高中物理實(shí)用辭典4光學(xué)Word版

1、四、光學(xué)  【光學(xué)】 物理學(xué)的一個部門。光學(xué)的任務(wù)是研究光的本性，光的輻射、傳播和接收的規(guī)律；光和其他物質(zhì)的相互作用（如物質(zhì)對光的吸收、散射、光的機(jī)械作用和光的熱、電、化學(xué)、生理效應(yīng)等）以及光學(xué)在科學(xué)技術(shù)等方面的應(yīng)用。17世紀(jì)末，牛頓倡立“光的微粒說”。當(dāng)時，他用微粒說解釋觀察到的許多光學(xué)現(xiàn)象，如光的直線性傳播，反射與折射等，后經(jīng)證明微粒說并不正確。1678年惠更斯創(chuàng)建了“光的波動說”。波動說歷時一世紀(jì)以上，都不被人們所重視，完全是人們受了牛頓在學(xué)術(shù)上威望的影響所致。當(dāng)時的波動說，只知道光線會在遇到棱角之處發(fā)生彎曲，衍射作用的發(fā)現(xiàn)尚在其后。1801年楊格就光的另一現(xiàn)象（干涉）作實(shí)驗(yàn)（

2、詳見詞條：楊氏干涉實(shí)驗(yàn)）。他讓光源S的光照亮一個狹長的縫隙S1，這個狹縫就可以看成是一條細(xì)長的光源，從這個光源射出的光線再通過一雙狹縫以后，就在雙縫后面的屏幕上形成一連串明暗交替的光帶，他解釋說光線通過雙縫以后，在每個縫上形成一新的光源。由這兩個新光源發(fā)出的光波在抵達(dá)屏幕時，若二光波波動的位相相同時，則互相疊加而出現(xiàn)增強(qiáng)的明線光帶，若位相相反，則相互抵消表現(xiàn)為暗帶。楊格的實(shí)驗(yàn)說明了惠更斯的波動說，也確定了惠更斯的波動說。同樣地，19世紀(jì)有關(guān)光線繞射現(xiàn)象之發(fā)現(xiàn)，又支持了波動說的真實(shí)性。繞射現(xiàn)象只能借波動說來作滿意的說明，而不可能用微粒說解釋。20世紀(jì)初，又發(fā)現(xiàn)光線在投到某些金屬表面時，會使金屬表

3、面釋放電子，這種現(xiàn)象稱為“光電效應(yīng)”。并發(fā)現(xiàn)光電子的發(fā)射率，與照射到金屬表面的光線強(qiáng)度成正比。但是如果用不同波長的光照射金屬表面時，照射光的波長增加到一定限度時，既使照射光的強(qiáng)度再強(qiáng)也無法從金屬表面釋放出電子。這是無法用波動說解釋的，因?yàn)楦鶕?jù)波動說，在光波的照射下，金屬中的電子隨著光波而振蕩，電子振蕩的振幅也隨著光波振幅的增強(qiáng)而加大，或者說振蕩電子的能量與光波的振幅成正比。光越強(qiáng)振幅也越大，只要有足夠強(qiáng)的光，就可以使電子的振幅加大到足以擺脫金屬原子的束縛而釋放出來，因此光電子的釋放不應(yīng)與光的波長有關(guān)。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻違反這種波動說的解釋。愛因斯坦通過光電效應(yīng)建立了他的光子學(xué)說，他認(rèn)為光波的能量應(yīng)該

4、是“量子化”的。輻射能量是由許許多多分立能量元組成，這種能量元稱之為“光子”。光子的能量決定于方程E=h式中E=光子的能量，單位焦耳h=普朗光常數(shù)，等于6.624×10-34焦耳·秒=頻率。即每秒振動數(shù)。=c，c為光線的速度，為光的波長?，F(xiàn)代的觀念，則認(rèn)為光具有微粒與波動的雙重性格，這就是“量子力學(xué)”的基礎(chǔ)。在研究和應(yīng)用光的知識時，常把它分為“幾何光學(xué)”和“物理光學(xué)”兩部分。適應(yīng)不同的研究對象和實(shí)際需要，還建立了不同的分支。如光譜學(xué)，發(fā)光學(xué)、光度學(xué)，分子光學(xué)、晶體光學(xué)，大氣光學(xué)、生理光學(xué)和主要研究光學(xué)儀器設(shè)計(jì)和光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用光學(xué)等等。【光】 嚴(yán)格地說，光是人類眼睛所能觀察到

5、的一種輻射。由實(shí)驗(yàn)證明光就是電磁輻射，這部分電磁波的波長范圍約在紅光的0.77微米到紫光的0.39微米之間。波長在0.77微米以上到1000微米左右的電磁波稱為“紅外線”。在0.39微米以下到0.04微米左右的稱“紫外線”。紅外線和紫外線不能引起視覺，但可以用光學(xué)儀器或攝影方法去量度和探測這種發(fā)光物體的存在。所以在光學(xué)中光的概念也可以延伸到紅外線和紫外線領(lǐng)域，甚至X射線均被認(rèn)為是光，而可見光的光譜只是電磁光譜中的一部分?！竟庠础?物理學(xué)上指能發(fā)出一定波長范圍的電磁波（包括可見光與紫外線、紅外線和X光線等不可見光）的物體。通常指能發(fā)出可見光的發(fā)光體。凡物體自身能發(fā)光者，稱做光源，又稱發(fā)光體，如太

6、陽、恒星、燈以及燃燒著的物質(zhì)等都是。但像月亮表面、桌面等依靠它們反射外來光才能使人們看到它們，這樣的反射物體不能稱為光源。在我們的日常生活中離不開可見光的光源，可見光以及不可見光的光源還被廣泛地應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)，醫(yī)學(xué)和國防現(xiàn)代化等方面。光源主要可分為：熱輻射光源，例如太陽、白熾燈、炭精燈等；氣體放電光源，例如，水銀燈、熒光燈等。激光器是一種新型光源，具有發(fā)射方向集中、亮度高，相干性優(yōu)越和單色性好的特點(diǎn)?！編缀喂鈱W(xué)】 光學(xué)中以光的直線傳播性質(zhì)及光的反射和折射規(guī)律為基礎(chǔ)的學(xué)科。它研究一般光學(xué)儀器（如透鏡、棱鏡，顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)）的成像與消除像差的問題，以及專用光學(xué)儀器（如攝譜儀、測距儀等）的設(shè)計(jì)

7、原理。嚴(yán)格說來，光的傳播是一種波動現(xiàn)象，因而只有在儀器的尺度遠(yuǎn)大于所用的光的波長時，光的直線傳播的概念才足夠精確。由于幾何光學(xué)在處理成像問題上比較簡單而在大多數(shù)情況下足夠精確，所以它是設(shè)計(jì)光學(xué)儀器的基礎(chǔ)?！疚锢砉鈱W(xué)】 光學(xué)中研究光的本性以及光在媒質(zhì)中傳播時各種性質(zhì)的學(xué)科。物理光學(xué)過去也稱“波動光學(xué)”，從光是一種波動出發(fā)，能說明光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象。而在赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光是電磁波的假說以后，物理光學(xué)也能在這個基礎(chǔ)上解釋光在傳播過程中與物質(zhì)發(fā)生相互作用時的部分現(xiàn)象，如吸收，散射和色散等，而且獲得一定成功。但光的電磁理論不能解釋光和物質(zhì)相互作用的另一些現(xiàn)象，如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)及

