北京理工应用光学习题

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1、第一章 : 几何光学基本原理 ( 理论学时: 4 学时 ) 讨论题:几何光学和物理光学有什么区别?它们研究什么内容? 思考题:汽车驾驶室两侧和马路转弯处安装的反光镜为什么要做成凸面,而不做成平面? 一束光由玻璃( n=1.5 )进入水( n=1.33 ),若以 45 角入射,试求折射角。 证明光线通过二表面平行的玻璃板时,出射光线与入射光线永远平行。 为了从坦克内部观察外界目标,需要在坦克壁上开一个孔。假定坦克壁厚为 200mm ,孔宽为 120mm ,在孔内部安装一块折射率为 n=1.5163 的玻璃,厚度与装甲厚度相同,问在允许观察者眼睛左右移动的条件下,能看到外界多大的角度范围? 一个等

2、边三角棱镜,若入射光线和出射光线对棱镜对称,出射光线对入射光线的偏转角为 40 ,求该棱镜材料的折射率。 构成透镜的两表面的球心相互重合的透镜称为同心透镜,同心透镜对光束起发散作用还是会聚作用? 共轴理想光学系统具有哪些成像性质? 第二章 : 共轴球面系统的物像关系 ( 理论学时: 10 学时,实验学时: 2 学时 ) 讨论题:对于一个共轴理想光学系统,如果物平面倾斜于光轴,问其像的几何形状是否与物相似?为什么? 思考题:符合规则有什么用处?为什么应用光学要定义符合规则? 有一放映机,使用一个凹面反光镜进行聚光照明,光源经过反光镜以后成像在投影物平面上。光源高为 10mm ,投影物高为 40m

3、m ,要求光源像高等于物高,反光镜离投影物平面距离为 600mm ,求该反光镜的曲率半径等于多少? 试用作图法求位于凹的反光镜前的物体所成的像。物体分别位于球心之外,球心和焦点之间,焦点和球面顶点之间三个不同的位置。 试用作图法对位于空气中的正透镜( )分别对下列物距: 求像平面位置。 试用作图法对位于空气中的负透镜( )分别对下列物距: 求像平面位置。 已知照相物镜的焦距 毫米,被摄景物位于距离 米处,试求照相底片应放在离物镜的像方焦面多远的地方? 设一物体对正透镜成像,其垂轴放大率等于 1 ,试求物平面与像平面的位置,并用作图法验证。 已知显微物镜物平面和像平面之间的距离为 180 毫米,

4、垂轴放大率为 5 ,求该物镜组的焦距和离开物平面的距离(不考虑物镜组二主平面之间的距离)。 已知航空照相机物镜的焦距 500 毫米,飞机飞行高度为 6000 米,相机的幅面为 300 300 毫米 2 ,问每幅照片拍摄的地面面积。 由一个正透镜组和一个负透镜组构成的摄远系统,前组正透镜的焦距 100 毫米,后组负透镜的焦距 50 毫米。要求由第一组透镜道组合系统像方焦点的距离为系统的组合焦距的 ,求二透镜组之间的间隔 d 应为多少?组合焦距等于多少? 如果将第 10 题中的系统用来对 10 米远的物平面成像,用移动第二组透镜的方法,使像平面位于移动前组合系统的像方焦平面上,问透镜组移动的方向和

5、移动距离? 由两个系统构成的一个倒像系统,设第一组透镜的焦距为 ,第二组透镜的焦距为 ,物平面位于第一组透镜的物方焦平面上,求该倒像系统的垂轴放大率。 由两个同心的反射面(二球面的球心重合)构成的光学系统,按照光线反射的顺序第一个反射球面是凹的,第二个反射球面是凸的,要求系统的像方焦点恰好位于第一个反射球面的顶点,求两个球面的半径 、 和二者之间的间隔 d 之间的关系。 假定一显微物镜由相隔 20 毫米的两个薄透镜组构成,物平面和像平面之间的距离为 180 毫米,放大率 10 ,要求近轴光线通过二透镜组时的偏角 和 相等,求二透镜组的焦距。 电影放映机镜头的焦距 120 毫米,影片画面的尺寸为

6、 22 16 毫米 2 ,银幕大小为 6.6 4.8 米 2 ,问电影机应放在离银幕多远的地方?如果把放映机移到离银幕 50 米远处,要改用多大焦距的镜头? 一个投影仪用 5 的投影物镜,当像平面与投影屏不重合而外伸 10 毫米时,则须移动物镜使其重合,试问物镜此时应向物平面移动还是向像平面移动?移动距离为多少? 一照明聚光灯使用直径为 200 毫米的一个聚光镜,焦距为 400 毫米,要求照明距离为 5 米远的一个直径为 3 米的圆,问灯泡应安置在什么位置? 已知一个同心透镜 50 毫米,厚度 d 10 毫米, n=1.5163 ,求它的主平面和焦点位置。 第三章 : 眼睛的目视光学系统 (

7、理论学时: 6 学时,实验学时: 2 学时 ) 讨论题:当进入已开演的电影院时,看不清周围的人和坐位,为什么过一会就能看清了?当白天走出电影院时,感到光线特别强,这是为什么? 思考题:人眼的视角分辨率是什么含义?为什么人眼的视角分辨率是有限的? 正常人眼的远点在什么地方?若某正常人眼的最大调节范围为 10 视度,其近点距离为多少? 用两个负透镜能否构成一个望远镜?为什么? 假定用眼睛直接观察敌人的坦克时,可以在 400 米的距离上看清坦克的编号,如果要求距离 2 公里也能看清,问应该使用几倍的望远镜? 有一焦距为 150 毫米的物镜,拟装成一个 6 倍的望远镜,问组成开普勒和伽利略望远镜时,目

