1.5、透镜成像1.薄透镜成像公式是:的正负仍秉持“实正、虚负”的法则。2.组合透镜成像若果由焦距分别为两片薄透镜构成一个透镜组(共主轴)将一个点光源S置于主轴上距透镜u处,在透镜另左侧距透镜v1-5-4)所示。对这一成像结果,可以从以下两个不同的角度来考虑。由于A、B都是薄透镜,所以相互靠拢地放到一起仍可看成一个薄透镜。设这个组合透镜的焦距是f,则应有坐落A两侧距A坐落透镜B两侧,再经B成像假如A、B中有凹透镜,只要取负的代入即可。3.光学仪器的放大率虚像光学仪器的放大率幻灯下、照相机都是常见的虚像光学仪器。因为这种仪器获得的是物体的虚像,从而放大率m通常是指所有成虚像的宽度放大率,即v=mu。假如有一幻灯机,当幻kt板与荧幕相距2.5m时,可在荧幕上得到放大率为24的像;倘若得到放大率为40的像,这么,假定幻kt板不动,镜头和荧幕应分别联通多少?按照第一次放映可知,可知荧幕应移远1.54m。实像光学仪器的放大率望远镜和显微镜是常见的实像光学仪器。因为此类仪器得到的是物体的实像,目的是扩大观察的视角,因而放大率m通常是指视角放大率。
倘若直接观察物体的视角为α,用仪器观察物体的视角为β,这么先看显微镜的放大率。假如有一台显微镜,目镜焦距为处,试证明显微镜的放大率显微镜的光路如图1-5-5示,AB经目镜成一放大虚像相对L都较小,但是B很紧靠图1-5-5察者的明视距离d上)。由于都是近轴光线,所以此时观察者从物镜中看见若观察者不用显微镜,直接观看AB的视角αtan则显微镜的放大率mLdAB下边再看天文望远镜的放大率,假若天文望远镜的目镜焦距为望远镜成像光路如图1-5-6所示,远处物体AB由目镜成像,之后再由物镜在远处成一实像远处的物体AB的视角,近似为图中的α图1-5-64.常见的光学仪器投影仪器影片机、幻灯机、印相放大机以及绘图用的投影仪等,都属于投影仪器,它的主要部份是一个会聚的投影镜头,将画片成放大的实像于屏幕上,如图1-5-7。因为物距u略小于焦距f,画片总在物方焦平面附近,像距υf,放大率它与像距v成反比。一光学系统如图1-5-8所示,A为物平面,垂直于光轴,L为会聚透镜,M与光轴成45角的平面镜。P为像面,垂直于经平面镜反射后的光轴。
设物为A面上的一个“上”字,试在图1-5-9中虚像面P上画出像的形状。耳朵鼻子是一个相当复杂的天然光学仪器。从结构上看,类似于照相机,1-5-10为眼珠在水平方向的剖面图。其中遍布视觉神经的网膜,相当于照相机中的感光底片,虹膜相当于照相机中的可变光阑,它中间的圆孔称为眼瞳。眼球中的巩膜是一个折射率不均匀的透镜凸透镜成像规律的光路作图,包在眼珠外边的坚毅的膜,最前面的透明部份称为结膜,其余部份为巩膜。结膜与巩膜之间的部份称为前房,其中饱含水状液。巩膜与网膜之间眼珠的型腔,称为后房,其中饱含玻璃状液。所以,耳朵是一个物、像方介质折射率不等的反例。聚焦光无穷远时,图1-5-9后房玻璃状液巩膜结膜网膜视网膜盲区结膜虹膜眼瞳前房水状液图1-5-10物焦距f=17.1mm,像方焦距f=22.8。耳朵是通过改变巩膜的曲率(焦距)来调节聚焦的距离。耳朵胸肌完全松驰和最紧张时所能清楚看见的点,分别名为它调节范围的远点和近点。正常耳朵的远点在无穷远。斜视眼的眼珠过长,无穷远的物体成像在网膜之前,它的远点在有限远的位置。近视眼的眼珠过短,无穷远的物体成像在网膜以后(虚物点)。
矫治斜视眼和近视的墨镜应分别是凹透镜和凸透镜。所谓近视,是因为眼珠在不同方向的平面内曲率不同导致的,它须要非球面透镜来矫治。视角、视角放大物体的两端对人眼光心所张的角度称作视角,视角的大小跟物体的规格及物体到人眼的距离有关。当两物点(或同一物体上的两点)对人眼视角大小I)时,才会被人眼分辨。在看小物体时,为了减小视角就要减短物眼宽度离,但当其大于人眼近点距离时,黄斑上所成的像反倒模糊不清。因此,必须使用光学仪器来减小视角。图1-5-11是人眼(E)通过放大镜观察物体AB,当人眼紧靠光心时视角。BOAB若物体很紧靠焦点,且成像于明视距离凸透镜成像规律的光路作图,则:cm图1-5-12cmABAEB25的比值称作光学仪器的视角放大率。用β表示视角放大率,即有cmcmABAB2525显微镜图1-5-13是显微镜成像原理图。被观察物体AB放在目镜的光心可观察到位于明视距离的实像25252525cmcmL,因而在估算放大率时用L代表目镜像距。一般显微镜焦距很小,多为mm数目级,明镜焦距稍长,但通常也在2cm以内。图1-5-13望远镜望远镜用于观察大而远的物体,如图1-5-14,图1-5-15分别表示开普勒望远镜和伽利略望远镜的光路图。
两种望远镜都是用焦距较长的凸透镜做目镜。远处物体从同点发出的光线可近似为平行光,因而将在目镜的焦平面上成一虚像。开普勒望远镜的物镜也是凸透镜,其焦距较短,物方焦平面和目镜的像方焦平面几乎重合。结果,以。而伽利略望远镜的物镜则是凹透镜,当它的物方焦平面(在左侧)与目镜的像方焦平面重合时,虚像却成了虚物,经凹透镜折射成像于无穷远处。由图中看出伽利略望远镜观察到的像是正立的,可用于观察地面物体,而开普勒望远镜观察到的像是倒立的,只适宜作为天文望远镜。从图中的几何关系还可看出两种望远镜的视角放大率均为:还有一类望远镜的目镜是凹面镜,称为反射式望远镜。小型的天文望远镜都是反射式望远镜。图1-5-15例4、焦距均为f与两个方形平面反射镜放置如图1-5-22。二透镜共轴,透镜的主轴与二平面镜垂直,并通过二平面镜的中心,四镜的半径相同,在主轴上有一点光源O。1、画出由光源往右的一条光线OA(如图1-5-22所示)在此光学系统中的的能看见的像,什么是虚像?哪些是实像。3、现在用不透明板把1、光线OA的第一次往返光路如图1-5-23所示。当光线由图中左方返点后,将继续往右下方进行,作第二次往返。第二次往返的光路在图中未画出,可按图中光路对称于主轴画出。之后,光线重复以上两种往返光路。2、向右发出的光线:处主轴上)成实像。向左发出的光线:处主轴上)成实像。3、向右发出的光线只在例5、一平凸透镜焦距为f,其平面上镀了银,如今其凸