第三章几何光学优秀PPT.ppt

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1、本课内容：31光线的概念32费马原理33单心光束、实像和虚像34光在平面界面上的反射和折射31光线的概念（阅读和自学）32费马原理 光沿光程为极值的路程传播。表达式：1）费马原理可干脆推出光在匀整介质沿直线 传播的定律。2）费马原理可证明光的折射定律和反射定律。（阅读和自学）33单心光束、实像和虚像n单心光束：具有单个顶点的光束。n实 物：发散的入射光束的顶点（如P1、P1、P2、P4）n虚 物：会聚的入射光束的顶点（如P3）。n发光点：发出单心光束的顶点，分实物发光点 和虚物发光点。P1P2 P1P4P3一、几个概念一、几个概念n像：发光点发出的光束，假如经过反射或折n 射后照旧具有单心性，

2、形成的新顶点就是n 此发光点的像。n实 像：发光点的像是会聚光束中各光线实际n 的会聚点（如P1、P3、P4）。n虚 像：发光点的像是发散光束各光线反向延n 长线（虚光线）的会聚点（如P2）.P1P2 P1P4P334光在平面界面上的反射和折射（1）反射）反射n发光点在平面界面上所成的像为虚像，发光点与其所成像相对于界面是对称的。n光在平面界面上的反射不破坏光束的单心性。二、实物、实像和虚像的联系与区分（自学）二、实物、实像和虚像的联系与区分（自学）光在平面界面上的反射不破坏光束的单心性光在平面界面上的反射不破坏光束的单心性光在平面界面上的反射能做成志向的成像系统（像无形变）n2n1A2(x2

3、，0)B1B2OP1(0，y1)yxi2i1i1+i1i2+i2P2(0，y2)P(0，y)A1(x1，0)P(x,y)（2）折射）折射 子子 午午 像像 弧弧 矢矢 像像由附由附录录3-1可得可得P1和和P2点的点的纵纵坐坐标标分分别别是是:P点的坐标为：点的坐标为：OB1P(0,y)n2n1B2yxP(x,y)P2P1i1假如将右图绕oy 轴转过一个小角度，则顶点为P 的三角形 PA1A2展成一个单心的发散光束。但折射光束的单心性遭到破坏：光束中的各光线相交于两条相互垂直的线段弧矢像线和子午像线。OB1P(0,y)n2n1B2yx子午像线子午像线P2P1i1A1A2弧矢像线弧矢像线n2n1

4、A2(x2，0)B1B2OP1(0，y1)yxi2i1i1+i1i2+i2P2(0，y2)P(0，y)A1(x1，0)P(x,y)子子 午午 像线像线 弧弧 矢矢 像线像线折射光束单心性已被破坏折射发生像散现像（物点的像是两条线段）B1B2折射光束的单心性遭到破坏！折射光束的单心性遭到破坏！OB1Pn2n1B2yxPPP2P2n保持单心性的条件仅当P点发出的光束垂直于界面时 当P点发出的光束垂直于界面时，矢像线和子午像线合为一点，折射光束为单心光束，像散消逝。OB1P(0,y)n2n1B2yxP(x,y)y2y1i1当n1n2 时，yy，y称像似深度。由以上的探讨可知：1）光在平面界面上的反射

5、不破坏光束的单心 性，所成的像为完善虚像。2）光在平面界面上折射，光束的单心性遭到 破坏，折射光束为像散光束，各光线的反 向延长线交于相互垂直的线段弧矢像 线和子午像线。3）发光点在平面界面上折射所成的像为不完 善虚像（像散现像）。例使一束向点会聚的光在到达点之前通过一平面例使一束向点会聚的光在到达点之前通过一平面玻璃板，假如将玻璃板垂直于光束的轴竖放，问会聚点将朝哪玻璃板，假如将玻璃板垂直于光束的轴竖放，问会聚点将朝哪个方向移动？移动多少？个方向移动？移动多少？分析：要求PP,先证AP平行于CP，再由入射角 与折射角的关系，求出l,即可求出结果。解：对于i=0情况下的结果，可由公式简单地得到利用光路可逆原理一次折射的物二次折射的像一次折射的像二次折射的物（3）全反射、光学纤维n1n2n1n全反射：对光线只有反射而无折射的现像。当i1=ic时，i2=90，所以n光学纤维光学纤维 为了使更大范围内的光束能在光学纤维中传播，光纤应选择折射率差值较大的材料n1n2在空气中，能在光纤中传播的光线的最大入射角（4）棱镜）棱镜出射线和入射线之间的交角出射线和入射线之间的交角 称为偏向角称为偏向角顶角顶角A偏向偏向角角又因又因所以所以可以证明：当可以证明：当 时偏向角达最小值时偏向角达最小值最小偏向角：最小偏向角：又当：又当：时，折射角为时，折射角为