4、有一双平面镜系统，光线以与其中的一个镜面平行入射，经两次反射后，出射光线与另一镜面平行，问二平面镜的夹角为多少？ 7、一个折反射系统，以任何方向入射并充满透镜的平行光束，经系统后，其出射的光束仍为充满透镜的平行光束，并且当物面与透镜重合时，其像面也与之重合。试问此折反射系统最简单的结构是怎样的。 8、一块厚度为15mm的平凸透镜放在报纸上，当平面朝上时，报纸上文字的虚像在平面下10mm处。当凸面朝上时，像的放大率为β＝3。求透镜的折射率和凸面的曲率半径。 9、有一望远镜，其物镜由正、负分离的二个薄透镜组成，已知f1’=500mm, f2’=－400mm, d=300mm，求其焦距。若用此望远镜观察前方200m处的物体时，仅用第二个负透镜来调焦以使像仍位于物镜的原始焦平面位置上，问该镜组应向什么方向移动多少距离，此时物镜的焦距为多少？ 10、已知二薄光组组合，f’=1000，总长（第一光组到系统像方焦点的距离）L=700，总焦点位置lF’=400, 求组成该系统的二光组焦距及其间隔 12、有一焦距140mm的薄透镜组，通光直径为40mm，在镜组前50mm处有一直径为30mm的圆形光孔，问实物处于什么范围时，光孔为入瞳？处于什么范围时，镜组本身为入瞳？对于无穷远物体，镜组无渐晕成像的视场角为多少？渐晕一半时的视场角又为多少? 13、有一焦距为50mm的放大镜，直径D＝40mm，人眼瞳孔离放大镜20mm 来观看位于物方焦平面上的物体。瞳孔直径为4mm。问此系统中，何者为孔阑、何者为渐晕光阑，并求入瞳、出瞳和渐晕光阑的像的位置和大小；并求能看到半渐晕时的视场范围。 14、一个20倍的望远镜，视场角2W＝3.2度，物镜的焦距500mm，直径62.5mm，为系统的入瞳；在物镜与目镜的公共焦面上设有视场光阑，目镜为单个正薄透镜组，求(1)整个系统的出瞳位置和大小；(2)视阑的直径；(3)望远镜的像方视场角2W’。 15。有一4倍的伽利略望远镜(目镜为负)，物镜焦距160mm，直径40mm，眼瞳在目镜后10mm，直径5mm，为出瞳。目镜直径10mm。(1)何为渐晕光阑？其在物空间和像空间的像位置和大小？(2)无渐晕时视场角？(3)半渐晕时视场角？ 16、与一平面镜相距2.5m处有一与之平行的屏幕，其间距平面镜0.5m处有一发光强度为20cd的均匀发光点光源，设平面镜的反射率为0.9，求屏幕上与法线交点处的照度。 17、拍照时，为获得底片的适度曝光，根据电子测光系统指示，在取曝光时间为1/255s 时，光圈数应为8。现在为拍摄快速运动目标，需将曝光时间缩短为1/500s，
7.1.一双200度的近视眼，其远点在什么位置？矫正时应佩戴何种眼镜？焦距多大？若镜片的折射率为1.5，第一面的半径是第二面半径的4倍，求眼镜片二个表面的半径。 显示答案 7.2.一个5倍伽利略望远镜，物镜的焦距为120mm，当具有1000 度深度近视眼的人和具有500度远视眼的人观察用它观察时，目镜分别应向何方向移动多少距离？ 显示答案 7.4.有一16D的放大镜，人眼在其后50mm处观察，像位于眼前400mm处，问物面应在什么位置？若放大镜的直径为15mm，通过它能看到物面上多大的范围？ 显示答案 7.5.有一显微镜系统，物镜的放大率，目镜的倍率为(设均为薄透镜) ，物镜的共轭距为195mm，求物镜和目镜的焦距、物体的位置、光学筒长、物镜与目镜的间隔、系统的等效焦距和总倍率。 显示答案 7.6.一个显微镜系统，物镜的焦距为15mm，目镜的焦距为25mm，设均为薄透镜，二者相距190mm，求显微镜的放大率、物体的位置以及系统的等效焦距和倍率。如果用来作显微摄影，底片位于离目镜500mm的位置，问整个显微镜系统应向何方向相对于物面移动多少距离？整个系统的横向放大率为多少？ 显示答案 7.7.一显微镜物镜由相距20mm的二薄透镜组成，物镜的共轭距为195mm，放大率为-10×，且第一透镜承担总偏角的60%，求二透镜的焦距。 显示答案
7.8.有一望远镜，物镜的焦距为1000mm，相对孔径为1:10，入瞳与物镜重合，出瞳直径为4mm，求望远镜的倍率、目镜的焦距、望远镜的长度和出瞳的位置。 显示答案 7.9.有一7倍的望远镜，长度为160mm，求分别为开普勒望远镜和伽利略望远镜时，物镜和目镜的焦距。如果这两种望远镜的物镜焦距相同，问此时伽利略望远镜的长度可缩短多少？ 显示答案 7.10.有一双胶合的双筒棱镜望远镜物镜，其焦距mm，最后一面到像方焦点的距离为145mm，在其后加入普罗型转像棱镜组后，相当于加入二块度各为48mm的平行平板，棱镜折射率为1.5，求此时像方主面和像方焦点离该物镜最后一面的距离。若在此物镜前加上一个2倍的伽利略望远镜，问整个系统的焦距是多少？像方基点的位置有无变化？ 显示答案 7.11.一望远镜系统，为转折光轴，在其物镜之后采用一块一次反射直角棱镜，其出射面离物镜焦平面上分划板20mm，折射率为1.5，物镜的焦距240mm，通光直径50mm，视场角，计算棱镜的有关尺寸。 显示答案 7.12.有一玻璃圆棒，一端磨成5屈光度的球面，另一端磨成20屈光度的球面，长度为375mm，折射率为1.5，试问这是一个什么系统？主点在何处？ 显示答案 7.13.有一利用双透镜组转像的望远镜系统，其物镜的焦距，目镜的焦距，二转像透镜的焦距分别为，间距为250mm，系统的物方视场角
