教育學(xué)嘉應(yīng)學(xué)院PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 教育學(xué)嘉應(yīng)學(xué)院教育學(xué)嘉應(yīng)學(xué)院 第1頁(yè)/共33頁(yè) 一、幾何光學(xué)的點(diǎn)、線、面 二、幾何光學(xué)的基本定律 三、費(fèi)馬原理 第2頁(yè)/共33頁(yè) 一、幾何光學(xué)的點(diǎn)、線、面 點(diǎn)光源：沒(méi)有大小的幾何發(fā)光點(diǎn)。理想模型 光源尺寸遠(yuǎn)大于光束傳播距離時(shí)，光源抽象為點(diǎn)光源 發(fā)光物體表面-發(fā)光面：有很多小面元組成，每一個(gè)小面元可抽象為一個(gè)點(diǎn)光源 發(fā)光面 光學(xué)系統(tǒng) 確定每個(gè)點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)所稱的像點(diǎn) 可確定發(fā)光面的成像像通常也為一個(gè)面-像面 像面也可以認(rèn)為由許多點(diǎn)構(gòu)成 第3頁(yè)/共33頁(yè) 光線：表示光傳播方向的輔助線 代表光波傳播方向 一、幾何光學(xué)的點(diǎn)、線、面 水平方向傳播的一束光 抽象為一束光 點(diǎn)光源向四面八方發(fā)射

2、光束 每一光束抽象為一條光線 光線是幾何光學(xué)里的輔助線 不存在像線一樣細(xì)的光線 波面：位相相同的點(diǎn)組成的面 光線總是垂直于波面 沿波面的法線方向 點(diǎn)光源發(fā)射球面波平面波 第4頁(yè)/共33頁(yè) 同心光束：點(diǎn)光源發(fā)射球面波各條光線都匯聚于一點(diǎn)，光束只有一個(gè)中心-同心光束 球面波-同心光束 點(diǎn)光源發(fā)射球面波各條光線都匯聚于一點(diǎn)，光束只有一個(gè)中心-同心光束 一、幾何光學(xué)的點(diǎn)、線、面 非同心光束 發(fā)散同心光束 匯聚同心光束 點(diǎn)光源發(fā)射發(fā)散同心光束 第5頁(yè)/共33頁(yè) 一、幾何光學(xué)的點(diǎn)、線、面 光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng) 同心光 束 非同心 光束 點(diǎn)物發(fā)射同心光束，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)變換后出射，仍為同心光束 完善成像 同心光

3、 束 點(diǎn)物發(fā)射同心光束，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)變換后出射，為非同心光束 非完善成像 完善成像 希望獲得哪種成像？ 第6頁(yè)/共33頁(yè) 1 光的直線傳播定律 各向同性的均勻介質(zhì)中，光沿著直線傳播。 光的直線傳播圖例 第7頁(yè)/共33頁(yè) 第8頁(yè)/共33頁(yè) C A B A 反射定律 入射光線、入射點(diǎn)界面的法線、反射光線三者共面，入射光線與反射光線分居于法線的兩側(cè)，且入射角與反射角絕對(duì)值相等。 II 一束光線由折射率為n的介質(zhì)射向折射率為n的介質(zhì)，在分界面上，一部分光線將被反射，另一部分光線將被折射，反射光線和折射光線的傳播方向?qū)⒆裱瓷涠珊驼凵涠伞?角度正負(fù)規(guī)定：由光線轉(zhuǎn)向法線，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù) 第9頁(yè)