8、各種原子和分子發(fā)射的特征光譜的規(guī)律等；在這些現(xiàn)象中，光表現(xiàn)出它的粒子性。本世紀(jì)以來，這方面的研究形成了物理光學(xué)的另一部門“量子光學(xué)”?！竟饩€】 光源發(fā)出之光，通過均勻的介質(zhì)時，恒依直線進(jìn)行，叫做光的直進(jìn)。此依直線前進(jìn)之光，代表其前進(jìn)方向的直線，稱之為“光線”。光線在幾何光學(xué)作圖中起著重要作用。在光的直線傳播，反射與折射以及研究透鏡成像中，都是必不可少且要反復(fù)用到的基本手段。應(yīng)注意的是，光線不是實(shí)際存在的實(shí)物，而是在研究光的行進(jìn)過程中細(xì)窄光束的抽象。正像我們在研究物體運(yùn)動時，用質(zhì)點(diǎn)作為物體的抽像類似?！救瘴g】 指地球進(jìn)入月球的本影中，太陽被遮蔽的情形。當(dāng)太陽、月球和地球在同一條直線上時便會發(fā)生。

9、月球每月都會處于太陽與地球之間，不過日食并不能每月看到，這是因?yàn)榘椎溃ㄔ虑虻能壍溃┢矫鎸Φ厍蜍壍烙?°的傾角。月球可能時而在黃道之上或時而在黃道之下，故其陰影不能落在地球上。只有當(dāng)太陽、月球和地球在一直線內(nèi)，才能產(chǎn)生日蝕。如果地球的某一部分在月影之內(nèi)，即發(fā)生日蝕；日蝕有全蝕、偏蝕、環(huán)蝕三種。地球上的某些地方正位于月球的影錐之內(nèi)（即在基本影之內(nèi)）這些地方就能觀看到日全蝕。錐外虛影所射到的地方（即半影內(nèi)的地方）則看到偏蝕。月球離地球較遠(yuǎn)的時候，影錐尖端達(dá)不到地面，這時從圓錐的延長線中央部分看太陽的邊緣，還有狹窄的光環(huán)，這就是發(fā)生的環(huán)蝕現(xiàn)象。環(huán)蝕在亞洲，一百年中只能遇見十幾次，在一個小地區(qū)

10、欲見環(huán)蝕者，數(shù)百年也難得有一次機(jī)會。月影投到地面上，急速向西走，所以某一地點(diǎn)能夠看見的全蝕時間非常的短，最長不過七分半鐘，平均約3分。日全蝕帶的寬度，平均約160公里。在某一地點(diǎn)能夠看見日全蝕的機(jī)會，非常的少；平均360年只有一次。日全蝕的機(jī)會雖少，而需要觀測和研究的問題甚多。例如日月相切時刻的測定。愛因斯坦引力說的證明等等?！灸拘恰?在我國古代稱之為歲星，是九大行星中最大也最重的行星，它的直徑比地球的直徑大11倍，它的質(zhì)量也比地球重317倍。它的自轉(zhuǎn)周期為9.842小時，是所有行星中最快的一個。木星上的大氣分布很廣闊，其組成含氫（H2）氮（N2）、沼氣（甲烷CH4）及氨氣（NH3），因此，其

11、表面完全為昏暗所籠罩著。木星離地球的距離為628 220 000公里，它的赤道直徑為142 804公里，比地球要大11倍。雖然它是太陽系最大的一顆行星，但它卻有最短的自轉(zhuǎn)周期，比起地球的一天短了14小時6分鐘；故知它是以極其驚人的速度不停地自轉(zhuǎn)著，就是在其赤道上的某一質(zhì)點(diǎn)最少也以時速45 000公里的速度卷旋前進(jìn)著。離心力在赤道地帶也大得驚人，結(jié)果便造成赤道的凸出，使此行星變成如一個壓扁的橙子一樣。木星有四顆大衛(wèi)星，被命名為木衛(wèi)一、木衛(wèi)二，都能用小望遠(yuǎn)鏡看到，甚至有人能用肉眼觀察到。顯然它們的體積必定相當(dāng)可觀，它們的直徑木衛(wèi)一約是3719公里，木衛(wèi)二約是3139公里，木衛(wèi)三約是5007公里，木

12、衛(wèi)四約是5184公里。在這四顆衛(wèi)星中，最靠近木星表面的一顆就是木衛(wèi)一。由于巨大的衛(wèi)星引力。木衛(wèi)一只能以42小時半的時間環(huán)繞木星一周。在這些木衛(wèi)環(huán)繞木星的過程中，它們有時在木星之后所謂被掩，有時在木星的陰暗面，稱為蝕，有時在木星前叫作凌犯?！驹挛g】 當(dāng)?shù)厍蛭挥谔柡驮虑蛑g而且是滿月時，進(jìn)入地影的月球，就會發(fā)生月蝕。月球全部走到地影中的時候，叫做全蝕；只有一部分進(jìn)入本影的時候，叫做偏蝕。月全蝕的時候可分做五象，當(dāng)月球和本影第一次外切的時候，叫做初虧；第一次內(nèi)切的時候叫做蝕既；月心和本影中心距離最近的時候，叫做蝕甚；當(dāng)月球和本影第二次內(nèi)切的時候，叫做生光；第二次外切的時候叫做復(fù)圓。偏蝕時，只有初虧

13、、蝕甚、復(fù)圓三種現(xiàn)象。月蝕現(xiàn)象一定發(fā)生于望（陰歷十五）的時候；但是望的時候，未必發(fā)生月蝕。這是因?yàn)榘椎溃ㄔ虑蜻\(yùn)行軌道）和黃道（地球運(yùn)行的軌道）不相一致的緣故。但望時的月球如果距離交點(diǎn)太遠(yuǎn)，將不能發(fā)生月蝕；必須在某一定距離之內(nèi)，才可以發(fā)生月食，這一定的界限，叫做月蝕限；這限界是隨日、月、地球的距離和白道交角的變化而略有變動，最大值為12.2°，最小值為9.5°。月蝕最長時共維持3小時40分，其中1時40分為全蝕，其余兩小時為偏蝕。月蝕如在地平以上發(fā)生，則因地球自轉(zhuǎn)，故可見地區(qū)超過半個地球。月全蝕時因地球大氣反射紅光進(jìn)入地影，故可見古銅色微光之月面。月蝕次數(shù)雖較少，但見蝕帶極廣

14、，而日蝕帶狹窄，故同一地區(qū)之居民，看見月蝕之次數(shù)較日蝕多?！竟馑佟?一般指光在真空中的傳播速度。真空中的光速是物理學(xué)的常數(shù)之一，它的特征是：（1）一切電磁輻射在真空中傳播的速率相同，且與輻射的頻率無關(guān)；（2）無論在真空中還是在其他物質(zhì)媒質(zhì)中，無論用什么方法也不能使一個信號以大于光速c的速率傳播；（3）真空中光速與用以進(jìn)行觀測的參照系無關(guān)。如果在一伽利略參照系中觀察到某一光信號的速率為c=2.99793×1010厘米秒，那么，在相對此參照系以速度v平行于光信號運(yùn)動的另一個伽利略參照系中，所觀測到的光信號一定也是c，而不是cv（或c-v），這就是相對論的基礎(chǔ)；（4）電磁學(xué)理論中的麥克斯韋

