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1、光学几何光学现在学习的是第1页，共26页现在学习的是第2页，共26页现在学习的是第3页，共26页傅科测出光在水中的速度小于空气中速度决定性判据1719世纪牛顿的微粒说惠更斯的波动说光是从光源发出的微粒流光是介质（以太）中的机械波开始占统治地位19世纪初波动说杨氏双缝实验显示干涉现象惠更斯-菲涅耳原理能1850年波动说获得更多的支持傅科旋转镜法测光速SS1S2M1M2L解释光直线传播和衍射现象现在学习的是第4页，共26页解释与实物作用过程（光的吸收与发射）中发生的现象解释传播过程（反射、折射、干涉、衍射和偏振）中发生的现象赫兹实验证实了19世纪60年代麦克斯韦电磁波理论光电效应、康普顿效应20世
2、纪初波动理论遭遇困难光具有波粒二象性表现为粒子表现为波动光是电磁波的预言等不能用波动说解释波粒二象性是一切微观粒子的共同属性。现在学习的是第5页，共26页在远近有端(小孔)于光，故景库(倒像)内也 一、光的直线传播定律墨经(两千年前)对针孔成像的记载 这种几何线称为光线在均匀介质中光沿直线传播，光线为直线 壁高下首高下足下光上光屏午端景库 针孔成像是光沿直线传播的典型实例 用带有方向的几何线表示光的传播方向现在学习的是第6页，共26页光线因折射向上弯曲非均匀介质中光线炎热夏日的阳光下，远处路面似乎是潮湿的 冷空气 热空气 产生错觉的影像将因折射而沿曲线传播 现在学习的是第7页，共26页二、光的
3、反射和折射定律 反射定律：反射光线在入射面内，且 i = i法线入射面iirn1n2 折射定律：折射光线在入射面内，且12sinsinnnri 2211 ,vvcncn 第一介质和第二介质的绝对折射率定义为 两种介质的相对折射率定义为 1221nnn v1、v2分别为光在两介质中的速度 现在学习的是第8页，共26页三、全反射i1r1n1n2ic称为全反射的临界角采用尼康6mm鱼眼镜头拍摄的照片 i2r2ic全反射22c190sinsinnnin 211121csinsinnnni 水折射率 n1 = 1.33 空气折射率 n2 = 1.0 249= 98的空间范围 全反射刚好出现时的入射角鱼从
4、水中往天上看时，得到光线从光密到光疏现在学习的是第9页，共26页n 全反射的应用 全反射棱镜 45 45 45 改变光的行进方向 角锥棱镜 光导纤维 传递光能或光信息 作为反射器 45 45 自行车反光片 现在学习的是第10页，共26页v1 为光在折射率为n1 的介质中的传播速度折射率的定义为11vcn 设 、 1 分别为光在真空中、介质中的波长11n 1 四、光程设 为单色光的频率，c 为光在真空中的传播速度则现在学习的是第11页，共26页SPn n r r 折射率与几何路程的乘积 nr 称为光程n r + n r 光在介质中所走过的路程折算成光在介质中走过路程为 r，所需要的时间为 r/v
5、 nrrcrc vvS 到P 的光程为光程光波经过两种介质在相同的时间内，光在真空中走过的路程为 在折射率为 n 的介质中光传播的速度为 v 相同时间内光在真空中的路程现在学习的是第12页，共26页一个发射光线的光源与几何点一样单心光束发散光束点光源物点像点实像像点虚像这样的光源称为点光源或物点只有几何位置而没有大小现在学习的是第13页，共26页平面是最简单的光学系统n1S一、平面反射成像n2S点光源物点像点虚像像点实像n1Sn2S虚物点对称平面现在学习的是第14页，共26页当人眼的观察位置移动二、平面折射成像发散光束人眼看到的物点的近似像点焦散曲线近似像点所观察到的虚像点位置也随之移动 平面
6、折射的情况下不能理想成像现在学习的是第15页，共26页近轴条件球面主光轴球面中心顶点一、近轴条件下单球面的反射物距像距根据反射定律得 -i= i AC为角平分线 SCCSSAAS 反射点或折射点与顶点之间圆弧的圆心角很小物点到主光轴的距离远小于球面的曲率半径符号规定P162现在学习的是第16页，共26页近轴条件下，角-u与-u都很小，得 sSOSAsOSAS ,)()()()(srrsss rss211 2rf 代入上式得 即得球面反射镜在近轴条件下的反射公式 s物点在无穷远处 焦距焦点焦点的共轭点是无穷远点 反射公式又可写为fss111 现在学习的是第17页，共26页焦距焦点对于凸面镜 f
7、0，s 0，则s恒为正值 无论物体放在镜面前何处，得到的都是虚像 虚像点发散光束 对于凹面镜 f 0，s 0, 有会聚作用对凹球面， f0, 有发散作用现在学习的是第20页，共26页由两个共轴折射曲面构成的光学系统称为透镜若透镜的厚度比焦距小很多，则称为薄透镜六种基本透镜类型的主截面 （通过主光轴的平面） 现在学习的是第21页，共26页采用逐次成像法进行推导一、薄透镜成像的基本公式物距对O2是虚物点第一球面O1折射后成像于S 111rnnsnsn 像距对于球面O2 对O2是物距222rnnsnsn 两式相加得 221112rnnrnnsnsn 空气中 n1 = n2 1 2111)1(11rr
8、nss像距现在学习的是第22页，共26页二、焦点 焦距 焦平面 副光轴F平行光会聚于焦点焦点发出的光成平行光像方焦距主光轴像方焦点焦平面主光轴同相面AB物方焦点 s由 得 2111)1(1rrnff Ff 物方焦距 2111)1(1rrnff s由 得现在学习的是第23页，共26页像方焦距f 表征薄透镜的会聚与发散光束的能力薄透镜成像的高斯公式 fss 111像高与物高之比b 称为成像的横向放大率 空气中的薄透镜 ss b bf 0的透镜为会聚透镜现在学习的是第24页，共26页结论：理想的薄透镜不会引起附加相位差三、薄透镜的一个性质过镜心与主光轴斜交的直线称为副光轴 过焦点与主光轴垂直的平面称为焦平面 AP平行于副光轴的光汇聚于焦平面焦平面副光轴B垂直于副光轴产生亮点F现在学习的是第25页，共26页点击按钮可进入第二部分现在学习的是第26页，共26页