4、/共33頁(yè) C A B A 3光折射定律 入射光線、入射點(diǎn)界面的法線、折射光線三者共面，入射角I與折射角I之間滿足下列關(guān)系式 sinsinInIn 反射定律看作折射定律中特例。 II 角度正負(fù)規(guī)定：由光線轉(zhuǎn)向法線，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù) nn 第10頁(yè)/共33頁(yè) 光路可逆性：沿出射方向入射一束光線，此時(shí)光線沿原路返回 利用光路的可逆性可以由物求像，也可以由像求物。 A A TEXTTEXTTEXT 第11頁(yè)/共33頁(yè) 全反射現(xiàn)象: n n I I 光從折射率為n的光密介質(zhì)射入，折射率為 的光疏介質(zhì) n nn n介質(zhì)稱為光密介質(zhì) 稱為光束介質(zhì) n 假設(shè) II 根據(jù)折射定律 m III增增大大為為

5、當(dāng)當(dāng)也也增增大大增增大大I 臨界角臨界角象象射，該現(xiàn)象為全發(fā)射現(xiàn)射，該現(xiàn)象為全發(fā)射現(xiàn) 失，入射光線全部反失，入射光線全部反繼續(xù)增大，折射光線消繼續(xù)增大，折射光線消，當(dāng)，當(dāng)增大為增大為 m I II 0 90 全反射現(xiàn)象條件：光從光密介質(zhì)射入的光疏介質(zhì) n n ar sinIm sinsinInIn 第12頁(yè)/共33頁(yè) TEXTTEXTTEXT 返 回 第13頁(yè)/共33頁(yè) I （1）全反射棱鏡 第14頁(yè)/共33頁(yè) （2）光纖的全反射傳光 i max 2 n 1 n 1 0 n 21 nn c c o 90 )( )()()( max C C o Cosn SinnSinnSin 1 11 90

6、1 2 n n Sin c )( 2 1 2 1 1)()( max n n nSin 2 2 2 1 nn arcsin( max 內(nèi)光線能在光纖傳播內(nèi)光線能在光纖傳播只有在只有在最大入射角最大入射角 maxmax , 第15頁(yè)/共33頁(yè) 第16頁(yè)/共33頁(yè) （2）光纖的全反射傳光 全反射光纖 返 回 第17頁(yè)/共33頁(yè) 極值 B A dsn 光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，在非均勻介質(zhì)中怎樣傳播？ 一、費(fèi)馬原理 1. 光在空間兩定點(diǎn)間傳播，沿光程為的極值路徑轉(zhuǎn)播。 n B A ds B A dsn0:或 極值：極大值、極小值或常量，通常為極小值 第18頁(yè)/共33頁(yè) (2) 光程為極大值 (1)

7、等光程的例子 回轉(zhuǎn)橢球凹面鏡,自其一個(gè)焦點(diǎn)發(fā)出,經(jīng)鏡面反射后到達(dá)另一焦點(diǎn)的光線等光程. AB A B M M D D 反射鏡MM與回轉(zhuǎn)橢球切與D點(diǎn),由A點(diǎn)發(fā)出過(guò)D點(diǎn)符合反射定律的光線,必過(guò)橢球另一焦點(diǎn)B,光線的光程比任何路徑的光程都大. 第19頁(yè)/共33頁(yè) 透鏡成像時(shí)： 物點(diǎn)到像點(diǎn)的光程取恒定值。 P P 第20頁(yè)/共33頁(yè) 2 用Fermat原理推導(dǎo)幾何光學(xué)三定律 A. 直線傳播定律 ;B. 反射定律; C. 折射定律. 易證直線傳播定律和反射定律 如何用Fermat原理推證折射定律 ? （1）證明入射光線與折射光線共面； （2）證明Snell定律。 即 （習(xí)題1 ） 第21頁(yè)/共33頁(yè) P

8、 P: 和 構(gòu)成的平面 AO BO n2 S n1 S ： n1與n2的分界面； （1）證明入射光線與折射光線共面 A B P P O O O、O: A、B在分界面 S上的垂點(diǎn)； 入射光線 與折射光線共面 APB比APB的光程短 由兩個(gè)直角三角形 和 的斜邊與直角 邊的長(zhǎng)短比較 APP BPP 第22頁(yè)/共33頁(yè) n1 n2 x a i1 i2 A B OO P h2 h1 光程: PBAP 21 nn 2 2 2 2 2 1 2 1 hxan hxn Fermat原理要求光程 D取極值: 0 dx d (2) 證明Snell定律。 第23頁(yè)/共33頁(yè) n1 n2 x a i1 i2 A B