15、方程和羅倫茲方程中都含有光速。當(dāng)用高斯單位來寫出這兩個方程時，這一點(diǎn)特別明顯。光在真空中的速度為c，在其他媒質(zhì)中，光的速度均小于c，且隨媒質(zhì)的性質(zhì)和光波的波長而不同?！竟馑僦疁y定】 伽利略曾經(jīng)建議，使光行一段7.5千米的路程以測定其速度，但因所用的設(shè)備不完善而未成功。此后，直到1675年，丹麥學(xué)者羅默在巴黎求得光速之可用數(shù)值。羅默把他的觀察擴(kuò)展到宇宙之間，而其所用的研究對象則為木星衛(wèi)星的成蝕。這些衛(wèi)星之中最內(nèi)層的因此，每經(jīng)過此一周期之間隔，M便再次進(jìn)入木星J之陰影中，而使地球上的觀察者暫時無法看到它。羅默發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)厍駿環(huán)繞太陽S作公轉(zhuǎn)木星衛(wèi)星的成蝕要遲14秒鐘會才發(fā)生；又當(dāng)?shù)厍蛟谕粫r間（即至

16、于木星衛(wèi)星的實(shí)際繞轉(zhuǎn)周期，則可根據(jù)地球公轉(zhuǎn)到E5或E8時所作之觀測求得。羅默認(rèn)為此一現(xiàn)象，確實(shí)是由于地球從E1運(yùn)行到W2之時，光之進(jìn)行必須跟在地球后面追趕上去，而當(dāng)?shù)厍蛴蒃6運(yùn)行到E7時，則光之進(jìn)行可對著地球迎著趕上所致。由此可知，E1與E2或E6與E7之間的距離，與地球在木星的衛(wèi)星繞木星一周所需要的時間內(nèi)運(yùn)行的路程相符合。因?yàn)榈厍蚬D(zhuǎn)速度為30千米秒，所以此二距離都是等于42.5×60×60×30（千米），約為，4 600 000千米。這說明光需要多走14秒鐘始能趕上地球由E1至E2的這一段距離；另一方面它在地球由E6至E7向光迎頭趕上的這段距離中，光之行進(jìn)卻能

17、省下14秒鐘。由此得到光速約稍大于300 000千米秒（4 600 00014328 000千米秒）。當(dāng)?shù)厍蛴蒃2遠(yuǎn)離木星而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至E3、E4等處時，那么當(dāng)靠近E5時，則每次成蝕延遲之時間相繼地累積起來，直到地球漸近于E5時成蝕延遲時間逐漸減少為零了（此乃由于木星與地球間的距離之增加，由于接近E5而漸漸減少，終于抵達(dá)E5而趨于零所致）。故成蝕延遲之時間，當(dāng)?shù)厍蛟诎肽曛杏蒃8運(yùn)轉(zhuǎn)至E5時，每次成蝕延遲時間相加起約等于1000秒。這也就是光從木星到達(dá)E5和光從木星到達(dá)E8這兩段行程所需的時間差（亦即光行經(jīng)地球公轉(zhuǎn)軌道直徑E5E8所需之時間）。由天文學(xué)上可知地球公轉(zhuǎn)的軌道這直徑為d=300 00

18、0 000千米；利用此數(shù)值計(jì)算出的光速為 這一數(shù)值要比根據(jù)每連續(xù)兩次木星衛(wèi)星成蝕之時差所求得的光速更可靠一些。羅默測出的光速c=315 000千米秒，和現(xiàn)在科學(xué)家采用更較精細(xì)的量度方法在真空中求得之光速的數(shù)值c=299 696±4千米秒，實(shí)極接近。c=299 796這個數(shù)值是美國物理學(xué)家邁克耳孫測出的。在激光得以廣泛應(yīng)用以后，開始利用激光測量光速。其方法是測出激光的頻率和波長，應(yīng)用c=計(jì)算出光速c，目前這種方法測出的光速是最精確的。根據(jù)1975年第15屆國際計(jì)量大會決議，把真空中光速值定為c299 792 458米秒。在通常應(yīng)用多取c=3×108米秒?！具~克耳孫】

19、 Michelson（18521931年）美國物理學(xué)家。他創(chuàng)造的邁克耳孫干涉儀對光學(xué)和近代物理學(xué)是一巨大的貢獻(xiàn)。它不但可用來測定微小長度、折射率和光波波長等，也是現(xiàn)代光學(xué)儀器如付立葉光譜儀等儀器的重要組成部分。他與美國化學(xué)家莫雷（18381923年）在1887年利用這種干涉儀，作了著名的“邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了以太的存在，從而奠定了相對論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。1926年用多面旋鏡法比較精密地測定了光的速度。【光的直線傳播定律】 光在均勻媒質(zhì)中是沿著直線傳播的。因此，在點(diǎn)光源（即其線度和它到物體的距離相比很小的光源）的照明下，物體的輪廓和它的影子之間的關(guān)系，相當(dāng)于用直線所做的幾何投影。光的直

20、線傳播定律是人們從實(shí)踐中總結(jié)出來的。而直線這一概念本身，顯然也是由光學(xué)的觀察而產(chǎn)生的。作為兩點(diǎn)間的最短距離是直線這一幾何概念，也就是光在均勻媒質(zhì)中沿著它傳播的那條線的概念。所以自古以來，在實(shí)驗(yàn)上檢查產(chǎn)品的平直程度，均以視線為準(zhǔn)。但是，光的直線傳播定律并不是在任何情況下都是適用的。如果我們使光通過很小的小孔，則我們只能得到一個輪廓有些模糊的小孔的像?？自叫。裨侥：?。當(dāng)孔而引起的?！竟獾姆瓷洹?光遇到物體或遇到不同介質(zhì)的交界面（如從空氣射入水面）時，光的一部分或全部被表面反射回去，這種現(xiàn)象叫做光的反射，由于反射面的平坦程度，有單向反射及漫反射之分。人能夠看到物體正是由于物體能把光“反射”到人的眼

21、睛里，沒有光照明物體，人也就無法看到它?！竟獾姆瓷涠伞?在光的反射過程中所遵守的規(guī)律：（1）入射光線、反射光線與法線（即通過入射點(diǎn)且垂直于入射面的線）同在一平面內(nèi)，且入射光線和反射光線在法線的兩側(cè)；（2）反射角等于入射角（其中反射角是法線與反射線的夾角。入射角是入射線與法線的夾角）。在同一條件下，如果光沿原來的反射線的逆方向射到界面上，這時的反射線一定沿原來的入射線的反方向射出。這一點(diǎn)謂之為“光的可逆性”?！韭瓷洹?當(dāng)一束平行的入射光線射到粗糙的表面時，因面上凹凸不平，所以入射線雖然互相平行，由于各點(diǎn)的法線方向不一致，造成反射光線向不同的方向無規(guī)則地反射，這種反射稱之為“漫反射”或“漫射”

22、。這種反射的光稱為漫射光。很多物體，如植物、墻壁、衣服等，其表面粗看起來似乎是平滑，但用放大鏡仔細(xì)觀察，就會看到其表面是凹凸不平的，所以本來是平行的太陽光被這些表面反射后，彌漫地射向不同方向?！酒矫骁R】 鏡的反射面是光滑平坦的面，叫做平面鏡。普通使用的鏡是在磨平后的玻璃背面涂有銀，或涂錫和水銀的合金。物體放在鏡前時，物體即映于鏡中而可以看見。這是由于物體反射出的光，于鏡面反射后進(jìn)入眼睛所致。平面鏡成像，并非光線實(shí)際的集合點(diǎn)，所以叫做虛像。平面鏡所成之像的大小和原物體相同，其位置和原物體成對稱，因?yàn)橄窈顽R面的距離，恒與物體和鏡面的距離相等。實(shí)物在兩平面鏡間可引起多次反射而形成復(fù)像，其在每鏡中除由

