成都超迈机械光学基本知识培训教材

成都超迈机械有限公司——专业真空及人工晶体材料技术解决方案厂商透镜知识点汇总凸透镜：中间厚边缘薄的透镜；凹透镜：中间薄边缘厚的透镜。焦点：平行光线（太阳光）通过透镜后会聚的点，或通过透镜后发散光线的反向延长线的会聚点。（焦点一般有两个，并且一般关于透镜对称）焦距：焦点到光心的距离。凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用光心：透镜的几何中心三条特殊光线1.平行于主光轴的光线，通过凸透镜后会聚于焦点；通过凹透镜后，反向延长线会聚于焦点。2.通过焦点的光线通过凸透镜后平行于主光轴；正向延长线通过焦点的光线通过凹透镜后平行于主光轴。3.通过光心的光线通过透镜后方向不变。凸透镜成像规律表格分析：1.一倍焦距：像虚实的分界线（一倍焦距分虚实）2.二倍焦距：实像放大缩小的分界线（二倍焦距分大小）3.实像都是倒立的，虚像都是正立的。成都超迈机械有限公司——专业真空及人工晶体材料技术解决方案厂商4.在调节物距和像距时，物像在主光轴上同向移动。（成实像时物远像近像变小，成虚像时物远像远像变大。这里的远近是相对于透镜来说的。）5.物体、透镜和光屏位置已经确定，在光屏上已经有一个清晰的像，如果保持透镜不动，像左右上下的移动方向和物体左右上下移动的方向相反；如果保持物体不动，像左右上下移动的方向和透镜移动的方向相同。（注意这里的移动不是沿主光轴的前后移动，而是与主光轴垂直方向移动）。图表1照相机光路图照相机是利用物距大于2倍焦距时在透镜异侧的一二倍焦距之间成倒立缩小的实像。图表2幻灯机光路图投影仪是利用物距在一二倍2倍焦距之间时在透镜异侧的二倍焦距以外成倒立放大的实像。图表3放大镜光路图放大镜是利用物距小于一倍焦距时在透镜同侧成正立放大的虚像。成都超迈机械有限公司——专业真空及人工晶体材料技术解决方案厂商凹透镜成像规律;当物体为实物时，成正立、缩小的虚像，像和物在透镜的同侧；当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距（指绝对值）以内时，成正立、放大的实像，像与物在透镜的同侧；(uf)当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距（指绝对值）时，成像于无穷远；(u=f)当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以外两倍焦距以内（均指绝对值）时，成倒立、放大的虚像，像与物在透镜的异侧；(fu2f)当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为两倍焦距（指绝对值）时，成与物体同样大小的虚像，像与物在透镜的异侧；(u=2f)当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为两倍焦距以外（指绝对值）时，成倒立、缩小的虚像，像与物在透镜的异侧。(u2f)如果是厚的弯月形凹透镜，情况会更复杂。当厚度足够大时相当于伽利略望远镜，厚度更大时还会相当于正透镜。用途:近视眼镜是凹透镜凹透镜对光线起发散作用,凹透镜成一个正立、缩小的虚像,像物同侧，vu物近像近像变大，物远像远像变小。1/u+1/v=1/f(u为物距，v为像距，f为焦距，与凸透镜一样凸透镜成像规律凸透镜成像规律是指物体放在焦点之外，在凸透镜另一侧成倒立的实像，实像有缩小、等大、放大三种。物距越小，像距越大，实像越大。物体放在焦点之内，在凸透镜同一侧成正立放大的虚像。物距越小，像距越小，虚像越小在光学中，由实际光线汇聚成的像，称为实像，能用光屏承接；反之，则称为虚像，只能由眼睛感觉。讲述实像和虚像的区别时，往往会提到这样一种区分方法：“实像都是倒立的，而虚像都是正立的。”平面镜、凸面镜和凹透镜所成的三种虚像，都是正立的；而凹面镜和凸透镜所成的实像，以及小孔成像中所成的实像，无一例外都是倒立的。当然，凹透镜和凸透镜也可以成实像，而它们所成的两种实像，同样是倒立的状态。