8、镜的焦距各为多少?镜筒长(物镜和目镜之间的距离)各为多少? 焦距仪上测微目镜的焦距为 17 毫米,使用叉线对准,问瞄准误差等于多少? 燃烧室离观察窗 1.5 米,为了看清燃烧室内的情况,需要采用一个实际视放大率为 5 倍的仪器,假定物镜和目镜之间的距离为 200 毫米(物镜和目镜的厚度均忽略不计),试问物镜焦距和目镜焦距各为多大?若要求视度调节范围为 5 视度,目镜的总移动量为多大? 第四章 : 平面镜棱镜系统 ( 理论学时: 8 学时 ) 讨论题:平面镜棱镜系统有什么用途? 思考题:单平面镜和双平面镜旋转有什么实际应用? 如果要求周视瞄准镜光轴俯仰 15 ,问端部直角棱镜应俯仰多大角度? 平

9、面镜成像有哪些性质?单平面镜和双平面镜旋转各有什么特点? 假定望远镜物镜的焦距为 80 毫米 ,通光口径为 20 毫米 ,半视场角 5 ,在它后面 50 毫米 处放一直角屋脊棱镜 90 2 ,求棱镜的尺寸和像面的位置。 第五章 : 光学系统中成像光束的选择 ( 理论学时: 5 学时 ) 讨论题:光学系统成像光束选择应该根据遵循原则? 思考题:为什么望远镜系统中成像光束的选择非常重要? 在设计一个光学系统时,应如何考虑选择孔径光阑和视场光阑? 怎样表示显微镜物镜的成像光束大小和成像范围大小?望远镜中是怎样表示的? 一般用显微镜的孔径光阑选在什么地方?测量用显微镜的孔径光阑选在什么地方?为什么?

10、第六章 : 辐射度学和光度学基础 ( 理论学时: 8 学时 ) 讨论题:光通量和辐射通量有什么区别? 讨论题:发光强度、光照度以及光亮度分别代表什么含义? 思考题:什么叫发光点?什么叫发光面?如何表示人眼对发光点和发光面的主观光亮度? 一般钨丝白炽灯各方向的平均发光强度( cd )大约和灯泡的辐射功率( W )相等,问灯泡的发光效能为多大? 有一直径 20 厘米 的球形磨砂灯泡,各方向均匀发光,其光视效能为 15 lm/W ,若在灯泡正下方 2 米 处的光照度为 30 lx ,问该灯泡的功率为多大?灯泡的光亮度多大? 用一个 250W 的溴钨灯作为 16 毫米 电影放映机的光源,光源的光视效能

11、为 30 lm/W ,灯丝的外形面积为 5 7mm 2 ,可以近似看作一个两面发光的发光面,采用第一种照明方式。灯泡的后面加有球面反光镜,使灯丝的平均光亮度提高 50 % ,银幕宽度为 4 米 ,放映物镜的相对孔径为 1 : 1.8 ,系统的透过率 0.6 ,求银幕光照度( 16 毫米 放映机的片门尺寸为 10 7mm 2 )。 设有一个投影物镜,采用 100W 的灯泡照明,灯泡的光视效能为 20 lm/W, 发光体直径为 4 毫米 、各方向均匀发光的球形灯丝,要求银幕的光照度为 60 lx ,银幕离开投影仪的距离为 10 米 ,投影仪片门宽为 20 毫米 ,整个系统的透过率 0.6 ,求投影

12、物镜的焦距和相对孔径。 有一对称照相物镜,相对孔径为 1:5 ,每亿半焦距为 200 毫米 ,两透镜组相距 20 毫米 ,在透镜组中央有一个孔径光阑。在物镜前方 400 毫米 处有一个垂直光轴的物体,其光亮度为 500 cd/m 2 。如果不考虑系统的光能损失,求像平面光照度。当物体位于无限远时,像平面光照度又为多少? 照相时光圈数取 8 ,曝光时间用 s ,为了拍摄移动目标,将曝光时间改为 s ,问应取多大的光圈数? 用于跟踪天空飞行目标的电视摄影机,摄像管要求最低的像面光照度为 20 lx ,假定天空的光亮度为 2500 cd/m 2 ,光学系统的透过率 等于 0.7 ,问要求使用多大相对

13、孔径的摄影物镜? 第五章光学系统成像光束选择中,双目望远镜的光学系统中,所有的凹透镜都是用火石玻璃制做的,凸透镜都是用冕玻璃制做的,透镜和棱镜中的总的光路长为 110 毫米 ,计算光学零件表面不镀增透膜和镀增透膜两种情况下系统的透过率。 第七章 : 光学系统成像质量评价 ( 理论学时: 7 学时,实验学时: 4 学时 ) 讨论题:检验实际光学系统成像质量的常用方法有哪几种? 思考题:在光学系统设计阶段常用的评价成像质量的方法有哪几种? 光学系统色差有哪几种?画图说明。 共轴光学系统轴上点有哪几种像差? 轴外点有哪几种单色像差和色差?画图说明。 什么叫理想光学系统的分辨率?它具有什么实际意义?理想光学系统的分辨率是怎样确定的? 试说明望远镜、照相物镜、显微物镜的分辨率表示方法。 光学传递函数的物理意义是什么?和其它评价光学系统成像质量的方法相比,光学传递函数有什么优点?

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