23、原物各成一像小，余皆互以他鏡之像為物而形成。【潛望鏡】 從海面下伸出海面或從低洼坑道伸出地面，用以窺探海面或地面上活動的裝置，其構(gòu)造與普通的望遠(yuǎn)鏡相同，唯另加兩個反射鏡使物光經(jīng)兩次反射而折向眼中。潛望鏡常用于潛水艇，坑道和坦克內(nèi)用以觀察敵情。【球面鏡】 反射面為球面的鏡，可用以成像。球面鏡有凹、凸兩種，反射面為凹面的稱“凹面鏡”，反射面為凸面的稱“凸面鏡”。連接鏡面頂點(diǎn)與其球心的直線稱為“主軸”。與主軸相近而與它平行的一束光線，被鏡面反射后，反射光線（或其延長線）與主軸相交，其交點(diǎn)稱為“焦點(diǎn)”。鏡面頂點(diǎn)和焦點(diǎn)之間的距離稱為“焦距”，等于球半徑的一半。凹鏡的球心和焦點(diǎn)（實(shí)焦點(diǎn)）都在鏡前，凸鏡的球

24、心和焦點(diǎn)（虛焦點(diǎn)）都在鏡后。凹鏡有使入射光線會聚的作用，所以也稱“會聚鏡”，凸鏡有使入射光線發(fā)散的作用，所以也稱“發(fā)散鏡”。在反射望遠(yuǎn)鏡中用到凹鏡；在汽車前面供駕駛員看后面車輛情況的鏡子，則是凸鏡?！痉瓷渎省?又稱“反射本領(lǐng)”。是反射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的比值。不同材料的表面具有不同的反射率，其數(shù)值多以百分?jǐn)?shù)表示。同一材料對不同波長的光可有不同的反射率，這個現(xiàn)象稱為“選擇反射”。所以，凡列舉一材料的反射率均應(yīng)注明其波長。例如玻璃對可見光的反射率約為4，鍺對波長為4微米紅外光的反射率為36，鋁從紫外光到紅外光的反射率均可達(dá)90左右，金的選擇性很強(qiáng)，在綠光附近的反射率為50，而在紅外光的反射率可達(dá)9

25、6以上。此外，反射率還與反射材料周圍的介質(zhì)及光的入射角有關(guān)。上面談及的均是指光在各材料與空氣分界面上的反射率，并限于正入射的情況?！厩蛎骁R成像】 對于凸面鏡只能使特成正立、縮小的虛像。如圖42（a）所示。由物A點(diǎn)出發(fā)的平行于光軸的光線，達(dá)到鏡面后將反射，其反射光的延長線必交球面鏡的焦點(diǎn)F上。而從A射向F的光線被球面反射后將平行于光軸。這兩條反射線，沒有實(shí)交點(diǎn)，只有虛交點(diǎn)A，也就是說視覺認(rèn)為這兩條光線是從A發(fā)出的。物體上的B點(diǎn)發(fā)出的沿光軸的光線，即平行于光軸，又過焦點(diǎn)，故B為B點(diǎn)的像。在物體AB上的各點(diǎn)，接照前述辦法作圖，其各點(diǎn)的像點(diǎn)都在AB上，故AB即為AB的像。無論物AB在何處，它所發(fā)出的光

26、射到球面鏡后而反射的光，沒有實(shí)交點(diǎn)，因此所成之像必為虛像。由圖中可以看出，物體在軸的上方，所成的虛像也在軸的上方，故所成之像為正立。無論AB在什么位置，從A點(diǎn)出發(fā)的平行于軸的光線一定在AF方向的光線的上方。此兩線的交點(diǎn)A必比A點(diǎn)更靠近軸，所以像是縮小的。根據(jù)上述方法作圖可知凹透鏡成像可有三種情況：（1）物在凹鏡前二倍焦距以外時，是倒立縮小的實(shí)像，見圖42（b）。（2）物在兩倍焦距以內(nèi)，焦點(diǎn)以外時，則成倒立放大的實(shí)像，見圖42（c）。（3）當(dāng)物位于焦點(diǎn)以內(nèi)時，則成正立的放大的虛像，見圖42（c）。 【光的折射】 凡光線在通過疏密不同介質(zhì)交界面時改變方向的現(xiàn)象，稱為光之折射。如圖43所示

27、，光線AB由空氣內(nèi)斜向射至水面，自入射點(diǎn)B起，就向這點(diǎn)的法線EE偏折而取BM的方向。若在水底置一平面鏡M，使反射線MC再由水中透入空氣，則自入射點(diǎn)C起，離開法線FF偏折，而取CD的方向。偏折后的光線BM和CD，稱為折射線，折射線和法線所成的角，如EBM和FCD，稱為折射角。由此可知光線由稀的介質(zhì)入射到密的介質(zhì)時，折射線常向法線偏向，故折射角常比入射角小；若由密的介質(zhì)透入稀的介質(zhì)時，折射線常離法線而偏向，折射角常比入射角大。當(dāng)光線通過介質(zhì)的密度在不斷變化時，光線前進(jìn)的方向也隨之而改變，因此我們隔著火盆上的熱空氣看對面的東西時，會覺得那東西不停地在閃動著。這是由于火盆上面的空氣因受熱很快地上升，這

28、部分空氣的密度便和周圍空氣的密度不同，而且熱度還不斷在變化，當(dāng)由物體射來的光線通過這樣的空氣，其折射光線的路徑不斷發(fā)生變化，就會使物體變成了閃動的形狀。在炎夏中午時分，假使躺在地上來看樹木、房屋和人物，它們的輪廓好像是透過一層流動的水一樣，而且動搖不定。這是因?yàn)槟菚r十分炎熱，地面的輻射熱很多，溫度高，接近地面的空氣受熱，密度變小，因而上升，成為向上流動的氣流，由物體射來的光線通過這種變動著的氣流折射光線的路徑就不斷改變，因此所看到的物便都動搖不定。我們在夜里看到天空中恒星的閃動，也是這個道理。大氣里經(jīng)常存在著密度不同的氣流和旋渦，當(dāng)恒星的光線通過這種氣流時，就會使它原來折射的路徑發(fā)生變化，一會

29、兒到左，一會兒到右，恒星是不會閃動的，都是這折射光造成的。又如太陽位于地平線附近時，光之折射作用尤大。在地平線下的太陽，陽光從太空（真空）平射至逐漸變化的光密媒質(zhì)空氣中而發(fā)生的折射，光線傳到地面是一曲線，因?yàn)楣庵凵涞年P(guān)系，太陽看上去就如同剛剛接觸到地平線的下緣一樣，其實(shí)它業(yè)已落至地平線以下了。同理，當(dāng)太陽剛剛還在地平線下的時候，看上去它已升起來了。所以我們可以說：太陽實(shí)際上比我們?nèi)庋鬯姷囊涞迷缧┒鸬倪t些；這等于說，光之折射將我們的白天稍稍加長了一點(diǎn)。 【折射定律】 在光的折射現(xiàn)象中，確定折射光線方向的定律。當(dāng)光由第一媒質(zhì)（折射率n1）射入第二媒質(zhì)（折射率n2）時，在平滑界面上