11-11 由汞弧灯发出的光，通过一绿色滤光片后，照射到相距为0.60mm 的双缝上，在距双缝2.5m 远处的屏幕上出现干涉条纹。现测得相邻两明条纹中心的距离为2.27mm ，求入射光的波长。 解：由公式 λd D x =?得 )(105.55 .2106.01027.273 3m D d x ---?=???= ??=λ 11-12 在双缝装置中，用一很薄的云母片(n = 1.58)覆盖其中的一条狭缝，这时屏幕上的第七级明条纹恰好移到屏幕中央原零级明条纹的位置。如果入射光的波长为550nm ，则这云母片的厚度应为多少？ 解：设云母片的厚度为e ，根据题意，插入云母片而引起的光程差为 λδ7)1(=-=-=e n e ne )(106.61 58.11055071769 m n e --?=-??=-=λ 11-16 波长范围为400-700nm 的白光垂直入射在肥皂膜上，膜的厚度为550nm ，折射率为1.35，试问在反射光中哪些波长的光干涉加强？哪些波长的干涉光相消？ 解：垂直入射时，考虑到半波损失，反射干涉光的光程差为 2 2λ δ+=ne 当λλ k ne =+2 2，k = 1，2，…时，干涉相长， 211055.035.122123 - ???=-=k k ne λ，取k = 3时，λ = 594nm ；取k = 4时，λ = 424nm 。 当2)12(22λ λ+=+k ne ，k = 0，1，2，…时，干涉相消， k ne 2=λ，取k = 3，λ = 495nm 。 11-18 有一楔形薄膜，折射率n = 1.4，楔角rad 410-=θ。在某一单色光的垂直照射下，可测得两相邻明条纹之间的距离为0.25cm 。试求： (1) 此单色光在真空中的波长；(2) 如果薄膜长为3.5cm ，总共可出现多少条明条纹？ 解：(1) 由楔形薄膜的干涉条件得两相邻明条纹间距：θ λ θλ n n x 2sin 2≈=? 所以 x n ??=θλ2 以n = 1.4，rad 410-=θ，△x = 0.25×10-2m 代入上式得 nm m 700107.06=?=-λ (2) 在长为3.5×10-2m 的楔形薄膜上，明条纹总数为14=?=x l m (条) 11-21 (1) 若用波长不同的光观察牛顿环，λ1 = 600nm ，λ2 = 450nm ，观察到用λ1时的第k 个暗环与用λ2时的第k +1个暗环重合，已知透镜的曲率半径是190cm 。求用λ1时第k 个暗环的半
7、1、一双200度的近视眼,其远点在什么位置？矫正时应佩戴何种眼镜？焦距多大？若镜片的折射率为1、5,第一面的半径就是第二面半径的4倍,求眼镜片二个表面的半径。 显示答案 7、2、一个5倍伽利略望远镜,物镜的焦距为120mm,当具有1000 度深度近视眼的人与具有500度远视眼的人观察用它观察时,目镜分别应向何方向移动多少距离？ 显示答案 7、4、有一16D的放大镜,人眼在其后50mm处观察,像位于眼前400mm处,问物面应在什么位置？若放大镜的直径为15mm,通过它能瞧到物面上多大的范围？ 显示答案 7、5、有一显微镜系统,物镜的放大率,目镜的倍率为(设均为薄透镜) ,物镜的共轭距为195mm,求物镜与目镜的焦距、物体的位置、光学筒长、物镜与目镜的间隔、系统的等效焦距与总倍率。 显示答案 7、6、一个显微镜系统,物镜的焦距为15mm,目镜的焦距为25mm,设均为薄透镜,二者相距190mm,求显微镜的放大率、物体的位置以及系统的等效焦距与倍率。如果用来作显微摄影,底片位于离目镜500mm的位置,问整个显微镜系统应向何方向相对于物面移动多少距离？整个系统的横向放大率为多少？ 显示答案 7、7、一显微镜物镜由相距20mm的二薄透镜组成,物镜的共轭距为195mm,放大率为-10×,且第一透镜承担总偏角的60%,求二透镜的焦距。 显示答案
7、8、有一望远镜,物镜的焦距为1000mm,相对孔径为1:10,入瞳与物镜重合,出瞳直径为4mm,求望远镜的倍率、目镜的焦距、望远镜的长度与出瞳的位置。 显示答案 7、9、有一7倍的望远镜,长度为160mm,求分别为开普勒望远镜与伽利略望远镜时,物镜与目镜的焦距。如果这两种望远镜的物镜焦距相同,问此时伽利略望远镜的长度可缩短多少？ 显示答案 7、10、有一双胶合的双筒棱镜望远镜物镜,其焦距mm,最后一面到像方焦点的距离为145mm,在其后加入普罗型转像棱镜组后,相当于加入二块度各为48mm的平行平板, 棱镜折射率为1、5,求此时像方主面与像方焦点离该物镜最后一面的距离。若在此物镜前加上一个2倍的伽利略望远镜,问整个系统的焦距就是多少？像方基点的位置有无变化？ 显示答案 7、11、一望远镜系统,为转折光轴,在其物镜之后采用一块一次反射直角棱镜,其出射面离物镜焦平面上分划板20mm,折射率为1、5,物镜的焦距240mm,通光直径50mm,视场角,计算棱镜的有关尺寸。 显示答案 7、12、有一玻璃圆棒,一端磨成5屈光度的球面,另一端磨成20屈光度的球面,长度为375mm, 折射率为1、5,试问这就是一个什么系统？主点在何处？ 显示答案 7、13、有一利用双透镜组转像的望远镜系统,其物镜的焦距,目镜的焦距,二转像透镜的焦距分别为,间距为250mm, 系统的物方视场角
