2020全国物理竞赛：光学-第01章-几何光学基础(下)(共45张PPT)

1、2020全国物理竞赛：光学-第01章-几何光学基础(下)(共45张PPT)2020全国物理竞赛：光学-第01章-几何光学基础(下)(共4-1-7 薄透镜成像 2、透镜的种类 凸透镜：中间厚边缘薄的透镜（平凸、双凸、凸凹）凹透镜：中间薄边缘厚的透镜（平凹、双凹、凹凸）3、薄透镜：两个球面的中心靠得很近的透镜1、主光轴：两个球面曲率中心的连线薄透镜中心一、透镜：两个主光轴重合的共轴单折射球面组成 的光学系统。4-1-7 薄透镜成像 2、透镜的种类 凸透镜：中间厚边缘光线在透镜的左侧面折射：光线在透镜内右侧面入射： 两式相加：二、 薄透镜的成像公式 光线在透镜的左侧面折射：光线在透镜内右侧面入射：

2、两式相加：为入射于右侧球面光线的一个虚物点 薄透镜的物像公式： 为入射于右侧球面光线的一个虚物点 薄透镜的物像公式： 三、 焦点、焦距和焦平面 1、像方焦点：一束平行于主光轴的平行光，经薄透镜折射后的会聚点或折射线反向延长线的会聚点称为焦点，焦点位于光轴上。 2、物方焦点：（一） 焦点？三、 焦点、焦距和焦平面 1、像方焦点：一束平行于主光轴的平（二）焦距1、像方焦距 2、物方焦距 会聚透镜：发散透镜：（二）焦距1、像方焦距 2、物方焦距 会聚透镜：发散透镜：傍轴平行光，则经透镜后过像方焦平面上的一点2、物方焦平面： 1、像方焦平面：过像方焦点且垂直于光轴的平面过物方焦点且垂直于光轴的平面过物

3、方焦平面上的光线，则经透镜后为平行光线过透镜中心的光线方向不变（副光轴）（三）焦平面 傍轴平行光，则经透镜后过像方焦平面上的一点2、物方焦平面： 四、高斯公式与牛顿公式 横向放大率1、薄透镜的物像公式 2、高斯公式3、牛顿公式四、高斯公式与牛顿公式 横向放大率1、薄透镜的物像公式 在透镜左侧球面折射成像的横向放大率为 在透镜右侧球面折射成像的横向放大率为 4、薄透镜的横向放大率： 在透镜左侧球面折射成像的横向放大率为 在透镜右侧球面折射五、空气中薄透镜1、物像公式： 2、焦距： 3、光焦度： 4、高斯公式：5、牛顿公式：五、空气中薄透镜1、物像公式： 2、焦距： 3、光焦度： 4会聚透镜：发散

4、透镜： 6、横向放大率： 会聚透镜：发散透镜： 6、横向放大率： 六、作图求像法薄透镜成像作图法的几条特殊光线：（一）与主光轴平行的入射光线，通过凸透镜后， 折射光线过焦点；通过凹透镜后折射光线的 反向延长线过焦点。 （二）过焦点（或延长线过焦点）的入射光线，其 折射光线与主光轴平行。 （三）如薄透镜两边的介质相同，过薄透镜中心的入 射光线，其折射光线无偏折地沿原方向出射。 六、作图求像法薄透镜成像作图法的几条特殊光线：（一）与主光轴2020全国物理竞赛：光学-第01章-几何光学基础(下)(共45张PPT)（四）如薄透镜两边的介质相同，与主光轴有一夹角的 平行光线（即与相应的副光轴平行的光线）

5、，经 透镜折射后交于副光轴与像方焦平面的交点。 （五）如薄透镜两边的介质相同，过物方焦平面上某 点的光线，则经透镜后为平行与副光轴的平行光 线。（四）如薄透镜两边的介质相同，与主光轴有一夹角的 （五）如薄凸透镜为实焦点空气中凸透镜：如是实物1、放大的正立的虚像2、放大的倒立的实像3、缩小的倒立的实像凹透镜为虚焦点空气中凹透镜：缩小的正立的虚像凸透镜为实焦点空气中凸透镜：如是实物1、放大的正立的虚像2、凹透镜为虚焦点空气中凹透镜：如是虚物1、放大的正立的实像2、放大的倒立的虚像3、缩小的倒立的虚像凸透镜为虚焦点空气中凸透镜：缩小的正立的实像凹透镜为虚焦点空气中凹透镜：如是虚物1、放大的正立的实像

