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1.阐明光线、折射率、光程、光学系统、理想成象、实物、虚物、实象、虚象和物、象空间等物理概念。 2.阐明平面反射、折射成象的规律。重点阐明球面镜反射成象、球面折射成象、薄透镜成象的构象公式以及平行光线和任意光线的成象作图法,培养学生的计算和作图的能力。 3.了解费马原理的物理思想,用费马原理推导反射或折射定律。 4.着重叙述基点、基面的物理意义。了解薄透镜的组合成象 5.阐明全反射的物理规律。扼要介绍光导纤维的构造和应
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第三章
几何光学的基本原理
教学基本要求:
• 阐明光线、折射率、光程、光学系统、理想成象、实物、
虚物、实象、虚象和物、象空间等物理概念。
• 阐明平面反射、折射成象的规律。重点阐明球面镜反射成
象、球面折射成象、薄透镜成象的构象公式以及平行光线和
任意光线的成象作图法,培养学生的计算和作图的能力。
• 了解费马原理的物理思想,用费马原理推导反射或折射定
律。
• 着重叙述基点、基面的物理意义。了解薄透镜的组合成象
• 阐明全反射的物理规律。扼要介绍光导纤维的构造和应用
。
§3-1 基本概念及基本实验定律
一、光线与波面
1. 光线:形象表示光的传播方向的几何线。
说明:① 同力学中的质点一样,光线仅是一种抽象的数学模型。
它具有光能,有长度,有起点、终点,但无粗细之分,
仅
代表光的传播方向。任何想从实际装置(如无限小的
孔)
中得到“光线”的想法均是徒劳的。
② 无数光线构成光束。
2. 波面:光传播中,位相相同的空间点所构成的平面或曲面。
③ 光沿光线方向传播时,位相不断改变。
说明: ① 波面即等相面,也是一种抽象的数学模型。
② 波面为平面的光波称为平面光波(如平行光束);为球
面的称为球 面光波(如点光源所发光波);为柱面
的
称为柱面光波(如缝光源所发光波)
3. 光线与波面的关系
在各向同性介质中,光线总是与波面法线方向重合。即光线与波
面总是垂直的。
平面波 球面波 柱面波
二、几何光学的基本实验定律
1. 直线传播定律:在均匀介质中,光总是沿直线传播的。
2. 反射定律:
2
i
'
1
i
1
i
1
n
2
n
① 反射线在入射线和法线决定的平面内;
② 反射线、入射线分居法线两侧;
③
1
'
1
ii
3. 折射定律:
2
i
'
1
i
1
i
1
n
2
n
① 折射线在入射线和法线决定的平面内;
② 折射线、入射线分居法线两侧;
③
1122
sinsin inin
4. 独立传播定律:
5. 光路可逆原理:
自不同方向或不同物体发出的光线相交时,对每一光线的传
播
不发生影响。即各自保持自己原有的特性,沿原方向继续传播,互
不影响。
在几何光学中,任何光路都是可逆的。
§3-2 费马原理
极值
B
A
dsn
光在均匀介质中总是沿直线传播的,光在非均匀介质中又是怎样
传播的?费马借助光程的概念,回答了该问题。
一、费马原理
1. 表述: 光在空间两定点间传播时,实际光程为一特定的极值。
2 、表达式:
n
B
A
ds
B
A
dsn 0:
或
3. 说明:
① 意义:费马原理是几何光学的基本原理,用以描绘光在空间两定点间的传播规律。
② 用途: A . 可以推证反射定律、折射定律等实验定律。由此反证了费马原理的正确
性 .
③ 极值的含义:极小值,极大值,恒定值。一般情况下,实际光程大多取极小值。
B. 推求理想成象公式。
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suofen9703
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