十四章 几何光学习题与解答 14-1.如图所示，一束平行光线以入射角θ射入折射率为n ，置于空气中的透明圆柱棒的端面．试求光线在圆柱棒内发生全反射时，折射率n 应满足的条件． 解：设光线在圆柱棒端面的折射角为γ，在内侧面的入射角为'θ， 根据折射定律，有' sin 'cos sin sin 222θθγθn n n n -=== 光线在界面上发生全反射的条件为1 'sin ≥θn ∴发生全反射时，n 必须满足θ2sin 1+≥n 14-2.若空气中一均匀球形透明体能将平行光束会聚于其背面的顶点上，此透明体的折射率应等于多少？ 解 设球体的半径为r ,1=n 据题意球面的焦距r f 2'= 由 f n r n n Φ' ' =-'= 有 r r n n n f 2=-'' = ' 以1=n 代入，得0.2='n 透明体的折射为0.2='n ． 14-3.远处物点发出的平行光束，投射到一个空气中的实心玻璃球上．设玻璃的折射率为50.1=n ，球的半径为cm r 4=．求像的位置． 解：利用逐步成像法，对玻璃球的前后两个球面逐一成像，即可求得最后像的位置．用高斯成像公式时，应注意两个球面的顶点位置是不同的．cm r r cm r r 4,421-=-===． 或用 -∞====-=-p n n n r n n p n p n ,1,5.1,'''1'11 1 11111 对玻璃球前表面所成的像，对后表面而言是物，所以 或用 1,5.1,'''' 222 2 22222===-=-n n n r n n p n p n 像在球的右侧，离球的右边2cm 处． 14-4.如图所示的一凹球面镜，曲率半径为40cm ，一小物体放在离镜面顶点10cm 处．试作图表示像的位置、虚实和正倒，并计算出像的位置和垂轴放大率． 解：像的位置如图所示，为正立、放大的虚像． 14-5.手头只有一个白炽灯，如何简便地估计一个凹面反射镜的曲率半径和焦距？ 答：若将白炽灯放到凹面镜的焦点上，则经凹面镜反射的光为平行光，反射镜的曲率半径等于两倍焦 题图14-1
医用物理学几何光学习题 解答 Revised by Jack on December 14,2020
第十一章 几何光学 一、内容概要 【基本内容】 1. 单球面折射公式 r n n p n p n 1221'-=+ （1）近轴条件 （2）符号规定：凡是实物、实像的距离，p 、'p 均取正值；凡是虚物、虚像的距离, p 、'p 均取负值；若是入射光线对着凸球面，则r 取正值，反之，若是入射光线对着凹球面，则r 取负值． 2. 单球面折射焦距 r n n n f 1211-= r n n n f 1222-= 3．折射面的焦度 r n n Φ12-=或2211f n f n Φ== 4. 单球面折射成像的高斯公式（近轴） 1' 21=+p f p f 5．共轴系统成像规则 采用逐次成像法，先求出物体通过第一折射面后所成的像I 1，以I 1作为第二折射面的物，求出通过第二折射面后所成的像I 2，再以I 2作为第三折射面的物，求出通过第三折射面所成的像I 3，依次类推，直到求出最后一个折射面所成的像为止． 6. 薄透镜成像 （1）成像公式 )11('112 100r r n n n p p --=+ （2）焦距公式 12100)]11([ ---=r r n n n f （3）空气中 121)]11)( 1[(---=r r n f （4）高斯公式 f p p 1'11=+ 7. 薄透镜组合 2 1111f f f += 或 21ΦΦΦ+=
8. 厚透镜成像 采用三对基点作图 9. 透镜的像差 远轴光线通过球面折射时不能与近轴光线成像于同一位置，而产生像差，这种像差称为球面像差． 物点发出的不同波长的光经透镜折射后不能成像于一点的现象，称为色像差． 10. 简约眼 生理学上常常把眼睛进一步简化为一个单球面折射系统，称为简约眼. 11. 能分辨的最小视角 视力1= 最小视角以分为单位．例如医学视力表，最小视角分别为10分，2分，1分时，其视力分别是，，．标准对数视力表，规定 θlg 5-=L ，式中视角θ以分为单位．例如视角θ分别为10分，2分，1分时，视力L 分别为，，． 12．近视眼和远视眼 当眼睛不调节时，平行入射的光线，经折射后会聚于视网膜的前面，而在视网膜上成模糊的像，这种眼称为近视眼，而成像在视网膜后，这样的眼称为远视眼． 11. 放大镜的角放大率 f y f y a 2525//== 12. 显微镜的放大率 （1）理论放大率 2 '2'2525f y y y f y M ?=?= 其中y y /'为物镜的线放大率（m ），2/25f 为目镜的角放大率（a ） （）实际放大率2 1212525f f s f f s M =?= 式中s 为显微镜与目镜之间的距离；f 1为物镜的焦距；f 2为目镜的焦距。 13.显微镜的分辨本领－瑞利判据 显微镜的分辨本领β λsin 61.0n Z = 提高分辨本领方法 （1）增加孔径数 （2） 短波照射法