30、，部分光由第一媒質(zhì)進(jìn)入第二媒質(zhì)后即發(fā)生折射。實(shí)驗(yàn)指出：（1）折射光線位于入射光線和界面法線所決定的平面內(nèi)；（2）折射線和入射線分別在法線的兩側(cè)；（3）入射角i的正弦和折射角i的正弦的比值，對折射率一定的兩種媒質(zhì)來說是一個常數(shù)，即此定律是幾何光學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)定律。它適用于均勻的各向同性的媒質(zhì)。用來控制光路和用來成象的各種光學(xué)儀器，其光路結(jié)構(gòu)原理主要是根據(jù)光的折射和反射定律。此定律也可根據(jù)光的波動概念導(dǎo)出，所以它也可應(yīng)用于無線電波和聲波等的折射現(xiàn)象?！菊凵渎省?表示在兩種（各向同性）媒質(zhì)中光速比值的物理量。光從第一媒質(zhì)進(jìn)入第二媒質(zhì)時（除垂直入射外），任一入射角的正弦和折射角的正弦之比對于折射率一定的

31、兩種媒質(zhì)是一個常數(shù)。這常數(shù)稱為“第二媒質(zhì)對第一媒質(zhì)的相對折射率”。（n12），并等于第一媒質(zhì)中的第一媒質(zhì)）的折射率稱為這媒質(zhì)的“絕對折射率”，簡稱“折射率”。由于光在真空中傳播的速度最大，故其他媒質(zhì)的折射率都大于1。同一媒質(zhì)對不同波長的光，具有不同的折射率；在對可見光為透明的媒質(zhì)內(nèi)，折射率常隨波長的減小而增大，即紅光的折射率最小，紫光的折射率最大。通常所說某物體的折射率數(shù)值多少（例如水為1.33，玻璃按成分不同而為1.51.9），是指對鈉黃光（波長5893×10-10米）而言的?！竟饷芘c光疏媒質(zhì)】 折射率較大的媒質(zhì)（光在其中速度較?。┡c折射率較小的媒質(zhì)（光在其中速度較大）相比較，前者

32、稱“光密媒質(zhì)”，后者稱“光疏媒質(zhì)”。如水對空氣為光密，空氣對水為光疏。光從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)時，要向接近法線方向折射，即折射角小于入射角；光從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)時，要離開法線折射，即折射角大于入射角。 【折射定律的解釋】 折射定律的解釋，是利用原始形態(tài)的惠更斯原理。這種形式的惠更斯原理，實(shí)質(zhì)上是幾何光學(xué)的原理，并且嚴(yán)格地說，只有在幾何光學(xué)適用的條件下，也即在光波的波長和波陣面的線度相比為無窮小時，才能夠加以應(yīng)用。在這些條件下，它使我們能夠?qū)С鰩缀喂鈱W(xué)的折射定律。假設(shè)以v1表示第一種媒質(zhì)中的光波速度，以v2表示第二種媒質(zhì)中的波速。設(shè)i是波陣面的法線OC與折射媒質(zhì)表面的法線OD之間的

33、夾角，見圖44。設(shè)在時刻t=0，波陣面的C點(diǎn)到達(dá)媒質(zhì)表面時，和點(diǎn)O重合，則在波陣面從A點(diǎn)到達(dá)第二種媒質(zhì)（點(diǎn)B）所需的時間為，次波便從作為中心的點(diǎn)O出發(fā)，傳播到某一個距離Of。以點(diǎn)O1，O2等為中心的各個次波，到指定時刻都傳播到相應(yīng)的距離，在第二種媒質(zhì)中給出許多元球面波f1、f2。按照惠更斯原理，諸元波的包絡(luò)面，即平面Bf2f1f，指出波陣面的實(shí)在位置。顯然將數(shù)值A(chǔ)B=v1和Of=v2代入式中，得到：v1sinr=v2sini或由此看到，惠更斯的理論解釋了折射定律，并且很容易使折射率的數(shù)值和傅科在150多年以后所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。應(yīng)當(dāng)注意，在折射現(xiàn)象中，光經(jīng)過兩種媒質(zhì)，所以折射率與兩種媒質(zhì)有關(guān)，

34、當(dāng)光由媒質(zhì)射入媒質(zhì)，這個折射率是指媒質(zhì)對媒質(zhì)的相對折射率，通常記作折射率，通常用n來表示，顯然【全反射】 光由光密（即光在其中傳播速度較小的）媒質(zhì)射到光疏（即光在其中傳播速度較大的）媒質(zhì)的界面時，全部被反射回原媒質(zhì)內(nèi)的現(xiàn)象。光由光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)時，要離開法線折射，如圖45所示。當(dāng)入射角增加到某種情形（圖中的e射線）時，折射線延表面進(jìn)行，即折射角為90°，該入射角c稱為臨界角。若入射角大于臨界角，則無折射，全部光線均反回光密媒質(zhì)（如圖f、g射線），此現(xiàn)象稱為全反射。當(dāng)光線由光疏媒質(zhì)射到光密媒質(zhì)時，因?yàn)楣饩€靠近法線而折射，故這時不會發(fā)生全反射。 【臨界角】 光從光密媒質(zhì)射到

35、光疏媒質(zhì)的界面時，折射角大于入射角。當(dāng)折射角為90°時，折射光線沿媒質(zhì)界面進(jìn)行，這時的入射角稱為“臨界角”。當(dāng)入射角大于臨界角時，折射定律就無法適用了，而只會發(fā)生全反射現(xiàn)象。光由水進(jìn)入空氣的臨界角約為48.5°，從玻璃進(jìn)入空氣的臨界角，隨玻璃的成分不同而異，約在30°42°之間。利用光的折射定律可以求出其臨界角。應(yīng)注意，這時光是由光密媒質(zhì)射向光疏如果光是由某種媒質(zhì)射向空氣界面，則n是該媒質(zhì)對空氣的折射率，【光導(dǎo)纖維】 光導(dǎo)纖維是利用全反射規(guī)律而使光沿著彎曲途徑傳播的光學(xué)元件。它是由非常細(xì)的玻璃纖維組成束，每束約有幾萬根，其中每根通常都是一種帶套層的圓柱形

36、透明細(xì)絲，直徑約為510微米，可用玻璃、石英、塑料等材料在高溫下控制而成。它已被廣泛地應(yīng)用于光學(xué)窺視（傳光、傳像）和光通訊。光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖46所示，內(nèi)層材料選取的折射率大，外層材料的折射率低，就是要在內(nèi)外層之間的界面上產(chǎn)生全反射，以保證光的傳輸效率。如圖47所示，單箭頭線表示臨界光線，它在內(nèi)外層分界面上的入射角等于或小于臨界角A。若在折射率為n0的媒質(zhì)中入射角大于i0的那些光線（以雙箭頭表示），在n1、n2分界面上的入射角就小于A，這些光線無法通過纖維而在其中傳播。只有在媒質(zhì)n0中其頂角為2i0的錐體內(nèi)的全部光線才能在光學(xué)纖維中傳播，根據(jù)臨界角的定義。  和折射定律n0

37、sini0=n1sini1可得所以對于一定的n1和n2，i0的值是固定的，纖維所容許傳播的光線所占的范圍是一定的。要使更大范圍內(nèi)的光束能在光學(xué)纖維中傳播，應(yīng)該選擇n1和n2的差值較大的材料。通常把n0sini0的值叫做光導(dǎo)纖維的數(shù)值孔徑。光導(dǎo)纖維可用于潛望鏡和內(nèi)窺視系統(tǒng)，它可以窺視人眼所觀察不到的或有損于人體健康的地方。國防上可以制成各種坦克、飛機(jī)或艦艇上的潛望鏡。醫(yī)學(xué)上可以用來整理胃、食道、膀胱等內(nèi)腔部位進(jìn)行檢查和依斷的各種醫(yī)用窺鏡。如果配有大功率激光傳輸?shù)墓鈱W(xué)纖維，還可進(jìn)行內(nèi)腔激光治療。由于光纖通訊與電通訊相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，諸如抗電磁干擾性強(qiáng)、頻帶寬和保密性好、通訊容量大，設(shè)備輕巧，制取纖

