第三章-几何光学.ppt

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Homework P159: 3-1; P160: 3-4; 3-6; P161: 3-18; 3-19; P162: 3-27; * 上式右端仅与介质的折射率及球面的曲率半径有关,因而对于一定的介质及一定形状的表面来讲是一个常量。 定义 ——称为球面的光焦度 单位:m-1,称为屈光度,用D表示。1D=100度   由于球面的曲率半径可正、可负也可以为无穷大,物方折射率可以大于也可以小于像方折射率,因此光焦度可正、可负, 也可以为零. ? ? 0 为会聚系统,? ? 0 为发散系统,? = 0 为无焦系统. * 如果发光点的位置在P?点,它的像便在P点,即如果P和P? 之一为物,则另一点为其相应的像。物点和像点的这种关系称为共轭。 若光线自左向右进行,对于实物 s0 , 若成实像 s? 0 ,若成虚像 s? 0 . 在球面反射的情况下,物空间和像空间重合。实物 s0 若成实像 s? 0 ,若成虚像 s? 0 . 相应的点称为共轭点。相应的光线称为共轭光线。实际上,物像共轭是光路可逆原理的必然结果。 S‘0:实像 P n n` P` O -s s` -s` P n P` O -s 物空间 像空间 物空间 像空间 S‘0:实像 S‘0:虚像 虚像在物空间,但实际存在的是像空间的发散光束,故像方折射率仍为n’. P O P` -s` -s 物空间 像空间 P’ P s’ -s 物空间 像空间 S‘0:虚像 * 如果平行光平行于主轴入射,即s??,则 此时s? 称为像方焦距,用f? 表示。对应的像点叫做像方焦点。用f? 表示。即 如果主轴上的物点发出的光经球面折射后平行于主轴出射,即s? ??,可得 此时s 称为物方焦距,用f 表示。对应的物点叫做物方焦点。用f 表示。即 * f 与 f? 之比为: 对于单球面折射的情况,由于n ? n? ,则| f |?| f? | 。 六. 高斯公式和牛顿公式 将焦距公式带入单球面折射成像公式,可得: 或 ——高斯公式 上式为普通的物象公式,对于一般的光学系统都成立。 * 如果物距和像距均不以球面顶点作为基准点,而分别以焦点作为基准点,如图 ? ? ? ? 即 代入高斯公式: 整理得 ——牛顿公式 * 七. 球面折射的放大率 1. 横向放大率 在上图的折射系统中, 是 的像. 由几何关系,得 近轴条件下,在入射点 O 处,由折射定律: * 将 代入上式得 定义横向放大率为: 因此 上式为球面折射的横向放大率公式 * 可以用横向放大率 的值辨别物像性质: 0 物像互为倒立,实物实像或虚物虚像, 0物像互为正立, 实物虚像或虚物实像. 1, 像放大; = 1 , 物象等大. 1,像缩小; (1) 物和像的虚实 (2) 像的放大和缩小 * 2. 角放大率 A B B A 我们定义角放大率为 和 是一对共轭角. 在上图折射系统中, A和A?是一对共轭物像点, * 因为 所以 因此有 上式称为拉格郎日不变式. 横向放大率与角放大率的关系是 由上图可得 由上式可见,要获得较大的横向放大率,就应以缩小角放大率为代价。 * 3. 平面折射和球面反射成像是单球面折射成像的特例 当r??时,球面折射过渡到平面折射成像,则球面折射的成像公式变为: 或 与前面的讨论 相同 * 对于球面反射 如图,由反射定律和符号法则可得: 再由折射定律, 可得 (这里只有计算意义) 将 n? =-n 代入单球面折射成像公式,得 根据光焦度的定义: 物理上无意义 * 令 得 令 得 因此球面镜物方焦点与像方焦点重合?. 凹面镜 凸面镜 高斯公式仍成立: * 在笛卡儿坐标系下,反射系统的实象和虚象对应的像距的正负与折射系统恰相反. 对于反射系统,S′0 为实象, S′0 为虚像; 对于折射系统, S′0为虚像,S′0 为实像. 由单球面折射系统横向放大率关系式, 在 条件下, 可得球面镜横向放大率公式 反射系统由 值辨别物像性质的原则与折射系统相同 注意 : * 例题3.4 P179 一个折射率为1.6的玻璃哑铃,长为20cm,两端的曲率半径为2cm,若在玻璃哑铃外面离哑铃左端5cm处的轴上有一物点,试求像的位置和性质。 解:(1)哑铃左端的折射面相当于一个凸球面,由符号法则及题意,有: * 由球面折射成像公式: 代入数值并求解,得 因为S1′0,则像在顶点右侧,是实像。如图 * 对于哑铃右端的界面相当于一个凹球面,由符号法则: 由

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