一：选择题（可以有多选） 1、下面关于几何光学的几本定律陈述正确的是（BCD ） A、光是沿直线传播方向传播的，“小孔成像”即是运用这一定律的很好例子。 B、不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此不影响各光束独立传播。 C、在反射定律中，反射光线和入射光线位于法线两侧，且反射角与入射角绝对值相等。D：光的全反射中，光线是从光密介质向光疏介质入射。 2、下列关于单个折射面成像，说法错误的是（D ） A、垂轴放大率仅取决于共轴面的位置。 B、折射球面的轴向放大率恒为正。 C、角放大率表示折射球面将光束变宽或是变细的能力。 D、α、γ、β三者之间的关系为γβ=α。 3、一个物体经单个折射球面成像时，其垂轴放大率β>1，且已知n
.一双200度的近视眼，其远点在什么位置矫正时应佩戴何种眼镜焦距多大若镜片的折射率为，第一面的半径是第二面半径的4倍，求眼镜片二个表面的半径。 显示答案 .一个5倍伽利略望远镜，物镜的焦距为120mm，当具有 1000 度深度近视眼的人和具有500度远视眼的人观察用它观察时，目镜分别应向何方向移动多少距离 显示答案 .有一16D的放大镜，人眼在其后50mm处观察，像位于眼前400mm处，问物面应在什么位置若放大镜的直径为15mm，通过它能看到物面上多大的范围 显示答案 .有一显微镜系统，物镜的放大率，目镜的倍率为(设均为薄透镜) ，物镜的共轭距为195mm，求物镜和目镜的焦距、物体的位置、光学筒长、物镜与目镜的间隔、系统的等效焦距和总倍率。 显示答案 .一个显微镜系统，物镜的焦距为15mm，目镜的焦距为25mm，设均为薄透镜，二者相距190mm，求显微镜的放大率、物体的位置以及系统的等效焦距和倍率。如果用来作显微摄影，底片位于离目镜500mm的位置，问整个显微镜系统应向何方向相对于物面移动多少距离整个系统的横向放大率为多少 显示答案 .一显微镜物镜由相距20mm的二薄透镜组成，物镜的共轭距为195mm，放大率为-10×，且第一透镜承担总偏角的60%，求二透镜的焦距。
显示答案 .有一望远镜，物镜的焦距为1000mm，相对孔径为1:10，入瞳与物镜重合，出瞳直径为4mm，求望远镜的倍率、目镜的焦距、望远镜的长度和出瞳的位置。 显示答案 .有一7倍的望远镜，长度为160mm，求分别为开普勒望远镜和伽利略望远镜时，物镜和目镜的焦距。如果这两种望远镜的物镜焦距相同，问此时伽利略望远镜的长度可缩短多少 显示答案 .有一双胶合的双筒棱镜望远镜物镜，其焦距mm，最后一面到像方焦点的距离为145mm，在其后加入普罗型转像棱镜组后，相当于加入二块度各为48mm的平行平板，棱镜折射率为，求此时像方主面和像方焦点离该物镜最后一面的距离。若在此物镜前加上一个2倍的伽利略望远镜，问整个系统的焦距是多少像方基点的位置有无变化 显示答案 .一望远镜系统，为转折光轴，在其物镜之后采用一块一次反射直角棱镜，其出射面离物镜焦平面上分划板20mm，折射率为，物镜的焦距240mm，通光直径50mm，视场角，计算棱镜的有关尺寸。 显示答案 .有一玻璃圆棒，一端磨成5屈光度的球面，另一端磨成20屈光度的球面，长度为375mm，折射率为，试问这是一个什么系统主点在何处 显示答案
第三章 几何光学基本原理 1．证明反射定律符合费马原理。 证明：费马原理是光沿着光程为最小值、最大值或恒定值的路径传播。 ?=B A nds 或恒值 max .min ，在介质n 与'n 的界面上，入射光A 遵守反射定律1 1i i ' =, 经O 点到达B 点，如果能证明从A 点到B 点的所有光程中AOB 是最小光程，则说明反射定律符合费马原理。 设C 点为介质分界面上除O 点以外的其他任意一点，连接ACB 并说明光程? ACB>光程 ?AOB 由于?ACB 与?AOB 在同一种介质里，所以比较两个光程的大小，实际上就是比较两个路程ACB 与AOB 的大小。 从B 点到分界面的垂线，垂足为o '，并延长O B '至 B ′ ，使B O B O '=''，连接 B O '，根 据几何关系知B O OB '=，再结合 11i i ' =，又可证明∠180='B AO °， 说明B AO '三点在一直线上， B AO ' 与A C 和B C '组成ΔB AC '，其中B C AC B AO ' +?'。 又∵ CB B C AOB OB AO B O AO B AO ='=+='+=', ACB CB AC AOB =+?∴ 即符合反射定律的光程AOB 是从A 点到B 点的所有光程中的极小值，说明反射定律符 合费马原理。 2、根据费马原理可以导出在近轴光线条件下，从物点发出并会聚到像点的所有光线的光程都相等.由此导出薄透镜的物象公式。 证明：由QB A ～FBA 得：OF\AQ=BO\BQ=f\s 同理，得OA\BA=f ' \s ',BO\BA=f\s