38、維的二氧化硅的資源又十分豐富。近年來已有數(shù)百條光纖通訊線路在世界各地進(jìn)行試驗(yàn)或正式運(yùn)動。光導(dǎo)纖維的問世，為光能的應(yīng)用開辟了更廣闊的天地?！纠忡R】 透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面體。在光學(xué)儀器中應(yīng)用很廣。棱鏡按其性質(zhì)和用途可分為若干種。例如，在光譜儀器中把復(fù)合光分解為光譜的“色散棱鏡”，較常用的是等邊三棱鏡；在潛望鏡、雙目望遠(yuǎn)鏡等儀器中改變光的進(jìn)行方向，從而調(diào)整其成像位置的稱“全反射棱鏡”，一般都采用直角棱鏡。 【棱鏡的偏向角】 光通過一三棱鏡的偏向角等于入射角與出射角之和減去棱鏡的折射棱角。如圖48所示。a為棱鏡的折射棱角，當(dāng)光束SB入射到棱鏡時，經(jīng)連續(xù)發(fā)生兩次折射，出射光線（

39、CS和入射光線SB之間的夾角，叫做偏向角“”。由圖不難看出：=（i1-i2）+（i1-i2）=（i1+i1）-（i2+i2）=i1+i1-a如果保持入射線的方向不變，而將棱鏡繞垂直于圖面的軸線旋轉(zhuǎn)，則偏向角必然隨之而改變?？梢宰C明，如果入射角等于出射角時，即在i1=i1時，則偏向角最小，稱為最小偏向角。用min表示。min=2i1-由此可得又當(dāng)i1=i2時，折射角利用這兩個特殊的入射角和折射角，可以計(jì)算棱鏡材料的折射率利用最小偏向角測折射率，非常方便也很精確。折射棱角a很小的棱鏡，光線通過它時產(chǎn)生的偏向角可按下列方法推出。即由折射定律可知sini1nsini2，sinii1=nsini2。在折

40、射棱角a很小和近軸光線的條件下，BEC的底角i2，i2很小，所以i1ni2,i1ni2則有=ni2+ni2-=n(i2+i2)-=(n-1)運(yùn)用這個近似關(guān)系，可以推導(dǎo)出薄透鏡的物像關(guān)系式?！旧ⅰ?復(fù)色光被分解為單色光，而形成光譜的現(xiàn)象，稱之為“色散”。色散可通過棱鏡或光柵等作為“色散系統(tǒng)”的儀器來實(shí)現(xiàn)。例如，白色光線射于三棱鏡，則通過棱鏡之后，光線被分散為由不同顏色光組成的色彩光譜。如一細(xì)束陽光可被棱鏡分為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七色光。這是由于復(fù)色光中的各種色光的折射率不相同。當(dāng)它們通過棱鏡時，傳播方向有不同程度的偏折，因而在離開棱鏡則便各自分散。折射率較大的紫色光偏向大，而折射率較小的

41、紅光則偏向小。由于各色光的折射率有大小之分（這是由于各色光的頻率不同造成的，頻率高的折射率大），所以非單色光才會發(fā)生色散。當(dāng)一白光由空氣射入水或玻璃時，折射后分成各色的光，若玻璃為兩面平行的平板，則光從玻璃射出的線平行，不同色光再行重疊，并未發(fā)現(xiàn)色散現(xiàn)象。若光通過棱鏡，不同色光之出射線不平行，色散現(xiàn)象較易觀察?！竟庾V】 復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案。例如，太陽光經(jīng)過三棱鏡后形成按紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫次序連續(xù)分布的彩色光譜。紅色到紫色，相應(yīng)于波長由7，7003800×1010米的區(qū)域，是為人眼能感覺的可見部分。紅端

42、之外為波長更長的紅外光，紫端之外則為波長更短的紫外光，都不能為肉眼所覺察，但能用儀器記錄。因此，按波長區(qū)域不同，光譜可分為紅外光譜，可見光譜和紫外光譜；按產(chǎn)生的本質(zhì)不同，可分為原子光譜、分子光譜；按產(chǎn)生的方式不同，可分為發(fā)射光譜、吸收光譜和散射光譜；按光譜表觀形態(tài)不同，可分為線光譜、帶光譜和連續(xù)光譜。光譜的研究已成為一門專門的學(xué)科，即光譜學(xué)。光譜學(xué)是研究原子和分子結(jié)構(gòu)的重要學(xué)科。【透鏡】 光學(xué)儀器的一種重要元件，由透明物質(zhì)（如玻璃、水晶等）制成。光線通過透鏡折射后可以成像。按照其形狀或成像要求的不同，透鏡可分為許多種類，如兩面都磨成球面，或一面是球面另一面是平面的稱“球面透鏡”；兩面都磨成圓柱

43、面，或一面是圓柱面一面是平面的稱“柱面透鏡”。透鏡一般可分為凸透鏡和凹透鏡兩大類?！就雇哥R】 凸透鏡是中央部分較厚的透鏡。凸透鏡分為雙凸、平凸和凹凸（或正彎月形）等形式，如圖49所示。薄凸透鏡有會聚作用故又稱聚光透鏡，較厚的凸透鏡則有望遠(yuǎn)、發(fā)散或會聚等作用，這與透鏡的厚度有關(guān)。將平行光線（如陽光）平行于軸（凸透鏡兩個球面的球心的連線稱為此透鏡的主光軸）射入凸透鏡，光在透鏡的兩面經(jīng)過兩次折射后，集中在軸上的一點(diǎn)，此點(diǎn)叫做凸透鏡的焦點(diǎn)（記號為F），凸透鏡在鏡的兩側(cè)各有一焦點(diǎn)，如為薄透鏡時，此兩焦點(diǎn)至透鏡中心的距離大致相等。凸透鏡之焦距如圖410所示，是指焦點(diǎn)到透鏡中心的距離，通常以f表示。凸透鏡球

44、面半徑越小，焦距越短，凸透鏡可用于放大鏡、老花眼及遠(yuǎn)視的人戴的眼鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的透鏡等。  【凹透鏡】 兩側(cè)面均為球面或一側(cè)是球面另一側(cè)是平面的透明體，中間部分較薄，稱為四透鏡。分為雙凹、平凹及凸凹透鏡三種，如圖411a所示之A、B、C。其兩面曲率中心之連線圖411b所示之G1H，稱為主軸，其中央之點(diǎn)O稱為光心。通過光心的光線，無論來自何方均不折射。圖411c表示，平行主軸之光束，照于凹透鏡上折射后向四方發(fā)散，逆其發(fā)散方向的延長線，則均會于與光源同側(cè)之一點(diǎn)F，其折射光線恰如從F點(diǎn)發(fā)出，此點(diǎn)稱為虛焦點(diǎn)。在透鏡兩側(cè)各有一個。凹透鏡又稱為發(fā)散透鏡。四透鏡的焦距，如圖4-12所