成都超迈机械有限公司——专业真空及人工晶体材料技术解决方案厂商物距(u)与焦距(f)的关系像距(v)与焦距(f)或物距(u)的关系同侧或异侧正倒大小虚实应用特点u2ffv2f异侧倒立缩小实像照相机u=2fv=2f异侧倒立等大实像测焦距大小分界点fu2fv2f异侧倒立放大实像投影仪幻灯机u=f-不成像---平行光源测焦距实虚分界点ufvu同侧正立放大虚像放大镜虚像在物体同侧物像同侧，虚像在物体之后1)二倍焦距以外，倒立缩小实像；〈这里所指的一倍焦距是说平行光源通过透镜汇聚到主光轴的那一点到透镜光心的距离,那么两倍焦距就是指2倍远的地方〉二倍焦距，倒立等大实像；一倍焦距到二倍焦距，倒立放大实像；一倍焦距不成像；一倍焦距以内，正立放大虚像；成实像物和像在凸透镜异侧，成虚像在凸透镜同侧。(2)一倍焦距分虚实两倍焦距分大小物近像远像变大物远像近像变小凸透镜成像规律表格物体到透镜中心的距离像的正倒像的大小像的虚实像到透镜中心的距离应用实例物距和像距的关系u2f倒立缩小实像2fvf照相机uvu=2f倒立等大实像v=2f可用来测量凸透镜焦距u=v2fuf倒立放大实像v2f放映机，幻灯机，投影机uvu=f不成像平行光源：探照灯uf正立放大虚像vu虚像在物体同侧放大镜（u是物距v是像距f是焦距）为了研究各种猜想，人们经常用光具座进行试验。蜡烛的焰心，凸透镜中心，光屏中心应尽量保持在同一水平高度上。（3）凸透镜成像还满足1/v+1/u=1/f成都超迈机械有限公司——专业真空及人工晶体材料技术解决方案厂商利用透镜的特殊光线作透镜成像光路：（1）物体处于2倍焦距以外（2）物体处于2倍焦距和1倍焦距之间（3）物体处于一倍焦距以内（4）凸透镜成像光路实验研究凸透镜的成像规律是：当物距在一倍焦距以内时，得到正立、放大的虚像；在一倍焦距到二倍焦距之间时得到倒立、放大的实像；在二倍焦距以外时，得到倒立、缩小的实像。1/u(物距)+1/v（像距）=1/f（透镜焦距）4)当成虚像时，物、像的左右一致，上下一致；当成实像时，物、像的左右相反，上下相反.。（5）凸透镜成像的两个分界点：2f点是成效放大缩小实像的分界点；f点是成实像虚像的分界点。凸透镜成像规律记忆：1.u2f，倒立缩小的实像fv2f照相机简记为：外中倒小实（或物远像近像变小）2.u=2f,倒立等大的实像v=2f可用来测量凸透镜焦距简记为：两两倒等实3.2fuf倒立放大的实像v2f放映机，幻灯机，投影机简记为：中外倒大实（或物近像远像变大）4.u=f不成像平行光源：探照灯简记为：点上不成像5.uf正立放大的虚像无虚像在物体同侧放大镜简记为：点内正大虚注：u大于2f简称为远——离凸透镜远一些；u小于2f且大于f简称为近——离凸透镜近一些记忆口诀：物三像二小实倒物二像三倒大实物与像同侧正大虚物近像远像变大，物远像近像变小，1倍焦距分虚实，2倍焦距分大小。凹面镜成像规律先规定凹面镜的球心在左边，光线由左向右传播，左边的物是实物。由于凹面镜起反射作用，因此如果像在左边也是实的，在右边就是虚的。当实物位于无穷远时，发出的光线是平行于光轴的，经凹面镜反射后会聚于焦点，即1/2半径处，为倒立、缩小的实像。当实物由无穷远向球心移动时，所成的像由焦点(1/2半径处)向球心移动，即像的移动方向与物的移动方向相反，仍为倒立、缩小的实像。放大率的绝对值在0和1之间。当实物移动到球心时，像也在球心，为倒立、与物等大的实像。放大率的绝对值为1。当实物继续由球心向凹面镜焦点移动时，像由球心向反方向移动，即向左边越来越远，成放大、倒立的实像。放大率的绝对值＞1当实物移动到凹面镜的焦点时，像在无穷远。在实物过焦点的一瞬间像的虚实、正倒发生变化，位置从左边无穷远变为右边无穷远。成都超迈机械有限公司——专业真空及人工晶体材料技术解决方案厂商当实物刚好移动到凹面镜的焦点之右时，像变成虚的。实物从凹面镜的焦点向凹面镜的顶点移动时，成放大、正立的虚像。放大率的绝对值＞1。当实物移动到与凹面镜重合时，成与物等大的像，放大率的绝对值＝1。在这一瞬间物的虚实和像的虚实同时发生变化。当物再向右移动，即变成虚物时，成正立、缩小的实像，放大率的绝对值＜1。一个凹面镜的图解，显示出焦点、焦距、曲率中心、主轴等等。凹面镜或汇聚镜会将反射的光线像内偏折（永远朝像入射光源）。不同于凸面镜，凹面镜会因为物体与镜面本身距离的不同，而呈现不同的影像。这种镜面称为汇聚，因为它们倾向将射至表面的光线收集起来，平行入射的光线将会被重新聚集在焦点上，这也是因为表面每个点的法线方向不同，光线以不同的角度反射。