1、第三章,几何光学的基本原理,制作人：从守民,物理系 从守民,3-1 几何光学的基本定律和原理,几何光学撇开光的波动本性，以几何定律和某些实 定律为基础的光学称为几何光学。,一、光线和波面 物与象光线表示光的传播方向线光束有无数光线构成波面等相面，在各向同性介质中，光线和波面是垂直的。单心光束球面波平行光束平面波象散光束高次曲面,物：入射光束的心,实物发散,虚物会聚,实象会聚的心象：出射光束的心 虚象发散的心,物理系 从守民,球面波,平面波,物理系 从守民,物空间象空间分别是入射光束和出射光束所在的空间。也可用这两个空间判断物象的实和虚（同学们思考）完善成象：单心性不被破坏。,二、几何光学的实验
2、定律,1.光的直线传播定律。（各向同性介质中）,2.反射定律和折射定律：,共面,分于法线两侧,角度关系,3.光的独立传播定律和光路可逆原理（各向同性介质中）,三、费马原理几何光学的基本原理。,过去表述：光沿所需时间为极值的路径传播。现在表述：光沿光程取极值的路径传播。,物理系 从守民,光程(ACB)为,例：用费马原理导出折射定律,物理系 从守民,光程取极值，只可能是极小值，光程对x求一介导数,令其为0,有三角形几何关系可得,指出：费马原理和力学中的最小作用量原理等价，在处理变折射光学问题很重要。,3-2 光在平面界面上的反射和折射,一、光的平面反射,1.能否完善成象？ 保持光束的单心性能完善成
3、象2.成象规律讨论 物象关于镜面对称、等大、旋性相反 物象间象空间重合，3.用途：主要用于改变光的行进方向和成象位置,S,S,物空间，也是像空间，两者重合,物在物空间，像不在像空间，实物成虚象,问：虚物能否成实象？,物理系 从守民,二、平面折射,单心性受到破坏，不能完善成像,在近垂直窄光束条件下，可近似完善成像,P,1.空间立体单心元光束折射,画出的弧线（子午交线）,2.近似完善成象。,窄光束 条件 垂直入射,，当n2n1时，yy。如从水面上看下面的鱼,5.成象规律讨论 物象同侧 实物成虚象虚物成实象（物象之间分开）,物理系 从守民,例：水深度为60cm处有一个青蛙，在水面上方看到的青蛙上升了
4、多少cm?,解：,上升的高度为H=(1-n2/n1)*(水深度),物理系 从守民,三、全反射及其应用,时，,临界角。,全反射的应用：改变光路，光导纤维,四、棱镜,可证,时，,有极小值。,作用：改变光路 色散分光,物理系 从守民,3-3 球面反射和折射,一.符号法则：,笛卡儿坐标，以顶点为参考点左边为负右边为正；一光轴为准上方为正，下方为负。角度，以主轴或法线转向某光线顺时针为正，逆时针为负。图中标出必须保证为正值即本身为负是加负号。,二.单球面反射,1.单心性被破坏 不能完善成象。2.近似成象：近轴光线,可导出,3.焦点焦距,物理系 从守民,主光轴,凹面镜,横向放大率,有相似三角形得：,实物成
5、实象,实物成虚象,三、单球面折射不能完善成象近似完善成象：近轴物近轴光线,焦距,反号在两侧,物理系 从守民,3-4 薄透镜,一、光连续在几个球面上的折射1.共轴球面下绕2.逆次成象法（隔离体）二、薄透镜物象公式：,厚度,和半径相比可忽略时为薄透镜。,焦点焦距,高斯公式,牛顿公式,三.作图求象法1.平行光线法：将特征光线适用于主轴处物点2.倾斜光线法：副轴：过焦平面和光心的直线物方焦平面性质：,3-5复合光具组的基点基面 理想光具组,一.基点和基面 1.焦点和焦平面,2.主点和主平面,一对主平面性质,。将光线的多次实际偏折等效于在主平面上,的一次偏折来代替,3.节点,，角放率,过节点光线不改变方向。,二.复合光具组基点基面的确定,令光学间隔,1.系统主点：,2.系统焦点,空气中主点和节点重合。,返回,