45、示。是指由焦點(diǎn)到透鏡中心的距離。透鏡的球面曲率半徑越大其焦距越長，如為薄透鏡，則其兩側(cè)之焦距相等。  【物和像】 人們能感覺到物，是由于物體各點(diǎn)所反射的光，經(jīng)過人眼這個光學(xué)系統(tǒng)（相當(dāng)一個焦距可調(diào)的凸透鏡）成像于視網(wǎng)膜上，再由視神經(jīng)傳到大腦而造成視覺，從光學(xué)的角度講，物點(diǎn)是發(fā)散光束的頂點(diǎn)，所以物就是由這些發(fā)散光束頂點(diǎn)的組合而成。如果光束經(jīng)不同媒質(zhì)的界面反射或折射以后，光線的方向雖然改變了，但反射光線或折射光線所構(gòu)成的光束仍然有一個頂點(diǎn)“P”，這個頂點(diǎn)P就叫做像點(diǎn)，在這種情況下，每個像點(diǎn)和物點(diǎn)間建立了一一對應(yīng)的關(guān)系。這些像點(diǎn)的組合就是像。如果光束中各光線確實(shí)在某點(diǎn)會聚，那么該會

46、聚光束的頂點(diǎn)叫做實(shí)像；如果光束經(jīng)界面反射或折射后是發(fā)散的，但這些光線反向延長后，能夠找到光束的頂點(diǎn)，則該發(fā)散發(fā)束的頂點(diǎn)叫做虛像。物和像則是這些光束頂點(diǎn)的集合。在空間中的物，它向所有方向反光，眼睛無論在何處，只要找對方向都可以看到物。像則不然，因?yàn)槠矫骁R或透鏡的反射或折射的光束不是向所有方向，光束總是局限在一定的范圍內(nèi)。如果人眼恰處于光束所在的范圍內(nèi)，便可看到像，但是當(dāng)眼睛位于反射或折射光束的范圍之外時，眼睛是看不到像的。因?yàn)檫@些光束不能進(jìn)入人的眼睛?！緦?shí)像和虛像】 物體發(fā)出的光線經(jīng)過光具組（如反射鏡、透鏡組等）反射或折射后，重新會聚而造成的與原物相似的圖景，實(shí)像可以顯映在屏幕上，能使照像底片感

47、光。攝影或放映電影都必須利用實(shí)像。若物體發(fā)出的光線經(jīng)光具組反射或折射后，如為發(fā)散光線，則它們反向的延長線（虛光線）相交時所形成的像稱為“虛像”。虛像不能顯映在屏幕上，也不能使照像底片感光，只能用人眼觀察到。在放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器中觀察到的像都是虛像。【虛物】 在光具組中，常按不同的要求使幾個透鏡來達(dá)到成像的目的，以兩個透鏡為例，如果第一個透鏡所形成的實(shí)像位于第二個透鏡的后面，則對第二個透鏡來說，這像就稱為“虛物”?！竟鈱W(xué)的特定名稱】 在研究透鏡成象光學(xué)中有幾個重要的特定名稱。它們是：（1）主光軸它是連接透鏡兩球面曲率中心的直線。（2）副光軸通過光心的任意直線。所以副光軸有無數(shù)條。（

48、3）光心透鏡主軸上的一個特殊點(diǎn)。通過光心的光線，其出射方向和入射方向互相平行，但可有旁向的平行位移，對薄透鏡一般認(rèn)為其方向不變。薄透鏡的中心可以近似地當(dāng)作光心，射向薄透鏡中心的光線可認(rèn)為無折射地通過。（4）焦點(diǎn)平行光束經(jīng)透鏡折射或曲面鏡反射后的交點(diǎn)。有實(shí)焦點(diǎn)和虛焦點(diǎn)兩類。薄透鏡兩邊的焦點(diǎn)對稱。而一般透鏡的第一焦點(diǎn)（物方焦點(diǎn)）和第二焦點(diǎn)（像方焦點(diǎn)）不對稱。（5）主焦點(diǎn)平行于透鏡的主光軸的平行光束，經(jīng)反射或折射后和主光軸相交的點(diǎn)。（6）副焦點(diǎn)平行于跟主光軸夾角不大的副光軸的光線，經(jīng)透鏡折射后會聚（或發(fā)散光線的反方向的延長線）于該副光軸上的一點(diǎn)。副焦點(diǎn)都處在焦平面上。（7）焦平面通過透鏡（球面鏡）主

49、焦點(diǎn)并和主光軸垂直的平面。和主光軸成任意角度的平行光線經(jīng)折射后相交的交點(diǎn)，均處于焦平面上。（8）焦距薄透鏡的中心到焦點(diǎn)之間的距離。（9）焦度透鏡或透鏡組焦距的倒數(shù)。會聚透鏡的焦度規(guī)定為正，發(fā)散透鏡的焦度規(guī)定為負(fù)。如果焦距用米作單位時，焦度的單位叫做屈光度；而眼鏡的焦度通常用度作為單位，1度為1屈光度的百分之一。 【物像公式】 描述物像位置以及它們和透鏡或透鏡組的特征量之一（焦距）之間的關(guān)系式。對一個薄凸透鏡可以認(rèn)為是由底面朝向透鏡中央的許多棱鏡的集合，而這些棱鏡的頂角是很小的，對于頂角很小的棱鏡來說，如果構(gòu)成棱鏡的材料的折射率為n，頂角為A，那么在近軸光線的條件下，其偏向角為常數(shù)（n

50、-1）A。當(dāng)棱鏡給定后，近軸光線的偏向角是不變的。我們可以利用此關(guān)系來推導(dǎo)薄透鏡的物像公式。如圖413a所示，設(shè)PM為平行光束所任一條光線在M點(diǎn)入射，而OM=h，則出射光線MF必通過透鏡的焦點(diǎn)F，OF=f，f為透鏡的焦距。根據(jù)近軸光線的條件，即f>>h，偏向角近似為當(dāng)主軸的物點(diǎn)P發(fā)出的任一近軸光線PM入射到透鏡的M點(diǎn)時，圖413b所示，在理想成像的條件下，出射光線MP和主軸的交點(diǎn)P為像點(diǎn)，此時偏向角也應(yīng)相同。令物距OP=u，像距OP=v，由圖b中的幾何關(guān)系可知+=在近軸光線的條件下，可得該式叫做高斯公式。平面鏡、球面鏡和薄透鏡所形成的像的位置，可以根據(jù)物像關(guān)系式求得，最基本的公式有

51、兩個，即高斯公式其中u是物距代表物到透鏡（或面鏡）的距離；v是像距代表像到透鏡（或面鏡）的距離；f為透鏡的焦距。K是像的橫向放大率。此二關(guān)系式對三種光具組都適用。下表表明在三種透鏡中應(yīng)用情況。     光具公式透鏡球面鏡平面鏡焦距f物像公式橫向放大率 【符號法則】 用物像公式進(jìn)行計(jì)算時，應(yīng)注意關(guān)系式中的各項(xiàng)都是代數(shù)值。因?yàn)橹挥腥〈鷶?shù)值，公式才具有普遍意義，否則會造成、凹球面、凸球面、凹透鏡、凸透鏡的物像公式各不相同，把問題變得復(fù)雜。各特定光學(xué)量的符號的采用法則是很重要的，若符號選錯，則所有的計(jì)算全都錯了。下面就其應(yīng)用法則歸納為：（1）所有距離從

52、光心（或頂點(diǎn)）量起；（2）對于實(shí)像v取正值，對于虛像v取負(fù)值；對于實(shí)物u取正值，對于虛物u取負(fù)值；（3）凡已知量，其數(shù)值前必須冠以符號；凡未知量，必須根據(jù)求出的符號來確定物像的性質(zhì)和位置；（4）會聚透鏡（或凹面鏡）的焦距為正（實(shí)焦點(diǎn)）；發(fā)散透鏡（或凸面鏡）的焦距為負(fù)（虛焦點(diǎn)）。物像公式，正確運(yùn)用符號法則，只要知道物體離開透鏡（或球面鏡）光心的距離u和焦距f，就可以求出成像的位置、像的性質(zhì)和像的大小。應(yīng)該注意的是，在球面反射和薄透鏡折射時，物像公式只有在近軸光線，近軸物的情況下才適用。因此成像關(guān)系式是近似的。 【牛頓公式】 設(shè)X1表示物體與第一焦點(diǎn)的距離，而X2表示光像與第二焦點(diǎn)的距離

