光度等概念;3.了解圓柱透鏡、透鏡的像差、三對基點等效光路法.§11.1眼睛的屈光系統(tǒng)§11.2球面的屈光§11.3透鏡的屈光§11.4眼睛的屈光不正及其物理矯正§11.1眼睛的屈光系統(tǒng)生理系統(tǒng)物理系統(tǒng)示意眼簡化眼11.1.1眼的生理結(jié)構(gòu)空氣角膜房水晶狀體玻璃體視網(wǎng)膜

把實際的人眼近似用一個下圖所示的共軸光學(xué)系統(tǒng)來表征,這個由五種介質(zhì)組成的系統(tǒng)稱為示意眼.11.1.2示意眼部位前、后表面曲率半徑/mm厚度/mm折射率空氣7.71.000角膜7.76.80.51.376房水6.810.03.11.337晶狀體10.0-6.03.61.386玻璃體-6.0-9.715.61.336示意眼結(jié)構(gòu)元素的平均值11.1.3簡化眼5.73mm:睫狀肌完全舒張時角膜的最大曲率半徑22.92mm:物體經(jīng)過眼睛屈光后的物距22.92mm5.73mmn1=1.0n2=1.33§11.2球面的屈光物方：實際入射線所在方像方：實際折射線所在方（記為1）；（記為2）；物點：入射線與光軸的交點像點：折射線與光軸的交點實物點：實際入射線與光軸的交點；虛物點：虛入射線與光軸的交點；實像點：實際折射線與光軸的交點；虛像點：虛折射線與光軸的交點；例題一．指出下面圖中的物方像方物的性質(zhì)像的性質(zhì)ABPn1n21.單球面的物像公式?I?O?C11.2.1單球面都很小，ABPn1n2?I?O?C都很小代入（b）式ABPn1n2?I?O?C證明(自學(xué)):折射定律外角定律正切定律近軸近似此式為單球面折射的物像公式符號法則：（1）如果從物點到折射面的方向與入射光線的方向相同,則物距為正;反之為負(fù).（2）如果從折射面到像點的方向與折射光線的方向相同,則像距為正;反之為負(fù).（3）如果從折射面到曲率中心的方向與折射光線的方向相同,則曲率半徑為正;反之為負(fù).根據(jù)符號法則有如下規(guī)律：實物為實際入射光線會聚之點形成,

虛物為入射光線延長線會聚之點形成,

實像為實際折射光線會聚之點形成,

虛像為折射光線延長線會聚之點形成,

解：液體處于折射面的凹側(cè)例1某種液體（n1=1.3）和玻璃（n2=1.5）的分界面為球面.在液體中有一物體放在這個折射球面的主光軸上離球面39cm處,并在球前面30cm處成一虛像.求該折射球面的曲率半徑,并指出哪一種媒質(zhì)處于球面的凹側(cè).(242頁例題)O

I

P

n1=1.3n2=1.5

例題三：

（書上258頁11-６題與大作業(yè)2題)AA例11.2

折射率1.5玻璃棒一端磨成球面，曲率半徑是100mm，球面外部是空氣。在棒內(nèi)距球面頂點150mm處有一物體，求：成像位置；解：像距頂點200mm處A點。

例題四（11－7）：半無限長園柱形玻璃棒，凸球面曲率半徑為2cm,（１）棒放在空氣中，棒外8cm處有一物，求像的位置；（２）棒放在水中，棒外8cm處有一物，求像的位置；請你畫出此題的光路圖練習(xí):11-111-311-72.單球面的焦距當(dāng)物點位于主光軸上某點F1時,如果它所發(fā)出的光線經(jīng)單球面折射后變?yōu)槠叫泄饩€,則F1稱為物方焦點.F1到折射面頂點的距離稱為物方焦距,用f1表示.物方焦距nf1F1像方焦距如果平行于主光軸的光束,經(jīng)折射后成像于某點F2,則F2稱為像方焦點.F2到折射面頂點的距離稱為像方焦距,用f2表示.nF2f2焦距的物理意義：（１）可正可負(fù)．正表示會聚作用，負(fù)表示發(fā)散作用；（２）數(shù)值不相等．大表示屈光本領(lǐng)弱，小表示屈光本領(lǐng)強；焦距的單位：米3.單球面的焦度

(dioptricstrength)

焦度是單球面某側(cè)介質(zhì)的折射率與該側(cè)焦距之比.單位：m-1屈光度(D)1D=1m-11D=100度Φ>0單球面折射系統(tǒng)具有會聚作用.Φ<0單球面折射系統(tǒng)具有發(fā)散作用.

|Φ|值大,單球面折射系統(tǒng)會聚（發(fā)散）能力強.|Φ|值小,單球面折射系統(tǒng)會聚（發(fā)散）能力弱.d.人眼的焦度:

舒張時

58.2D(r=5.73mm)

收縮時62.4D(r=5.34mm)算一算:練習(xí):11--2練習(xí):11—4

大作業(yè)1

如果兩個或兩個以上的折射面的曲率中心在同一直線上,由它們組成的屈光系統(tǒng)叫共軸多球面系統(tǒng).

