光學基礎:透鏡成像

2020-12-04 蝸牛談原理

一、透鏡

透鏡由兩個折射曲面組成,折射曲面一般是球面或平面。其中,邊緣薄、中間厚的叫凸透鏡;邊緣厚、中間薄的叫凹透鏡。有實驗表明,在透鏡的中部有一個特殊點,當光線透過該點時,傳播方向不發生改變。這個點叫作光心,以O表示。通過光心O的任意直線叫作透鏡的光軸。通過透鏡兩個球面的球心C1和C2的光軸,叫作主光軸,簡稱主軸。透鏡的厚度通常比它的球面半徑小得多,這種透鏡叫作薄透鏡,這裡只研究薄透鏡。

透鏡

二、透鏡成像規律

1.凸透鏡成像規律

(1)物距u>2f,像縮小,倒立,成實像,與物異側,像距為2f>v>f,應用實例照相機。

(2)物距u=2f,像等大,倒立, 成實像,與物異側,像距為v=2f,應用實例測焦距。

(3)物距2f>u>f,像放大,倒立, 成實像,與物異側,像距為v>2f,應用實例幻燈機。

(4)物距u=f,不成像,獲得平行光。

(5)物距u<f,像放大,正立,成虛像,與物同側,應用實例放大鏡。

凸透鏡成像規律

2.凹透鏡成像規律

(1)實物:物距任意,像縮小,正立,成虛像,物像同側。

(2)虛物:物距|u|>2f,像縮小,倒立,成虛像,物像異側。物距|u|=2f,像等大,倒立,成虛像,物像異側。物距f<|u|<2f,像放大,倒立,成虛像,物像異側。物距|u|=f,成像於無窮遠。物距|u|<f,像放大,正立,成實像,物像同側。

凹透鏡成像規律

三、透鏡成像公式

透鏡成像中,物距u、像距v和焦距f三者之間的關係可用公式1/u+1/v=1/f表示。

四、透鏡的應用

照相機、幻燈機、投影儀、放大鏡、眼睛和眼鏡、顯微鏡和克卜勒望遠鏡都是透鏡應用的實例。

五、視角與明視距離

1.觀察物體時,從物體兩端(上、下或左、右)引出的光線在人眼光心處所成的夾角。物體對眼睛所成的視角越大,它在視網膜上所成的像就越大。顯微鏡和望遠鏡的實質是擴大了人們眼睛的視角。

2.明視距離在距眼睛25cm處的物體在視網膜上所成的像最清楚,因此把25cm的距離叫作正常眼睛的明視距離。而近視眼的明視距離小於25cm,遠視眼的明視距離大於25cm。

六、全反射

全反射是折射光線與反射光線重合

1.全反射現象

光從光密介質入射到光疏介質的分界面上時,光全部反射回光密介質的現象。

2.光密介質與光疏介質的比較

1.光密介質:折射率大,光速小。

2.光疏介質:折射率小,光速大。

3.相對性:若n甲>n乙,則甲是光密介質,若n甲<n乙,則甲是光疏介質。

3.臨界角

折射角等於90°時的入射角叫作臨界角。用公式表示為:sinC=1/n。

4.發生全反射的條件

1.光由光密介質射向光疏介質;

2.入射角≥臨界角。

5.全反射現象的理解

1.光線射向兩種介質的界面上,會同時發生光的反射和折射。

2.若光從光密介質射入光疏介質,折射角大於入射角。

3當折射角等於90°時,實際上就已經沒有折射光線了,這時的入射角為臨界角C,當入射角θ1≥臨界角C時,折射光線消失,發生全反射現象。

光纖的的全反射

七、光導纖維

實際用的光導纖維是非常細的特製玻璃絲,直徑在幾微米到一百微米之間,在內芯和外套的界面上發生全反射。

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