9、OO P h2 h1 2211 ininsinsin 0 2 2 2 2 2 1 2 1 dx hxanhxnd 0 2 2 2 2 2 1 2 1 hxa xan hx xn 第24頁(yè)/共33頁(yè) 結(jié)束 返 回 一、物方光線和像方光線 二、物和像 三、物空間和像空間 四、物像的相對(duì)性 第25頁(yè)/共33頁(yè) 物方光線:光線未通過(guò)系統(tǒng)前稱為物方光線。 物方光線連接著物體。 光線通過(guò)系統(tǒng)后稱為像方光線 像方光線連接著物體的像。 物：物方光線的相交點(diǎn) 像：像方光線的相交點(diǎn)； 第26頁(yè)/共33頁(yè) 實(shí)物：物方光線實(shí)際相交的點(diǎn)為實(shí)物點(diǎn)； 實(shí)像：像方光線實(shí)際相交的點(diǎn)為實(shí)像點(diǎn)； 虛物：物方光線延長(zhǎng)后相交點(diǎn)為虛物點(diǎn)

10、； 虛像：像方光線延長(zhǎng)后相交的點(diǎn)為虛像點(diǎn) (a）實(shí)物成實(shí)像 (b) 實(shí)物成虛像 (c) 虛物成實(shí)像 (d) 虛物成虛像 第27頁(yè)/共33頁(yè) 物方光線延長(zhǎng)線交點(diǎn) 像方光線反向延長(zhǎng)線交點(diǎn) B A 返 回 第28頁(yè)/共33頁(yè) 物空間：即物體所在的空間；實(shí)物所在的空間為實(shí)物空間，虛物所在空間為虛物空間，無(wú)論實(shí)物空間還是虛物空間都使用實(shí)物空間介質(zhì)的折射率。 像空間：即像所在的空間；實(shí)像所在的空間為實(shí)像空間，虛像所在空間為虛像空間，無(wú)論實(shí)像空間還是虛像空間都使用實(shí)像空間介質(zhì)的折射率。 第29頁(yè)/共33頁(yè) 光線未通過(guò)系統(tǒng)（界面）前稱為物方光 線，物方光線連接著物體（實(shí)物或虛物 ），物體所在空間為物方空間，物

11、方空 間使用系統(tǒng)前方介質(zhì)折射率 光線通過(guò)系統(tǒng)（界面）后稱為像方光線 ，像方光線連接著物體的像（實(shí)像或虛 像），像所在空間為像方空間，像方空 間使用系統(tǒng)后方介質(zhì)折射率 返 回 第30頁(yè)/共33頁(yè) 物和像都是相對(duì)于某一成像系統(tǒng)而言 物體連續(xù)經(jīng)過(guò)幾個(gè)成像系統(tǒng)，則前一個(gè)系統(tǒng)所成的像即成為下一系統(tǒng)的物 如此不斷成像得到最終的像 實(shí)物、虛物、實(shí)像、虛像視情況而定，但作為第一個(gè)（原始、出發(fā)的）物一定是“實(shí)體”。 第31頁(yè)/共33頁(yè) 解：臨界角表達(dá)式為： 1-2. 光線由水射向空氣，求在界面處發(fā)生全反射時(shí)的臨界角。當(dāng)光線由玻璃內(nèi)部射向空氣時(shí)，臨界角又為多少？n水=1.33， n玻璃=1.52 n n Ic arcsin 可得：光線由水射向空氣臨界角 o c I75.48 光線由玻璃射向空氣臨界角 o c I14.41 1-4