由费马定理：NQA+NQ A '=NQ Q ' 结合以上各式得：(OA+OB)\BA=1得证 3．眼睛E 和物体PQ 之间有一块折射率为1.5的玻璃平板(见题3.3图),平板的厚度d 为30cm.求物PQ 的像 与物体PQ 之间的距离 为多少? 解：.由题意知光线经两次折射后发生的轴向位移为： cm n d p p 10)3 21(30)11(=- =- ='，即像与物的距离为cm 10 题3.3图 4．玻璃棱镜的折射棱角A 为60度,对某一波长的光其折射率为1.6.计算(1)最小偏向角;(2)此时的入射角;(3)能使光线从A 角两侧透过棱镜的最小入射角. 解：由最小偏向角定义得 n=sin 2 A 0+θ/sin 2A ,得θ0=46゜１６′ 由几何关系知，此时的入射角为:i= 2A 0+θ=５３゜８′ 当在C 处正好发生全反射时：i 2’= sin -1 6 .11 =38゜41′,i 2=A- i 2’ =21゜19′ ∴i 1= sin -1(1.6sin 21゜19′)= 35゜34′ ∴ｉmin ＝３５゜３4′ ５．图示一种恒偏向棱角镜,它相当于一个30度-60-90度棱镜与一个45度-45度度棱镜按图示方式组合在一起.白光沿i 方向入射，我们旋转这个棱镜来改变1θ，从而使任意一种波长 的光可以依次循着图示的路径传播，出射光线为r.求证：如果2sin 1n = θ则12θθ=，且光束 i 与 r 垂直（这就是恒偏向棱镜名字的由来）． 解： i nsin sin 11=θ
第八章几何光学 一、填空题 1、单球面折射成像公式的适用条件单色光、近轴光线，一切凸、凹球面成像。 2、由于球面折射使远轴光线和近轴光线不汇聚在同一点而产生的像差称为球面像差。 3、眼睛的分辨本领用_视力_表示。它被定义为眼睛分辨的最小 4、单凸球面的曲率半径为50，其两侧的折射率分别为 n1=1.02=1.5，则单球面两焦距为f1100、f2=150，此单球面的焦度为_1。 5、折射率为1.5的平凸透镜在空气中的焦距为50，则该凸透镜凸面的曲率半径为25 。 6、折射率为1.5的薄透镜，在空气中的焦距为f，则它在水中 的焦距为4f。 7、共轴球面系统的三对基点是两焦点_、两主点_、两节点。 8、薄透镜成像公式的高斯形式只适用于薄透镜两侧介质均是空气的情况。 9、纤镜具有导光和导像的作用。 10、薄透镜的焦距与折射本领_有关，焦距越短，它的汇聚或发 散本领会越强。 11、把焦距为20的凸透镜和焦距为40的凹透镜贴合在一起，组
合透镜的焦度为2.5D。 12、一近视眼患者的远点为2m，则他看远处物体时应配戴-50度的眼镜。 13、检查视力时，受检者站在5m处看清最上一行“E”字的视力 为0.1，另一人需站在4m处才能看清最上面一行“E”字，则此人的视力为_0.08。 14、一架显微镜的镜筒长20，物镜的焦距为0.4，目镜的焦距为 2.5，则该显微镜的放大率为500。 15、显微镜的u角是60°，若光源波长为500，则该显微镜的干物镜和油浸物镜（油浸物镜的折射率为 1.50）的数值孔径分别0.866_和_1.299_，能分辨的最小距离分别为352 和235 。 16、显微镜的物镜上标有N·A值，其名称为数值孔径。 17、一远视眼患者的近点为100，要使其看清眼前20处的物体，它应配戴400度的凸透镜。 二、单项选择题 （D）1、折射率为1.5的薄透镜空气中焦度为6D,将它浸入某种液体中，焦度变为-3D，则该液体的折射率为。 A. 2 B. 1.33 C. 3 D. 1.75 （B）2、一半径为R的圆球透明体，能将无穷远处射来的近轴平行光线汇聚于第二折射面的顶点上，则此透明体的折射率 为。 A.1.5 B.2 C.1.52 D.1.33
十四章 几何光学习题与解答 14-1.如图所示，一束平行光线以入射角θ射入折射率为n ，置于空气中的透明圆柱棒的端面．试求光线在圆柱棒内发生全反射时，折射率n 应满足的条件． 解：设光线在圆柱棒端面的折射角为γ，在内侧面的入射角为'θ， 根据折射定律，有' sin 'cos sin sin 222θθγθn n n n -=== 光线在界面上发生全反射的条件为1 'sin ≥θn ∴发生全反射时，n 必须满足θ2sin 1+≥n 14-2.若空气中一均匀球形透明体能将平行光束会聚于其背面的顶点上，此透明体的折射率应等于多少？ 解 设球体的半径为r ,1=n 据题意球面的焦距r f 2'= 由 f n r n n Φ'' =-'= 有 r r n n n f 2=-'' = ' 以1=n 代入，得0.2='n 透明体的折射为0.2='n ． 14-3.远处物点发出的平行光束，投射到一个空气中的实心玻璃球上．设玻璃的折射率为50.1=n ，球的半径为cm r 4=．求像的位置． 解：利用逐步成像法，对玻璃球的前后两个球面逐一成像，即可求得最后像的位置．用高斯成像公式时，应注意两个球面的顶点位置是不同的．cm r r cm r r 4,421-=-===． cm r n n f 12415.15.11'11=?-=-= cm f n f 85 .112'111-=-=-= cm f p p p f p f 12'',,1''1111 111==∞==+ 或用 -∞====-=-p n n n r n n p n p n ,1,5.1,'''1'11 1 11111 cm p p 12,4 15.11'5.1'11=-=∞-- 题图14-1
