工程光学教案

附件四教案课程名称工程光学任课教师XXX课程类型专业课教学对象测控专业方案学时2学时教学单元第二章理想光学系统教学章节第五节第二局部理想光学系统的组合——多光组组合计算教学目标1、掌握多光组组合计算方法——正切计算法；2、准确运用正切计算法分析实际光学系统中的成像问题；3、掌握典型光学系统的成像特点。教学重点正切计算法的运用教学难点正切计算法公式的推导教学方法讲授法、练习法教学用具教鞭、多媒体、板书教学过程教学环节及其时间安排教学内容设计意图1、导入主题〔共5分钟〕2、展开阐述〔共40分钟〕3、深入研讨，举例讲解〔共35分钟〕留给学生练习〔共10分钟〕结合例题阐述两种典型光学系统各自的特点。4、总结提高〔共10分钟〕一、以课堂互动的方式与学生共同回忆上节课内容并导入新课。上次课我们学习了第五节的第一局部——两个光组的组合分析，主要包括焦点、主点的位置，以及焦距的求解，涉及到很多公式，需要大家牢记。显然，当光组数目多于两个时，我们再沿用这种合成方法，就不实用了；不仅过程繁杂，容易出错，而且计算公式将很复杂，十分不方便。那么这节课我们将介绍一种基于光线投射高度和角度追迹计算来求组合系统的方法，这种方法称作正切计算法。二、讲授新课〔一〕正切计算法公式的推导前面我们学过，平行于光轴的光线，经系统后必经过像方焦点；对于多个光组组合而成的系统而言，这点仍然满足；也就是说，用一条投射高度为h1的平行于光轴的入射光线照射第一个光组，经过k个光组组成的系统后，其出射光线与光轴的交点就是该系统的像方焦点，如图2-27所示。延长入射光线与出射光线，使其相交于一点。过该点作与光轴垂直的平面，这个平面就是系统的像方主平面。像方主平面与光轴的交点就是系统的像方主点。从像方主点到像方焦点的距离就是该系统的像方焦距。图2-27组合系统的焦距从图中可以得出，，为入射光线在第一个光组主面上的投射高度，是指光线经过k个光组后的出射光线与光轴的夹角，就是这个组合系统的像方焦距。从公式来看，要求，就需要知道和的比值。具体过程就是给定一个，找出与其对应的，从而得到。对于任意一个单独的光组来讲，都满足高斯公式。等式两边同时乘上光线在该光组主面上的投射高度，以第i个光组为例，就有如下公式：推导得出：利用过渡公式和得到光线在相邻两个光组上的投射高度之间的关系为：利用这些公式就可以求出。具体我们以3个光组的组合系统为例来说明。任取，令，那么有：即求得多光组组合系统的焦距。三、典型例子例1远摄型光组一光组由两个薄光组组合而成，如图2-28所示。第一个薄光组的焦距，第二个薄光组的焦距，两光组的间隔。求组合光组的焦距，组合光组的像方焦点的位置及像方主面位置，并比拟筒长与的大小。利用正切计算法，设，有：所以：图2-28远摄型光组显然，此组合光组的焦距大于筒长。在长焦距镜头中往往采用这种组合方式，其特点就在于筒长比焦距短，使得整体比拟轻巧。此类组合光组通常称为远摄型光组。例2反远距型光组一光组由两个薄光组组合而成，如图2-29所示。第一个薄光组的焦距，第二个薄光组的焦距，两光组的间隔。求组合光组的焦距，并比拟筒长与的大小。图2-29反远距性型光组那么接下来请同学们自己思考，并动笔完成这道例题。〔十分钟以后，了解学生完成情况〕利用正切计算法，设，有：所以：此组合光组的焦距比工作距要短，通常称为反远距型，意为其结构与远摄型光组相反。这非常有利于在系统后面安放其他光学元件。上述光组组合的两个例子谈到了远摄型和反远距型光组各自的特点，下面将等焦距的这两种组合形式画在同一张图上，更能一目了然地看到他们的区别所在，如图2-30所示。图2-30焦距相等的远摄型与反远距型比拟五、总结提高回忆以往所学知识及其局限性，引入新方法来解决多光组组合系统的成像问题。通过课堂讲授、实例分析、学生练习及讨论等方式，使同学们深刻理解并掌握正切计算法，并能够正确运用这种方法解决多光组组合系统的成像问题。激发学生热情，并串联课程的上下节进入新课程的讲授，对本节内容进行展开使用具体实例进行较为详细的解析，可使同学们更好地理解和掌握正切计算法。通过综合实例的讲解，升华本节课所学习内容。例1采用讲授法，由老师主讲，引导学生掌握解题方法。例2采用练习法，与学生互动，激发学生主观能动性；老师巡视几圈，及时解决学生的困惑，更加有效地帮助学生掌握本节课的内容。以讨论的方式与学生共同回忆本节课的内容。作业设计第二章