光学几何光学.ppt

第一页，共二十六页，2022年，8月28日 第一部分 几何光学 第二页，共二十六页，2022年，8月28日 §14-5 薄透镜 §14-4 光在球面上的反射和折射 §14-3 光在平面上的反射和折射 §14-2 几何光学基本定律 §14-1 关于光的本性的认识发展简史 第三页，共二十六页，2022年，8月28日 傅科测出光在水中的速度小于空气中速度—决定性判据 17—19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 S S1 S2 M1 M2 L §14-1　关于光的本性的认识发展简史 解释光直线传播和衍射现象 第四页，共二十六页，2022年，8月28日 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。 第五页，共二十六页，2022年，8月28日 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 §14–2 几何光学基本定律 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 第六页，共二十六页，2022年，8月28日 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 第七页，共二十六页，2022年，8月28日 二、光的反射和折射定律 反射定律：反射光线在入射面内，且 i' = i 法线 入射面 i i' r n1 n2 折射定律：折射光线在入射面内，且 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 v1、v2分别为光在两介质中的速度 第八页，共二十六页，2022年，8月28日 三、全反射 i1 r1 n1 n2 ic称为全反射的临界角 采用尼康6mm鱼眼镜头拍摄的照片 i2 r2 ic 全反射 水折射率 n1 = 1.33 空气折射率 n2 = 1.0 2×49°= 98°的空间范围 全反射刚好出现时的入射角 鱼从水中往天上看时，得到 光线从光密到光疏 第九页，共二十六页，2022年，8月28日 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 第十页，共二十六页，2022年，8月28日 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 设 ?、 ?1 分别为光在真空中、介质中的波长 四、光程 设 ? 为单色光的频率，c 为光在真空中的传播速度 则 第十一页，共二十六页，2022年，8月28日 S P n' 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 S 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 第十二页，共二十六页，2022年，8月28日 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 §14-3 光在平面上的反射和折射 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 第十三页，共二十六页，2022年，8月28日 平面是最简单的光学系统 n1 S 一、平面反射成像 n2 S' 点光源物点 像点虚像 像点实像 n1 S n2 S' 虚物点 对称平面 第十四页，共二十六页，2022年，8月28日 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 平面折射的情况下不能理想成像 第十五页，共二十六页，2022年，8月28日 近轴条件 球面 主光轴 球面中心 §14-4 光在球面上的反射和折射 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