几何光学习题 1、关于小孔成像的下列说法中正确的是（） A．像的形状与孔的形状有关． B．像的大小与孔的大小有关． C．像的形状与孔的形状无关． D．像的大小与孔的大小无关． 2、关于日食和月食，正确的说法是（） A．位于月球本影中的人，能看到月全食． B．位于月球半影中的人，能看到日偏食． C．整个月球位于地球半影内，出现月偏食． D．月球位于地球本影内，出现月全食． 3、小孔照相机的屏与孔相距10cm，物体离开小孔的距离是200cm，则像高与物高的比是______． 4、太阳光照在浓密的树林里，地上常出现许多圆的光斑，这是由于______产生的． 5、房内h高度有一点光源S，并在该位置以初速为 水平抛出一个小球，它恰好落在竖直墙壁和地面的交点C（如图所示），则小球(A)在BC上的影子作什么运动，影子的速度多大？
6、有一个在地球赤道上方飞行的人造卫星，日落2h后赤道附近的人仍能在正上方看到它，试求它的最低高度(地球半径为6.38×106m)． 7、织女星离地球的距离约等于2.6×1014km，我们仰望天空看见织女星所发出的光实际上是多少年前发出的？ 8、光束在水中传播1m所需的时间内在空气中能传播多远（光在水中的传播速度为空气中的3/4）？ 9、图是迈克耳孙用转动八面镜法测定光速的实验示意图，S 为发光点，T是望远镜，AB=l=35.5km，为了能在望远镜中看见发光点S，八面镜的旋转频率应等于多少（OB《AB》）？
10、已知太阳光射到地球的时间为8min20s，试估算太阳质量(万有引力恒量G=6.7×10-11N·m2/kg2)． 参考答案 1、CD． 2、BD． 3、． 4、太阳通过间隙小孔在地上形成太阳的像． 5、匀速直线运动，速度大小为 ．
一、 选择题 思考题作业3：选择：光由光疏介质进 ）波长变长 （D ）频率变大 思考题作业4：选择：光学系统的虚物定入光密介质时，有 （A ）光速变大 （B ）波长变短 （C 义为 （A ）发散的入射同心光束的顶点 （B ）会聚的入射同心光束的顶点 （C ）发散的出射同心光束的顶点 （D ）会聚的出射同心光束的顶点。 二、 作图题： 1．MN 为薄透镜的主轴, AB 和BC 是一对共扼光线.用作图的方法找出透镜的两个主焦点F 、F '的 位置，图示出透镜的性质。 三、 计算题： 1、某玻璃棱镜的折射棱角A 为45o，对某一波长的光，其折射率n=1.6，请计算：（1）此时的最小偏向角；（2）此时的入射角；（3）使光线从A 角两侧透过棱镜的最小入射角。 解：（1）∵2 sin 2 sin α δαm n += , ∴m δ=2arcsin αα-)2sin (n =2arcsin 45)2 45sin 6.1(-?= 4576.372-?=30.5o （2）)(21min 1αδ+=i =)455.30(2 1 +=37.75o (3) 1 1sin sin i i n '==22 sin sin i i ' ∴2sin i =n i 2sin '=6 .190sin =6.11,6.11 arcsin 2=i =38.68o=38o41′ 而21 i i -='α=45o-38o41′=6o19′ )sin arcsin(11i n i '==)916sin 6.1arcsin('? ≈10.3o 2、光从水中射入到不与空气的界面，取水的折射率1n =4/3，空气的折射率2n =1，求此时的临界角。 解：c i =arcsin 1 2n n =arcsin 3/41=arcsin 43 ≈49o （光从玻璃棱镜与空气的界面上，玻璃棱镜的折射率为 1n =1.5，空气的折射率2 n =1，则 c i =arcsin 1 2n n =arcsin 13/2=arcsin 2 3≈42o） 3、水面下20cm 处有一点光源，试求出能折射出水面的光束的最大圆半径。 解：由题意可知，当水面下点光源S 射向水面的光线入射角i ≥c i 时，光线不能折射出水面，否则就可以折射出水面。 则折射出水面的光束最大圆半径为AB=AS ×tg c i n 空
2.解：由v c n =得： 光在水中的传播速度:)/(25.2333 .1)/(1038s m s m n c v =?==水水 光在玻璃中的传播速度:)/(818.165 .1)/(1038s m s m n c v =?==玻璃玻璃 3.一高度为1.7米的人立于离高度为5米的路灯(设为点光源)1.5米处，求其影子长度。 解：根据光的直线传播。设其影子长度为x ,则有 x x +=5.157.1可得x =0.773米 4.一针孔照相机对一物体于屏上形成一60毫米高的像。若将屏拉远50毫米，则像的高度为70毫米。试求针孔到屏间的原始距离。 解：根据光的直线传播,设针孔到屏间的原始距离为x ，则有 x x 605070=+可得x =300（毫米） 5. 有一光线以60°的入射角入射于的磨光玻璃球的任一点上， 其折射光线继续传播到球表面的另一点上，试求在该点反射和折射的光线间的夹角。 解：根据光的反射定律得反射角''I =60°，而有折射定律I n I n sin sin ' '=可得到折射角'I =30°，有几何关系可得该店反射和折射的光线间的夹角为90°。 6、若水面下200mm 处有一发光点，我们在水面上能看到被该发光点照亮的范围(圆直径)有多大？ 解：已知水的折射率为 1.333,。由全反射的知识知光从水中到空气中传播时临界角为： n n m I 'sin ==333 .11=0.75，可得m I =48.59°，m I tan =1.13389，由几何关系可得被该发光点照亮的范围(圆直径)是2*200*1.13389=453.6(mm)
