幾何光學基礎 光的基本概念和基本定律 幾何光學基本定律

幾何光學基本定律教學目標知識目標能力目標教學目的思政元素專業(yè)—敬業(yè)、細心—耐心掌握幾何光學的基本定律、原理幾何光學基本定律和原理會運用幾何光學的基本定律和符號規(guī)定幾何光學基本定律PART01

一、幾何光學基本定律

各向同性的均勻介質中，光是沿著直線傳播的。這一定律可以解釋很多自然現(xiàn)象。光的直線傳播定律一、幾何光學基本定律光的獨立傳播定律

來自不同方向的光線在傳播途中相遇時，彼此互不影響，各自獨立地傳播；在相交處，其相互作用是簡單地相加。一、幾何光學基本定律光的反射定律入射光線、反射光線和法線三者位于同一個平面入射光線和反射光線分別位于法線的兩側

入射角和反射角二者絕對值相等且符號相反nn’i-i”入射光線反射光線法線一、幾何光學基本定律光的折射定律入射光線、折射光線和法線三者位于同一平面內(nèi)入射角和折射角的正弦之比為一個常數(shù)，即為兩種介質的折射率之比入射光線和折射光線分別位于法線的兩側或一、幾何光學基本定律光的折射定律

光線垂直入射介質表面時，不改變方向，但速度減慢，波長減小。n=1n’=1.33由折射定律：i=0時，i’=0一、幾何光學基本定律光的折射定律

光線以一定角度入射介質表面時，會產(chǎn)生偏折。n=1n’=1.33一、幾何光學基本定律例1當光線以30°入射角從空氣射向水面，水的折射率為1.33，問其反射光線和折射光線的方向？解：已知代入反射定律公式，得反射角為：代入折射定律公式，可求得折射角為：n=1n’=1.33i=30°i’=?-i”=?一、幾何光學基本定律例1當光線以30°入射角從水射向空氣，水的折射率為1.33，問其折射光線的方向是多少？解：已知代入折射定律公式，可求得折射角為：n’

=1i’=?i=30°n=1.33一、幾何光學基本定律光的折射定律由上面例子可以看出光從低折射率介質射入高折射率介質時，折射角減小光從高折射率介質射入低折射率介質時，折射角增大案例水面以下的物體看起來比實際高，是因為眼睛認為光沿直線傳播魚在水中看水面物體時，視角增大，是因為水中折射角小水幾何光學原理PART02

二、幾何光學原理光路可逆原理

一條光線沿著一定的路線，從空間的A點傳播到B點。如果我們在B點，按照與B點出射光線相反的方向投射一條光線，則此反向光線必沿同一條路線通過A點，光線傳播的這種性質稱為光路可逆原理。二、幾何光學原理全反射原理表示入射光線由光密介質射向光疏介質，當入射角大于臨界角時，折射光線不再存在，入射光線全部反射回原介質中。臨界角（全反射角）指折射角等于90°時對應的入射角。二、幾何光學原理全反射原理例：光線由水中射向空氣，臨界角是多少？i’=90

n2=1imn1=1.33全反射由于光能量損失小，常用于遠距光的傳輸（光導纖維0、醫(yī)用窺鏡等。幾何光學符號規(guī)定PART03

三、幾何光學符號規(guī)定光路方向規(guī)定光線傳播方向從左向右為正光路，反之為逆光路。沿軸線段：由計算起點（原點）到終點的方向與光線傳播方向相同者為正值，反之為負值規(guī)定：球面曲率半徑r、物距l(xiāng)和像距l(xiāng)’以折射面頂點為原點。垂軸線段：以光軸為界，光軸上方為正，光軸下方為負線段三、幾何光學符號規(guī)定角度一律以銳角度量，由起始邊到終邊，順時針為正，逆時針為負。

孔徑角u、u’（光線與光軸的夾角）是由光軸轉向光線入射角i、反射角i”和折射角i’（光線與法線的夾角）是由光線轉向法線球心角φ法線與光軸的夾角）是由光軸轉到法線

光路圖中的所有幾何量都以絕對值標注。φ小結光路可逆原理全反射原理光的直線傳播定律光的獨立傳播定律光的反射定律光的折射定律幾何光學基本定律幾何光學符號規(guī)定幾何光學原理沿