1、第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学几何光学主要研究光通过光学系统的传播或成像。几何光学的基本定律是光学仪器设计的理论根据。第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学 16.1 16.1 几何光学的基本定律几何光学的基本定律 一、一、 几何光学的实验定律几何光学的实验定律 1. 光的直线传播定律 2. 光的独立传播定律和光路可逆原理 （1）光的独立传播定律：光在传播的过程中与其它光束相遇时，各光
2、束都各自独立传播而不改变其原来的传播方向。 （2）光路可逆原理光若沿反方向传播时，它将逆着同一路径传播。 3. 光的反射定律和折射定律第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学（1）反射定律11ii 第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学（2）折射定律2211sinsininin第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学光在两点之间传播，其实际的光程总为极值（极大值、极小值、恒定值）。nds=极值（极大值、极小值、恒定值） 二、二、 费马原理费马原理第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理
3、学大学物理学三、三、 全反射全反射由折射定律可知，若 则 ，即折射光线远离法线。 12nn 12ii121sinnnic当入射角时，就不再有折射光线而光全部被反射，这种现象叫全反射。 1ici 第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学全反射的应用 等腰直角三角形棱镜 光纤 第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学16.2 光在球面上的折射与反射光在球面上的折射与反射一、一、 基本概念和符号法则基本概念和符号法则1. 基本概念主主（光）轴（光）轴 点物和球面曲率中心的连线单心光束单心光束 如果一束光束中，所有光线的延长线或反向延长线相交
4、于一点当且仅当只有一个交点，则该光束称为单心光束。物和像物和像 物和像都有虚实之分，发散的入射光束的顶点叫实实物物，会聚的入射光束的顶点叫虚物虚物；会聚的出射光束的顶点叫实像实像，发散的出射光束的顶点叫虚像虚像。近轴条件近轴条件 （1）近轴物：物离光轴很近（物点到光轴的距离远小于球面的曲率半径。（2）近轴光线： 由物点射向镜面的光线与光轴的夹角很小（这时角的正弦可用角度本身代替）。第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学2. 符号法则新笛卡尔符号法则：（1）轴向线段，由参考点向左量取线段为负，向右量取线段为正；对于球面光学系统，常取球面顶点为参考点；（2）垂轴线段
5、，上正下负；（3）光线与光轴（法线）的夹角，并取小于的角度，由光轴（法线）转向光线，顺时针转角为正，逆时针转角为负；（4）图上线段和角度都标记绝对值，称为全正图形，例如s表示的某线段值是负的，则应用(-s)来表示该线值的几何长度；（5）取正向光路，即初始入射光线自左向右进行。第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学二、二、 近轴单球面折射横向放大率近轴单球面折射横向放大率物像关系图 第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学ssnnyy线放大率 0 成正向像，像的虚实与物相反；0成倒像，像的虚实与物相一致。第16章 几何光学几何光学基础
6、大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学16.316.3透镜透镜一、一、 厚透镜的成像厚透镜的成像 厚透镜 12 横向放大率 111snsn222snst n第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学二、二、 薄透镜的成象作图法薄透镜的成象作图法对于近轴光： 1.过物方焦点的光线，经透镜折射后与主光轴平行。 2.平行于主光轴的入射光线，经透镜折射后通过像方焦点。 3.过透镜光心的光线经透镜后方向不变。近轴物点凸透镜和凹透镜作图法 第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学16.416.4共轴球面系统的基点和成像公式共轴球面系统的基点和成像公式一、共轴球面系统的基点一、共轴球面系统的基点2.一对主点主点3.3.一对节点一对节点二、二、 共轴球面系统成像作图法共轴球面系统成像作图法成像作图法 1.一对焦点第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学16.516.5光学仪器的基本原理光学仪器的基本原理一、一、 眼睛眼睛1眼睛结构简介眼球剖面图 视角 第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学三、显微镜三、显微镜二、放大镜二、放大镜第16章 几何光学几何光学基础大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学四、四、 望远镜望远镜开普勒望远镜 伽利略望远镜