凹面镜是反射成像。面镜（包括凸面镜）不是使光线透过，而是反射回去成像的仪器，光线遵守反射定律。当物距小于焦距时成正立、放大的虚像，物体离镜面越近，像越大。当物距等于一倍焦距时不成像，当物距在一二倍焦距之间时成倒立放大的实像，物体离镜面越远，像越小。当物距等于二倍焦距时成等大倒立的实像。当物距大于2倍焦距时，成倒立、缩小的实像，物体离镜面越远，像越小。成的实像与物体在同侧，成的虚像与物体在异侧。凹镜不仅可以使平行光线汇聚于焦点，还能使焦点发出的光线反射成平行光。注：此处S表示物体与镜面的距离。当SF，影像是：虚像正像放大（比实物大）当S=F，影像形成在无穷远处（∞）。注意反射的光线是彼此互相平行不会交会。在这种情况下，没有影像可以形成，或是影像形成在无穷远处。当FS2F，影像是：实像反像（倒像）放大（比实物大）当S=2F，影像是：实像反像（倒像）一样大小当S2F，影像是：实像反像（倒像）缩小的（比较小）凸面镜成像规律凸面镜只能成正立缩小的虚像成都超迈机械有限公司——专业真空及人工晶体材料技术解决方案厂商第二章光现象1、光源：能够自行发光的物体叫光源【下面哪些是光源：太阳、火焰、闪电、萤火虫、点燃的蜡烛、发光的电灯、激光束、月亮锃光瓦亮的书桌】2、光在均匀介质中是沿直线传播的大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折（海市蜃楼、早晨看到太阳时，太阳还在地平线以下、星星的闪烁等）3、光速光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快光在真空中的传播速度：V=3×810m/s，在空气中的速度接近于这个速度，认为V，水中的速度约为3/4V，玻璃中为约2/3V4、光直线传播的应用可解释许多光学现象：激光准直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等5、光线光线：表示光传播方向的直线，即沿光的传播路线画一直线，并在直线上画上箭头表示光的传播方向（光线是假想的，实际并不存在）6、光的反射【入射角、反射角、法线】光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了改变，这种现象称为光的反射7、光的反射定律反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角可归纳为：“三线共面，两线分居，两角相等”理解：由入射光线决定反射光线，叙述时要“反”字当头发生反射的条件：两种介质的交界处；发生处：入射点；结果：返回原介质中反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角为零时，反射角也变为零度8、两种反射现象镜面反射：平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光线（反射面是光滑平面）【黑板发亮看不清字】漫反射：平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线（反射面是粗糙平面或曲面）注意：无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律9、在光的反射中光路可逆10、平面镜对光的作用（1）成像（2）改变光的传播方向成都超迈机械有限公司——专业真空及人工晶体材料技术解决方案厂商11、平面镜成像的特点（1）成的是正立等大的虚像（2）像和物的连线与镜面垂直，像和物到镜的距离相等理解：平面镜所成的像与物是以镜面为轴的对称图形，即平面镜是物像连线的中垂线。12、实像与虚像的区别实像是实际光线会聚而成的，可以用屏接到，当然也能用眼看到。虚像不是由实际光线会聚成的，而是实际光线反向延长线相交而成的，只能用眼看到，不能用屏接收。13、平面镜的应用（1）水中的倒影（2）平面镜成像（3）潜望镜第三章透镜及其应用1、光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化，这种现象叫光的折射理解：光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原