53、，由圖414可以看出，CCF2MOF2和MOF1AAF1放大率即X1X2=f1f2對于薄透鏡來講，f1=f2=f，所以有X1X2=f2著，運(yùn)用時也較方便。  【透鏡成像作圖】 各種透鏡成像作圖中，應(yīng)注意，實(shí)際光線用實(shí)線畫出，在每一條光線上還必須標(biāo)明箭頭，以示光的傳播方向。其輔助線，引伸線通常不用實(shí)線而采用虛線，以免和實(shí)際光線混淆。最后，光線作圖法的目的是確定像的位置、性質(zhì)和大小，因此作圖可在方格紙上完成，圖中標(biāo)明比例和所有已知量及待定量的數(shù)值。即稱為按比例成像作圖法。（1）凸透鏡成像作圖這一作圖主要是三條光線。如圖415所示。其中PF為通過主焦點(diǎn)的入射線經(jīng)透鏡折射后平行于主

54、軸。而POP為通過光心的入射線不改變方向。由P點(diǎn)出發(fā)平行于主光軸的入射線折射后通過主焦點(diǎn)。此三條線必交于同一點(diǎn)P，P便是P點(diǎn)的像。為了簡便只要用其中的兩條線便可確定像點(diǎn)的位置；（2）凹透鏡成像作圖的三條光線，如圖416所示。平行于主軸的入射線，經(jīng)透鏡折射后的出射線的反向延長線通過和物同側(cè)的虛主焦點(diǎn)。由P點(diǎn)射向透鏡另一側(cè)虛主焦點(diǎn)的入射線，折射后平行于主光軸。由P點(diǎn)射出通過光心的線不改變方向。其前兩條線的反向延長線與第三條線均交于P點(diǎn)。P點(diǎn)便是P點(diǎn)的虛像；（3）凸透鏡的任意光線作圖法。如果物點(diǎn)P在主軸上，則上述的三條光線便合為一條而無法作圖，此時像的位置可利用副光軸和焦平面的性質(zhì)來確定。利用第一焦

55、平面的作圖方法，如圖417所示。經(jīng)P點(diǎn)作一條入射光線PO，它沿著主軸方向穿過透鏡方向不變；經(jīng)P點(diǎn)作一條任意光線PA，交透鏡于A點(diǎn)并與第一焦平面交于B點(diǎn)；作副光軸BO，過A點(diǎn)作和BO平行的線AP，交主光軸的P點(diǎn)，P便是P的像點(diǎn)。同理，也可用第二焦平面作圖，其作法如圖418所示。作任意光線PA交透鏡于A點(diǎn)；過透鏡中心O作平行于PA的輔助線OB，與第二焦平面交于B點(diǎn)；連接A、B兩點(diǎn)且延長，與沿主軸的光線交于P點(diǎn)，則P點(diǎn)即為所求也像：（4）凹透鏡的任意光線作圖法。利用凹透鏡的副光軸和焦平面作圖，如圖419所示。經(jīng)P點(diǎn)作任意光線PA，交透鏡于A點(diǎn)，經(jīng)透鏡的中心O作平行于PA的副光軸OB，和第二焦平面交于

56、B點(diǎn)；連接A、B兩點(diǎn)，它和延主軸的光線交于P，則P點(diǎn)為所求之像點(diǎn)。   【凸透鏡成像規(guī)律】 從圖420可以看出，隨著物和焦點(diǎn)之間的相對位置的不同，成像的情況也不同。大致可分為6種情況說明，如圖420所示。（1）物位于無窮遠(yuǎn)時，則像距v=f，成實(shí)像，放大率K=0?？捎糜跍y定焦距；（2）當(dāng)u2f時，像的位置fv2f，這時是倒立實(shí)像，放大率K1。眼睛、照像機(jī)均相當(dāng)于這種成像關(guān)系；（3）當(dāng)u=2f時，v=2f，這時是倒立實(shí)像，放大率K=1，即物像的大小相等；（4）2fuf時，2fv，倒立實(shí)像，K1，放大像?；脽魴C(jī)，顯微鏡，均是這種成像關(guān)系；（5）u=f時，則v這時無像，這

57、時K放大，探照燈是這種光學(xué)關(guān)系；（6）fu0時，vO，正立虛像，K1放大，放大鏡是這種光學(xué)成像關(guān)系。圖中的2、3、4、5、6各種情況，分別代表（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）所說之情況。 【凹透鏡的成像規(guī)律】 凹透鏡所成的像，無論物體的位置在焦點(diǎn)以外還是焦點(diǎn)以內(nèi)，它經(jīng)凹透鏡折射后，所成的像，都是縮小的，正立的虛像。像和物在透鏡的同側(cè)。因此它的成像規(guī)律，不同于凸透鏡那樣復(fù)雜。如圖421所示。 【眼睛】 人的眼睛是一個光學(xué)系統(tǒng)。它的構(gòu)造可以簡化為一個單凸透鏡和一個屏幕。從物體的兩端反射出的兩條光線對眼睛的光心點(diǎn)所張的角，叫做視角。物體越小或距離越遠(yuǎn)，視角越小。觀察

58、很小或很遠(yuǎn)的物體，常使用放大鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等以增大射角。不是在任何距離處的物體人眼都能看清楚。眼睛能看清物體必要的條件是：（1）物體的像不但要落在視網(wǎng)膜上，并用要落在黃斑中央的中央凹處；（2）像應(yīng)該有一定的照度。進(jìn)入眼中的光通量是由瞳孔自行調(diào)節(jié)，達(dá)到一定照度。這一照度是在視網(wǎng)膜透應(yīng)機(jī)能范圍之內(nèi)；（3）視角一般不能小于1（長1厘米的線段在距眼睛34米處的視角約為1）。由眼睛的調(diào)節(jié)作用（或稱調(diào)焦）所能看得清楚的最遠(yuǎn)和最近兩點(diǎn)，分別叫做遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)。正常眼睛遠(yuǎn)點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處，近點(diǎn)在10厘米到15厘米處。在適當(dāng)?shù)恼斩认拢矬w離開眼睛25厘米時，在視網(wǎng)膜上造成的像最清晰，并且看起來不易感到疲勞，這個距離叫做明視距離。人的眼睛就是一個透鏡系統(tǒng)。外界的景物通過成像在視網(wǎng)膜上而被視覺神經(jīng)所感受。【近視眼】遠(yuǎn)處物體無法成像于視網(wǎng)膜上，而在網(wǎng)膜前，這時要帶近視鏡。這是由于近視眼的晶狀體比正常眼睛凸一些，或視網(wǎng)膜距晶狀體的距離過遠(yuǎn)，所以造成遠(yuǎn)處的平行光不能會聚在視網(wǎng)膜上，而會聚在視網(wǎng)膜之前，這說明近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)不在遠(yuǎn)窮遠(yuǎn)處。故不能看清遠(yuǎn)處物體，只能看清一定距離內(nèi)的物體。為了矯正近視眼，應(yīng)采用凹透鏡制成的眼鏡，使光通過眼鏡先發(fā)散，再通過晶狀體會聚，使會聚點(diǎn)后移到視網(wǎng)膜上?！具h(yuǎn)視眼】無窮遠(yuǎn)處的物體所成的像只能在視