6、2、例：空气中凸透镜L1和凹透镜L2的焦距均为10cm，L2在L1右方35cm处（t=35cm），在L1左方20cm处放一小物，试求其最后像的位置、大小、虚实与横向放大率。1、高斯公式：SQO1O2L2L1-p1F1-f1-l1f1F1F2F2-f2f2解：Sp1-p2S-p2像为倒立缩小的虚像例：空气中凸透镜L1和凹透镜L2的焦距均为10cm，L2在LSQO1O2L2L1-p1F1-f1-l1f1F1F2F2-f2f2Sp1-p2S-p22、牛顿公式l1-l2l2像为倒立缩小的虚像SQO1O2L2L1-p1F1-f1-l1f1F1F24-1-8 理想光具组1、位于光轴上的物点对应的共轭像点必

7、然在光轴上；2、位于过光轴的某一截面内的物点对应的共轭像点必位于物面的共轭像面内；3、垂直于光轴的平面物与其共轭平面像的几何形状完全相似，即：在垂直于光轴的同一平面内，物体的各部分具有相同的放大率。共轴球面系统理想光具组理想成像光学系统4-1-8 理想光具组1、位于光轴上的物点对应的共轭像（一）焦点和焦平面像方焦点: 像方焦平面 物方焦点：物方焦平面 PABFFBAP共轭平面 共轭点 物方空间平行于系统主光轴的平行光束，在像方空间与主光轴的交点F。 像方空间平行于系统主光轴光束，在物方空间所对应的点F。 一、基点和基面（一）焦点和焦平面像方焦点: 像方焦平面 物方焦点：物方焦平（二）主点和主平

8、面像方主点：像方主平面： 物方主点：物方主平面： PABFFBAPMHMH共轭平面：共轭点 物空间平行光线延长线与过F光线的延长线的交点M，过M向光轴所作的垂轴平面。过F光线的延长线与像空间平行光线反向延长线的交点M，过M向光轴所作的垂轴平面。横向放大率为1 （二）主点和主平面像方主点：像方主平面： 物方主点：物方主平薄透镜的像方主点（物方主点）:镜心 在薄透镜中，当物在透镜平面上，像也在透镜平面上，且横向放大率为1共轭点：镜心和镜心共轭平面：镜平面和镜平面薄透镜的像方主点（物方主点）:镜心 在薄透镜中 在薄透镜中，高斯公式的物距、像距与焦距是从镜心（主点）算起 在理想的光具组中，高斯公式的物

9、距、像距与焦距是从各自的主点算起PABFFBAPMHMHf-f 在薄透镜中，高斯公式的物距、像距与焦距是从镜（三）节点像方节点 物方节点共轭点：角放大率为1 在理想的光具组中，当入射光线（或延长线）以某一倾角通过物方节点，出射光线（或其延长线）也以同一倾角通过像方节点。KKQFQ（三）节点像方节点 物方节点共轭点：角放大率为1 薄透镜的节点:镜心 在薄透镜中，通过镜心的光线方向不变，角放大率为1镜心既是主点又是节点薄透镜的节点:镜心 在薄透镜中，通过镜心的光线薄透镜的基点:焦点、镜心薄透镜的基面：焦平面、镜平面共轭点：物方焦点和像方焦点 ；镜心和镜心共轭平面：物方焦平面和像方焦平面 ；镜平面和

