光学基础:透镜成像

一、透镜

    透镜由两个折射曲面组成,折射曲面一般是球面或平面。其中,边缘薄、中间厚的叫凸透镜;边缘厚、中间薄的叫凹透镜。有实验表明,在透镜的中部有一个特殊点,当光线透过该点时,传播方向不发生改变。这个点叫作光心,以O表示。通过光心O的任意直线叫作透镜的光轴。通过透镜两个球面的球心C1和C2的光轴,叫作主光轴,简称主轴。透镜的厚度通常比它的球面半径小得多,这种透镜叫作薄透镜,这里只研究薄透镜。

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透镜

二、透镜成像规律

1.凸透镜成像规律

(1)物距u>2f,像缩小,倒立,成实像,与物异侧,像距为2f>v>f,应用实例照相机。

(2)物距u=2f,像等大,倒立, 成实像,与物异侧,像距为v=2f,应用实例测焦距。

(3)物距2f>u>f,像放大,倒立, 成实像,与物异侧,像距为v>2f,应用实例幻灯机。

(4)物距u=f,不成像,获得平行光。

(5)物距u<f,像放大,正立,成虚像,与物同侧,应用实例放大镜。

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凸透镜成像规律

2.凹透镜成像规律

(1)实物:物距任意,像缩小,正立,成虚像,物像同侧。

(2)虚物:物距|u|>2f,像缩小,倒立,成虚像,物像异侧。物距|u|=2f,像等大,倒立,成虚像,物像异侧。物距f<|u|<2f,像放大,倒立,成虚像,物像异侧。物距|u|=f,成像于无穷远。物距|u|<f,像放大,正立,成实像,物像同侧。

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凹透镜成像规律

三、透镜成像公式

透镜成像中,物距u、像距v和焦距f三者之间的关系可用公式1/u+1/v=1/f表示。

四、透镜的应用

照相机、幻灯机、投影仪、放大镜、眼睛和眼镜、显微镜和开普勒望远镜都是透镜应用的实例。

五、视角与明视距离

1.观察物体时,从物体两端(上、下或左、右)引出的光线在人眼光心处所成的夹角。物体对眼睛所成的视角越大,它在视网膜上所成的像就越大。显微镜和望远镜的实质是扩大了人们眼睛的视角。

2.明视距离在距眼睛25cm处的物体在视网膜上所成的像清楚,因此把25cm的距离叫作正常眼睛的明视距离。而近视眼的明视距离小于25cm,远视眼的明视距离大于25cm。

六、全反射

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全反射是折射光线与反射光线重合

1.全反射现象

光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时,光全部反射回光密介质的现象。

2.光密介质与光疏介质的比较

1.光密介质:折射率大,光速小。

2.光疏介质:折射率小,光速大。

3.相对性:若n甲>n乙,则甲是光密介质,若n甲<n乙,则甲是光疏介质。

3.临界角

折射角等于90°时的入射角叫作临界角。用公式表示为:sinC=1/n。

4.发生全反射的条件

1.光由光密介质射向光疏介质;

2.入射角≥临界角。

5.全反射现象的理解

1.光线射向两种介质的界面上,会同时发生光的反射和折射。

2.若光从光密介质射入光疏介质,折射角大于入射角。

3当折射角等于90°时,实际上就已经没有折射光线了,这时的入射角为临界角C,当入射角θ1≥临界角C时,折射光线消失,发生全反射现象。

光纤的的全反射

七、光导纤维

实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝,直径在几微米到一百微米之间,在内芯和外套的界面上发生全反射。

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