各球心所在的直線叫共軸多球面系統(tǒng)的主光軸.11.2.2共軸多球面方法1。依次成像法方法2。三對基點等效光路法解：例2有一玻璃球(n2=1.5)置于空氣中(n1=1.0),其半徑為10cm,當(dāng)點光源置于球前40cm處,求近軸光線通過玻璃后的成像位置.1.依次成像法1

1.540cm20cm60cm1

1.540cm20cm60cm例題六

（258頁11－11題）:

有一置于空氣中的玻璃棒,其兩端面是半徑為5厘米的雙凸球面.當(dāng)一物置于棒外軸線上,且離其一端20厘米處時,最后成像于空氣中,且離另一端40厘米處,求此棒的長度.練習(xí):11-811-911-1011-11

大作業(yè)32.三對基點等效光路法(1)兩主焦點（F1、F2）若主光軸上某點F1發(fā)出的光線經(jīng)系統(tǒng)折射后成為平行于主光軸的光線,則F1點稱為系統(tǒng)的第一主焦點（物方焦點）;F1?若平行于主光軸的光線經(jīng)系統(tǒng)折射后,成為與主光軸相交于F2點的光線,則F2點稱為系統(tǒng)的第二主焦點（像方焦點）.?F2(2)兩主點（H1、H2）

將通過F1的入射光線和它經(jīng)系統(tǒng)折射后的出射光線延長和反向延長,相交于A1點,過A1作垂直于主光軸的平面A1B1,交主光軸于H1點,H1稱為系統(tǒng)的第一主點.

平面A1B1H1稱為第一主平面.F1?A1B1H1??F2

將平行于主光軸的入射光線和它經(jīng)系統(tǒng)折射后的出射光線延長和反向延長,相交于B2點,過B2作垂直于主光軸的平面A2B2,交主光軸于H2點,H2稱為系統(tǒng)的第二主點.

平面A2H2B2叫第二主平面.B2H2?A2(3)兩節(jié)點（N1、N2）

以任何角度向主光軸上某一點N1入射的光線,經(jīng)過系統(tǒng)折射后的出射光線不改變方向從另一點N2射出,N1、N2分別稱為系統(tǒng)的第一節(jié)點和第二節(jié)點.?N1N2?用任意兩條光線可得出系統(tǒng)所成的像1.通過第一主焦點的光線,在第一主平面折射后成為平行于主光軸的光線.2.平行于主光軸的光線,在第二主平面折射并通過第二主焦點射出

.3.通過第一節(jié)點的光線,從第二節(jié)點平行于原來方向射出.F1F2H1H2N1N2OI例題八:（大作業(yè)6）有兩對基點位置相同.練習(xí):246頁圖11-9§11.3透鏡的屈光一.薄透鏡二.薄透鏡的組合三.圓柱透鏡（自學(xué)）四.透鏡的像差（自學(xué)）1.按外形分類凸透鏡:雙凸、平凸、彎月凸凹透鏡：雙凹、平凹、彎月凹2.按厚度分類薄透鏡厚透鏡透鏡的分類：1.薄透鏡的物像公式11.3.1薄透鏡設(shè)第一折射面的物距、像距、曲率半徑透鏡的物距、像距設(shè)第二折射面的物距、像距、曲率半徑得此式稱為薄透鏡物像公式當(dāng)透鏡外側(cè)介質(zhì)為空氣時2.薄透鏡的焦距當(dāng)透鏡外側(cè)介質(zhì)為空氣時f>0時,焦點為實焦點,透鏡對光線起會聚作用f<0時,焦點為虛焦點,透鏡對光線起發(fā)散作用越大,表示透鏡的折射本領(lǐng)越小越小,表示透鏡的折射本領(lǐng)越大當(dāng)透鏡兩側(cè)介質(zhì)不相同的時候此式稱為薄透鏡成像的高斯公式符號法則：對于實物、實像、實焦點為正值

對于虛物、虛像、虛焦點為負(fù)值

例題十:請你寫出書上246頁圖11－11中六種薄透鏡半徑的正負(fù)。3.薄透鏡的焦度當(dāng)透鏡置于空氣中時當(dāng)透鏡置于折射率為n0的介質(zhì)中時當(dāng)透鏡兩側(cè)介質(zhì)不同時Φ>0時,焦點為實焦點,透鏡對光線起會聚作用Φ<0時,焦點為虛焦點,透鏡對光線起發(fā)散作用越大,表示透鏡的折射本領(lǐng)越大越小,表示透鏡的折射本領(lǐng)越小例3