10、镜平面薄透镜的基点:焦点、镜心薄透镜的基面：焦平面、镜平面共轭点：二、作图求像法1、平行与主光轴的入射光线交物方主平面于M，经光具组后，由像方主平面上等高点M射出并通过像方焦点。2、过物方焦点的入射光线，交物方主平面于N，经光具组后，由像方主平面上等高点N射出并与主光轴平行。 pl-yKKMM-pF-l-fFfHHyPQQPNN3、过物方节点K的入射光线，经光具组后，由像方节点K射出并保持倾角不变 二、作图求像法1、平行与主光轴的入射光线交物方主平面于M，经作图法求轴上任意点的像点-pF-l-fFfHHSABCBASpl作图法求轴上任意点的像点-pF-l-fFfHHSABC1、物像公式三、物像

11、公式与横向放大率高斯公式牛顿公式？pl-yKKMM-pF-l-fFfHHyPQQPNN1、物像公式三、物像公式与横向放大率高斯公式牛顿公式？pl4、轴向放大率对高斯公式进行微分 3、垂轴放大率2、焦距间的关系4、轴向放大率对高斯公式进行微分 3、垂轴放大率2、焦距间的5、角放大率 物方节点 、像方节点的坐标从各自的焦点pl-yKKMM-pF-l-fFfHHyPQQPNN5、角放大率 物方节点 、像方节点的坐标从各自的焦点p 物方节点离物方主点的距离-yKKMMF-fFfHHyPQPNNQ物方节点物方节点离物方主点的距离HK 物方节点离物方主点的距离-yKKMMF-fF像方节点离像方主点的距离-

12、yKKMMF-fFfHHyPQPNNQ像方节点像方节点离像方主点的距离HK 物方节点和物方主点重合，像方节点和像方主点重合 物方节点离物方主点的距离等于像方节点离像方主点的距离。像方节点离像方主点的距离-yKKMMF-fFfHH例：试确定单个折射球面的基点FF-ffCnnOr物方焦点、像方焦点物方主点、像方主点HH顶点既是物方主点又是像方主点例：试确定单个折射球面的基点FF-ffCnnOr物方焦物方节点球心既是物方节点又是像方节点像方节点FF-ffCnnOrHHKK物方节点球心既是物方节点又是像方节点像方节点FF-ffC例：试确定薄透镜的基点物方主点、像方主点HH镜心既是物方主点又是像方主点F

13、F-ffn2n1On例：试确定薄透镜的基点物方主点、像方主点HH镜心既是物方主物方节点物方节点和像方节点重合像方节点KKHHFF-ffn2n1On物方节点离镜心（物方主点）的距离像方节点离镜心（像方主点）的距离镜心既是物方节点和像方节点又是物方主点和像方主点物方节点物方节点和像方节点重合像方节点KKHHFF-f四、共轴光具组的组合M1F-fdN2K2K2F2-f2F2f2H2H2K1K1F1-f1F1f1H1H1（一）方法1、逐渐成像法2、光具组组合成为一个整体系统（二）整体系统的基点从前面的点算起，遵循符号法则相对位置光学间隔M1N2h-hMH类似四、共轴光具组的组合M1F-fdN2K2K2

14、F2-fF1与F是光具组的共轭点M1F-fdN2K2K2F2-f2F2f2H2H2K1K1F1-f1F1f1H1H1M1N2h-hMHF1与F是光具组的共轭点M1F-fdN2K2K2类似方法M1F-fdN2K2K2F2-f2F2f2H2H2K1K1F1-f1F1f1H1H1M1N2h-hMH类似方法M1F-fdN2K2K2F2-f2F2f2例：双凹厚透镜的两个表面半径r1、r2分别为8cm和7cm，沿着主光轴的厚度d=2cm，透镜玻璃的折射率为1.5，求焦点与主点的位置n=1.5OOn1=1n2=1H1(H1)H2(H2)解：例：双凹厚透镜的两个表面半径r1、r2分别为8cm和7cm，HHn=1.5OOn1=1n2=1H1(H1)H2(H2)FFf-fHHn=1.5OOn1=1n2=1H1(H1)H2(H1、基点和基面SQO1O2L2L1-p1F1-f1-l1f1F1F2F2-f2f2解：例：空气中凸透镜L1和凹透镜L2的焦距均为10cm，L2在L1右方35处，在L1左方20