幾何光學(xué)基礎(chǔ) 光的基本概念和基本定律 幾何光學(xué)基本定律

幾何光學(xué)基本定律教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)教學(xué)目的思政元素專業(yè)—敬業(yè)、細(xì)心—耐心掌握幾何光學(xué)的基本定律、原理幾何光學(xué)基本定律和原理會(huì)運(yùn)用幾何光學(xué)的基本定律和符號(hào)規(guī)定幾何光學(xué)基本定律PART01

一、幾何光學(xué)基本定律

各向同性的均勻介質(zhì)中，光是沿著直線傳播的。這一定律可以解釋很多自然現(xiàn)象。光的直線傳播定律一、幾何光學(xué)基本定律光的獨(dú)立傳播定律

來自不同方向的光線在傳播途中相遇時(shí)，彼此互不影響，各自獨(dú)立地傳播；在相交處，其相互作用是簡單地相加。一、幾何光學(xué)基本定律光的反射定律入射光線、反射光線和法線三者位于同一個(gè)平面入射光線和反射光線分別位于法線的兩側(cè)

入射角和反射角二者絕對(duì)值相等且符號(hào)相反nn’i-i”入射光線反射光線法線一、幾何光學(xué)基本定律光的折射定律入射光線、折射光線和法線三者位于同一平面內(nèi)入射角和折射角的正弦之比為一個(gè)常數(shù)，即為兩種介質(zhì)的折射率之比入射光線和折射光線分別位于法線的兩側(cè)或一、幾何光學(xué)基本定律光的折射定律

光線垂直入射介質(zhì)表面時(shí)，不改變方向，但速度減慢，波長減小。n=1n’=1.33由折射定律：i=0時(shí)，i’=0一、幾何光學(xué)基本定律光的折射定律

光線以一定角度入射介質(zhì)表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏折。n=1n’=1.33一、幾何光學(xué)基本定律例1當(dāng)光線以30°入射角從空氣射向水面，水的折射率為1.33，問其反射光線和折射光線的方向？解：已知代入反射定律公式，得反射角為：代入折射定律公式，可求得折射角為：n=1n’=1.33i=30°i’=?-i”=?一、幾何光學(xué)基本定律例1當(dāng)光線以30°入射角從水射向空氣，水的折射率為1.33，問其折射光線的方向是多少？解：已知代入折射定律公式，可求得折射角為：n’

=1i’=?i=30°n=1.33一、幾何光學(xué)基本定律光的折射定律由上面例子可以看出光從低折射率介質(zhì)射入高折射率介質(zhì)時(shí)，折射角減小光從高折射率介質(zhì)射入低折射率介質(zhì)時(shí)，折射角增大案例水面以下的物體看起來比實(shí)際高，是因?yàn)檠劬φJ(rèn)為光沿直線傳播魚在水中看水面物體時(shí)，視角增大，是因?yàn)樗姓凵浣切∷畮缀喂鈱W(xué)原理PART02

二、幾何光學(xué)原理光路可逆原理

一條光線沿著一定的路線，從空間的A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)。如果我們?cè)贐點(diǎn)，按照與B點(diǎn)出射光線相反的方向投射一條光線，則此反向光線必沿同一條路線通過A點(diǎn)，光線傳播的這種性質(zhì)稱為光路可逆原理。二、幾何光學(xué)原理全反射原理表示入射光線由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，折射光線不再存在，入射光線全部反射回原介質(zhì)中。臨界角（全反射角）指折射角等于90°時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角。二、幾何光學(xué)原理全反射原理例：光線由水中射向空氣，臨界角是多少？i’=90

n2=1imn1=1.33全反射由于光能量損失小，常用于遠(yuǎn)距光的傳輸（光導(dǎo)纖維0、醫(yī)用窺鏡等。幾何光學(xué)符號(hào)規(guī)定PART03

三、幾何光學(xué)符號(hào)規(guī)定光路方向規(guī)定光線傳播方向從左向右為正光路，反之為逆光路。沿軸線段：由計(jì)算起點(diǎn)（原點(diǎn)）到終點(diǎn)的方向與光線傳播方向相同者為正值，反之為負(fù)值規(guī)定：球面曲率半徑r、物距l(xiāng)和像距l(xiāng)’以折射面頂點(diǎn)為原點(diǎn)。垂軸線段：以光軸為界，光軸上方為正，光軸下方為負(fù)線段三、幾何光學(xué)符號(hào)規(guī)定角度一律以銳角度量，由起始邊到終邊，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。

孔徑角u、u’（光線與光軸的夾角）是由光軸轉(zhuǎn)向光線入射角i、反射角i”和折射角i’（光線與法線的夾角）是由光線轉(zhuǎn)向法線球心角φ法線與光軸的夾角）是由光軸轉(zhuǎn)到法線

光路圖中的所有幾何量都以絕對(duì)值標(biāo)注。φ小結(jié)光路可逆原理全反射原理光的直線傳播定律光的獨(dú)立傳播定律光的反射定律光的折射定律幾何光學(xué)基本定律幾何光學(xué)符號(hào)規(guī)定幾何光學(xué)原理沿