求圖中凸透鏡的焦距.設(shè)透鏡的折射率為1.5,置于空氣中.n0=1n0=1n=1.5解：（1）設(shè)光線射向凸面（2）設(shè)光線射向平面n0=1n0=1n=1.5例4由折射率n=1.65的玻璃制成的薄雙凸透鏡前后兩球面的曲率半徑均為40cm，該透鏡的焦距為

解

例題十二:（258頁11－18）解:例題十三:（11－15）解:練習(xí):11-1311-1411-1511-1611-17

大作業(yè)4

兩個或兩個以上薄透鏡組成的共軸系統(tǒng)叫做薄透鏡組合,簡稱透鏡組.設(shè)兩透鏡的焦距分別為和,透鏡組的焦距為物距為像距為11.3.2薄透鏡的組合對于第一個透鏡對于第二個透鏡兩式相加當(dāng)時

為透鏡的等效焦距此式為透鏡組的物像公式例題十四(11-19):一會聚彎月形玻璃薄透鏡,其表面的曲率半徑分別為5厘米和10厘米.凹面向上放置裝滿水.這樣的薄透鏡組合的焦距為多少?例題十五:一個玻璃制成的等雙凸薄透鏡，在空氣中的焦距為30cm,如把這個透鏡的一側(cè)密封在盛滿水的半無限大水箱的一端。求：水箱外光軸上90cm處的物被該系統(tǒng)所成的像的位置？練習(xí):11-1911-2011-2111-22

大作業(yè)5

透鏡的兩個折射面不是球面,而是圓柱面的一部分,這種透鏡稱為柱面透鏡.

柱面透鏡在各個方向的曲率半徑（或焦距、焦度）不同,屬非對稱性折射系統(tǒng).11.3.3圓柱透鏡（自學(xué)）

由于物點發(fā)出的光偏離理想光路,造成的成像不完善的現(xiàn)象叫做像差.

單色光成像時產(chǎn)生的像差叫單色像差.

如：球面像差、像散、慧形像差等.

由于介質(zhì)折射率與光的波長有關(guān)而引起的像差叫做色像差.11.3.4透鏡的像差（自學(xué)）

近軸光線和遠(yuǎn)軸光線經(jīng)透鏡成像后不能在同一點會聚,此現(xiàn)象稱為球面像差,簡稱球差.

球差使點狀物體的像為一圓斑.1.球面像差球面像差矯正的方法：光闌①在透鏡前加光闌②利用發(fā)散透鏡與會聚透鏡組成的透鏡組.

不同波長的光通過透鏡后不能在同一點成像的現(xiàn)象稱為色像差.2.色像差色像差的矯正方法:

用折射率不同的會聚透鏡和發(fā)散透鏡適當(dāng)?shù)亟M合可以消除色像差.作業(yè)答案§11.4眼睛的屈光不正及其物理矯正基本概念調(diào)節(jié)(modation)—眼睛改變焦度的過程叫調(diào)節(jié).遠(yuǎn)點(farpoint)—不經(jīng)調(diào)節(jié)時,眼睛能看清楚最遠(yuǎn)的物體與眼睛之間的距離.正常視力的人,遠(yuǎn)點為無窮遠(yuǎn).近點(nearpoint)—最大調(diào)節(jié)時,眼睛能看清楚最近的物體與眼睛之間的距離.正常視力的人,近點為10cm-12cm.明視距離(risualdistance)—在日常生活中,最適宜而不易引起眼睛過度疲勞的距離.正常視力的人,眼睛的明視距離為25cm.正視眼—眼睛不調(diào)節(jié)時,若平行光進入眼內(nèi)經(jīng)折射后,剛好在視網(wǎng)膜上形成一清晰的像,這種屈光正常的眼睛稱為正視眼,否則稱為非正視眼,也稱屈光不正.屈光不正包括：近視、遠(yuǎn)視、老花、散光

眼睛不調(diào)節(jié)時,平行光進入眼內(nèi)經(jīng)折射后會聚于視網(wǎng)膜前,在視網(wǎng)膜上成像模糊不清,稱為近視眼.近視眼11.4.1近視眼

(myopia)軸性近視:

眼的前后徑過長.屈光性近視:

眼的屈光系統(tǒng)的屈光能力過強.成因：（1）長時間近距離用眼觀察物體,導(dǎo)致角膜或晶狀體表面曲率半徑過小,屈光能力加強;（2）由于眼病或遺傳使眼