《医用物理学：10.1球面折射》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医用物理学：10.1球面折射（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学10.1 10.1 球面折射球面折射 曹会英1单球面折射单球面折射1.1单球面折射公式单球面折射公式1.2折射面的焦点、焦距和焦度折射面的焦点、焦距和焦度2共轴球面系统共轴球面系统逐次成像法逐次成像法第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学一一.光的反射和折射定律光的反射和折射定律两种媒质两种媒质n1和和n2，入射光线从媒质入射光线从媒质1 1射到分界面上射到分界面上。n1n2i1i1i2反射角与入射角的关系：反射角与入射角的关系：i1=i1折射角与入射折射角
2、与入射角的关系：角的关系：2第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学二、单球面折射及公式推导二、单球面折射及公式推导定义：当光在两种不同介质的分界面上发生折射时，定义：当光在两种不同介质的分界面上发生折射时，如果分界面是球面的一部分，则称为单球如果分界面是球面的一部分，则称为单球面折射。面折射。空气空气玻璃玻璃C3第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学物距物距（objectdistance)：像距像距（imagedistance)：近轴光线：近轴光线：主光轴：主光轴：需要弄清楚的几个概念：需要弄清
3、楚的几个概念：通过通过P和和C的直线的直线球面顶点球面顶点曲率中心曲率中心点光源点光源像像I球面半径球面半径OA、AI主光轴主光轴近轴光线近轴光线近轴光线近轴光线4第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学球面顶点球面顶点曲率中心曲率中心点光源点光源像像I IQ Q球面半径球面半径近轴近似条件近轴近似条件：5第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学（近轴近似）（近轴近似）（重要结果）（重要结果）（折射定律）（折射定律）6第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理
4、学理学近轴光线的单球面折射成像公式：近轴光线的单球面折射成像公式：符号规则：符号规则：实物、实像到实物、实像到折射顶点的距离均取正值；折射顶点的距离均取正值；虚物、虚像虚物、虚像到折射顶点的距离均到折射顶点的距离均取负值。取负值。适用情况：适用情况：任何凸或凹的球面任何凸或凹的球面对着凸面，对着凸面，r r取正。取正。对着凹面，对着凹面，r r取负。取负。入射光线入射光线物方空间为物方空间为n1像方空间为像方空间为n2。物在物方空间为实，否则为虚象在像方空间为实，否则为虚第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学例题例题1：圆柱形玻璃棒（：圆柱形玻
5、璃棒（n=1.5）放于空气中，其一）放于空气中，其一端是半径为端是半径为2cm的凸球面，在棒的轴线上离棒端的凸球面，在棒的轴线上离棒端8cm处放一点物。处放一点物。（1）求其成像位置；）求其成像位置；（2）如将此棒放在某液体中（）如将此棒放在某液体中（n=1.33），物距不变，），物距不变，问像又在何处？问像又在何处？解：已知解：已知n1=1.0,n2=1.5,r=2cm,u=8cm单球面折射成像公式单球面折射成像公式n1=1.33,n2=1.5,r=2cm,u=8cm代入得到代入得到v=-18.5cmn1=1,n2=1.5,r=2cm,u=8cm代入得到代入得到v=12cm第第10章章 几何
6、光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学例例2：一条鱼在水面下一条鱼在水面下1 1米处，水的折射率米处，水的折射率n=1.33，若在鱼的正上方观察，其像的位置在，若在鱼的正上方观察，其像的位置在哪里？哪里？解：u =1m，n1 = 1.33，n2 = 1，r = 解得 v =0.752m 像为虚像，位置水面下0.752米处。 9第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学第一焦点第一焦点F1：光轴上某点发出的光线经折射面后平行光轴上某点发出的光线经折射面后平行主光轴发出，又称物方焦点。主光轴发出，又称物方焦点。三、焦点、
7、焦距、焦度三、焦点、焦距、焦度第一焦距（物方焦距）：第一焦距（物方焦距）：第一焦点到折射面顶点的距离。第一焦点到折射面顶点的距离。10第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学第二焦点第二焦点F2：平行主光轴的光线经折射面后相交于平行主光轴的光线经折射面后相交于主光轴上的某点，又称像方焦点。主光轴上的某点，又称像方焦点。第二焦距（像方焦距）：第二焦距（像方焦距）：第二焦点到折射面顶点的距离。第二焦点到折射面顶点的距离。11第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学焦度：焦度：单位：屈光度单位：屈光度（d
8、iopter） (D)1D1m-1100度度表征透镜的折光能力表征透镜的折光能力: :越大，折射本领越大。越大，折射本领越大。12第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学四、共轴球面系统四、共轴球面系统定义：折射面不止一个，而且这些折射面的曲率定义：折射面不止一个，而且这些折射面的曲率 中心都在同一直线上。中心都在同一直线上。n1n2n3SI1P P1 1P P2 2第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学n1n2n3SI1I2v v1v2u1du2P P1 1P P2 2重点问题：如何求共轴球面系
9、统中物体所成的像？重点问题：如何求共轴球面系统中物体所成的像？常用方法：常用方法：单球面折射公式单球面折射公式逐次成像法逐次成像法(前一折射面所成前一折射面所成的像，为后一个折射面的物的像，为后一个折射面的物)难点：难点：I1在在P1和和P2之间之间I1在在P1之前之前I1在在P2之后之后第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学例题例题3 3：玻璃球（：玻璃球（n=1.5n=1.5）的半径为）的半径为10cm10cm，一点，一点 光源放在球前光源放在球前40cm40cm。 求：近轴光线通过玻璃球后所成的像。求：近轴光线通过玻璃球后所成的像。解：解
10、：n n1 1=1.0, n=1.0, n2 2=1.5, u=1.5, u1 1=40cm , r=10cm=40cm , r=10cm求得求得v2=11.4cmv v1 1=60cm=60cmu2=d- -v1=- -40cm（n n1 1=1.5, n=1.5, n2 2=1.0, r =1.0, r =10cm10cm）对于第二个折射面：对于第二个折射面：15第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学虚实物判断方法虚实物判断方法前一球面成象位于下一球面之前，此象前一球面成象位于下一球面之前，此象为下一球面的实物；为下一球面的实物； 前一球面
11、成象位于下一球面之后，此象前一球面成象位于下一球面之后，此象 为下一球面的虚物。为下一球面的虚物。 以折射面为界,入射光线和折射光线分居两侧入射光线一侧为物方空间，折射光线一侧为像方空间物在物方空间为实，否则为虚 象在像方空间为实，否则为虚16第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学例例4：半径为半径为R，折射率为，折射率为1.5的玻璃球置于空气的玻璃球置于空气中，一点光源放于玻璃球外何处，经玻璃球折射中，一点光源放于玻璃球外何处，经玻璃球折射后向右成平行光？后向右成平行光？解：解：(1)(2)17第第10章章 几何光学几何光学10-1 10-1 球面折射球面折射 医用物医用物理学理学小结小结近轴光线的单球面折射成像公式：近轴光线的单球面折射成像公式：符号规则：实物、虚物、实像、虚像、曲率半径符号规则：实物、虚物、实像、虚像、曲率半径求解共轴球面系统的方法：逐次成像法求解共轴球面系统的方法：逐次成像法18