7、入射到折射率为 的等直角棱镜的一束会聚光束(见图1-3)， 若要求在斜面上 发生全反射，试求光束的最大孔径角 解：当会聚光入射到直角棱镜上时，对孔径角有一定的限制，超过这个限制，就不会 发生全反射了。 由n I m 1sin =，得临界角 26.41=m I 得从直角边出射时，入射角 74.34590180=---=m I i 由折射定律 n U i 1sin sin =，得 5.68U =即 11.362U =
当前位置：第七章典型光学系统－望远镜与转像系统 本章要点 望远镜与转像系统 1. 望远镜的成像原理与放大率 2. 望远镜的分辨率与正常放大率 3. 望远镜的瞄准精度 4. 望远镜的主观亮度 5. 望远镜的光束限制 6. 望远镜的物镜和目镜，视度调节 7. 望远镜的棱镜转像系统、单组透镜转像系统和双组透镜转像，场镜的作用 8. 光学系统外形尺寸计算（含棱镜展开及空气平板法） 引言 典型光学系统包括 眼睛放大镜显微镜望远镜摄影系统投影与放映系统§ 7-4 望远镜与转像系统 ?望远镜的成像原理 ?望远镜的放大率 望远镜是目视光学系统，其放大率为视觉放大率： 可见，当物镜的焦距大于目镜的焦距时视觉放大。 筒长。当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距长，导致筒长增大。 当像方视场角一定时，放大率越大物方视场越小。 出瞳要与眼瞳匹配，当放大率大时入瞳增大导致镜筒增大。 ?望远镜的分辨率与正常放大率 望远镜的正常放大率应使望远镜能分辨的眼睛也能分辨。 光学仪器的极限分辨角为，要求（眼睛的极限分辨角） 得即为正常放大率。此时出瞳与眼瞳相当。
?望远镜的瞄准精度 因为望远镜有视觉放大作用，如果眼睛直接观察时的瞄准精度为，则通过望远镜观察时 的瞄准精度为。 想一想：实际上望远镜的放大率不一定都是正常放大率，针对不同的用途应如何选择其大小？ ?望远镜的主观亮度 主观亮度指眼睛观察到的像的明亮程度。望远镜的主观亮度对点光源和扩展光源具有不同的特征。 1.点光源：指引起视网膜上一个细胞感应的光源，这时感觉到的明亮程度取决于光通量。设点光源发光强度为，观察距离为，是眼睛的透过率，是望远镜的透过率。 眼睛直接观察时接收的光通量为 眼睛通过望远镜观察时接收的光通量为 ①当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳 ②当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳 ③当，进入望远镜的光通量不全进入眼瞳 应取，有 所以，高倍望远镜具有增大点光源主观亮度的作用。 当望远镜入瞳一定时，随倍数增大出瞳逐渐减小，至出瞳与眼瞳相当时，继续增大放大倍数不再影响主观亮度。 2.扩展光源 眼睛通过望远镜观察扩展光源的主观亮度取决于网膜上的照度。 由照度公式, 眼睛直接观察时 用望远镜观察时望远镜像的亮度 于是所以
第十一章 几何光学 班号 学号 姓名 日期 一、选择题 1．折射率为1.52的玻璃板放在一个充满水的水罐上，玻璃板的底面与水面接触。如果一束光以入射角?35进入玻璃板，则这束光进入水中时的折射角为 (A) ?29； (B) ?41； (C) ?32； (D) ?38。 ( ) 2．使用放大镜观察一个甲虫，我们的眼睛位于放大镜的焦点附近。欲使观察甲虫时的视角放大率为5，则选择放大镜的焦距为 (A) cm 0.5； (B) cm 5.6； (C) cm 5.9； (D) cm 5.3。 ( ) 3．设有一个半径为R 的球面，球面的左侧是空气，球面右侧是玻璃长圆柱（5.1=n ），过 球面顶点O 和曲率中心C 的连线是主光轴。设曲率半径是cm 12＝ R ，在主光轴上距O 点为cm 15的左侧有一支小小的烛焰（如图） (A) 烛焰在玻璃中呈一倒立的缩小的实像； (B) 烛焰在玻璃中呈一倒立的放大的实像； (C) 烛焰在空气中呈一正立的放大的虚像； (D) 烛焰在空气中呈一倒立的放大的虚像。 ( ) 4．一条金鱼在水中静止着，距水面为m 5.0，一个人自上往下垂直观察，金鱼的视深为： (A) m 20.0； (B) m 26.0； (C) m 30.0； (D) m 38.0。 ( ) 5．关于光焦度，有下面几种说法，把正确的选出来 (A) 凸透镜的光焦度为负，凹透镜的光焦度为正； (B) 光焦度是描述透镜的光学特征的物理量，当周围的介质是空气时，透镜的光焦度与焦距互为倒数； (C) 光焦度是表征光源发光强度的物理量； (D) 光焦度是描述物体表面接受光照强弱程度的物理量。 ( ) 6．以下有几种说法，请把正确的说法选出来 (A) 为了将物体看得更清楚，就需要增大视角，因此把物体移到越近越好； (B) 正常人的眼睛在明视距离（cm 25=d ）直接观察物体，总是能把物体看得很清楚； (C) 利用光的全反射现象，可以测定某种未知溶液的折射率； (D) 利用平面镜只可以成像，不可以控制光路。 ( ) 7．以下诸判断中哪一个是错误的？ (A) 球面凹镜总是成实像； (B) 球面凸镜总是成虚像； (C) 球面凹镜能够成放大的像，也能够成缩小的像，能够成正立的像，也能够成倒立的像；
第一章 几何光学基本定律 1. 已知真空中的光速c ＝38 10?m/s ，求光在水（n=）、冕牌玻璃（n=）、火石玻璃（n=）、加拿大树胶（n=）、金刚石（n=）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=时，v=m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=时，v=m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝时，v=m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=时，v=m/s ， 当光在金刚石中，n=时，v=m/s 。 2. 一物体经针孔相机在屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出： ,所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm 。 3. 一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n =），下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃 板上盖一圆形的纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小 1mm I 1=90? n 1 n 2 200mm L I 2 x
2211sin sin I n I n = 66666.01 sin 2 2== n I 745356.066666.01cos 22=-=I 88.178745356 .066666 .0* 200*2002===tgI x mm x L 77.35812=+= 4.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n 0sinI 1=n 2sinI 2(1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有： (2) 由（1）式和（2）式联立得到n 0. 5. 一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。
光学习题 十四章几何光学习题 14-1.如图所示，一束平行光线以入射角?射入折射率为n，置 于空气中的透明圆柱棒的端面．试求光线在圆柱棒内发生全反射时，折射率n应满足的条件．14.2.若空气中一均匀球形透明体能将平行光束会聚于其背面的 图14-1 顶点上，此透明体的折射率应等于多少？ 14-3.远处物点发出的平行光束，投射到一个空气中的实心玻璃球上．设玻璃的折射率为n?1.50，球的半径为r?4cm．求像的位置． 14-4.如图所示的一凹球面镜，曲率半径为40cm，一小物体放在 离镜面顶点10cm处．试作图表示像的位置、虚实和正倒，并计算出像的位置和垂轴放大率．14-5.手头只有一个白炽灯，如何简便地估计一个凹面反射镜的 曲率半径和焦距？ 14-6.高为h0的物体，在焦距f'?0的薄透镜左侧，置于0?p?f的位置。试用作图法表示像的位置，实、虚，放大还是缩小，正立还是倒立．并用文字指明． 14-7.高为h0的物体，在焦距f'?0的薄透镜左侧，放置在p?f的位置，试用作图法表示像的位置，实、虚，放大还是缩小，正立还是倒立。并用文字指明． 14-8.一竖立玻璃板的折射率为1.5，厚度为10cm，观察者在玻璃板后10cm处，沿板的法线方向观察置于同一法线上10cm处的一个小物体时，它距离观察者有多远？ 14-9.某人对2.5m以外的物看不清楚，需要配多少度的眼镜？ 14-10．为下列情况选择选择光焦度合适的眼镜． （1）一位远视者的近点为80.0cm; (2 ) 一位近视者的远点为60.0cm.． 14-11.一双凸薄透镜的两表面半径均为50mm，透镜材料折射率n=1.5，求该透镜位于空气中的焦距为多少？ 14-12.一台显微镜，物镜焦距为4mm，中间像成在物镜像方焦点后面160mm处，如果目镜是20X的，则显微镜的总放大率为多少？ 14-13.将开普勒型天文望远镜倒过来可作激光扩束装置，设有一个这种类型望远镜，其物镜焦距为30cm，目镜焦距为1.5cm，则它能使激光的直径扩大多少倍？ 14-14．一玻璃棒(n=1.5)，长50cm，两端面为半球面，半径分别为5cm和10cm，一小物高0.1厘米，垂直位于左端球面顶点之前20厘米处的轴线上． 求：(1)小物经玻璃棒成像在何处? (2)整个玻璃棒的垂轴放大率为多少?