《眼鏡鏡片》之光學(xué)基礎(chǔ)知識

《眼鏡鏡片》之光學(xué)基礎(chǔ)知識·肉眼能感覺到的光稱為可見光，可見光來自各種自然光源和人造光源?！た梢姽獾牟ㄩL范圍為380～760nm，小于380nm的為紫外區(qū)，大于760nm的為紅外區(qū)?！す庠诓煌劫|(zhì)中的傳播速度不相同，在真空中的傳播速度是最快的，約為3×108米/秒?！鞑ニ俣却蟮拿劫|(zhì)相對于傳播速度小的媒質(zhì)叫光疏媒質(zhì)，反之叫光密媒質(zhì)?！す獾膫鞑ビ兴膫€基本定律：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。第一節(jié)光的反射和反射定律一、光的反射·當(dāng)光線投射到兩媒質(zhì)的分界面上時，一部分光線改變傳播方向，返回原來媒質(zhì)里繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱為光的反射。·光的反射分為漫反射（或不規(guī)則反射）和鏡面反射（或規(guī)則反射）?！ねㄟ^漫反射我們可以從不同角度觀察到物體，利用漫反射現(xiàn)象我們可以檢查被加工物體的光潔度?！す鈱W(xué)儀器可利用鏡面反射來改變光的傳播方向，控制光路?！す夥瓷鋾r，反射光的比例與媒質(zhì)性質(zhì)和入射角的大小有關(guān)。二、反射定律·反射光線在入射光線與法線所構(gòu)成的平面內(nèi)，反射光線和入射光線分居在法線兩側(cè)?！し瓷浣堑扔谌肷浣莍1=i2。·反射現(xiàn)象里光路是可逆的，我們從平面鏡內(nèi)看見別人，別人也同時看見我們就是這個道理。第二節(jié)平面鏡成像和球面鏡成像一、平面鏡成像·利用反射定律我們可以確定物體經(jīng)平面鏡成的像。·平面鏡成像的特點：成虛像、成正立像、物像等大。·根據(jù)平面鏡成像的原理，我們在設(shè)計驗光室時，可借助平面鏡將驗光室的長度縮短。二、球面鏡成像·鏡的反射面為球面的一部分稱為球面鏡。反射面為凹面的稱為凹面鏡，反射面為凸面的稱為凸面鏡?！ろ旤c、球心、曲率半徑、主軸、副軸的定義。凹面鏡·焦距等于曲率半徑的一半，即f=r/2?！ぐ济骁R的成像可利用成像公式計算和作圖方法來求解?！こ上窆綖椋?1/s+1/s＇=1/f＇?！こ上窆綉?yīng)遵循符號規(guī)則?！こ上窆綖榻乒健！ぷ鲌D方法求解成像是利用三條特殊光線。凸面鏡·成像情況同凹面鏡?！ご送馕覀兛梢则炞C不管物體在何位置，凸面鏡始終成縮小的、正立的虛像?！ひ虼?，同樣直徑的凸鏡可比平面鏡能觀察到較大的范圍。第三節(jié)光的折射和折射定律光的折射·投射到界面的光線，有一部分將透過界面改變傳播方向，進(jìn)入另一種媒質(zhì)繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱為光的折射?！す獾恼凵洮F(xiàn)象是自然界里普通存在的現(xiàn)象，眼鏡片能矯正屈光不正也是光的折射現(xiàn)象的體現(xiàn)。二、折射定律·折射光線在入射光線和法線所決定的平面內(nèi)?！と肷浣堑恼液驼凵浣堑恼抑仁且粋€與入射角大小無關(guān)的常數(shù)?！ぴ谡凵洮F(xiàn)象里，光路也是可逆的。三、折射率相對折射率·折射定律中談及的常數(shù)與兩媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱第二種媒質(zhì)對于第一種媒質(zhì)的相對折射率，記作n2.1?！さ诙N媒質(zhì)對于第一媒質(zhì)的相對折射率等于光線在第一種媒質(zhì)里的傳播速度與光在第二媒質(zhì)里的傳播速度之比。即n2.1=v1/v2?！し粗嗳?，n1.2=v2/v1。2、絕對折射率·任何媒質(zhì)相對于真空的相對折射率稱為媒質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率?！っ劫|(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度與光在該媒質(zhì)中的傳播速度之比，即n＝c/v?！ふ凵渎屎愦笥?。·光在空氣中的傳播速度與光在真空中的傳播速度相差很小，所以空氣的折射率近似等于1。3、任何兩媒質(zhì)間的相對折射率·因為n2.1＝v1/v2，n2.1＝v2/v1所以n2.1＝1/n1.2。·又因為n1＝c/v1，n2＝c/v2所以n1/n2＝v2/v1＝n1.2?！ふ凵涠捎挚杀磉_(dá)為：Sini/Sini＇＝n2.1＝n2/n1，即n1Sini＝n2Sini＇。四、光的全反射·光的傳播速度大的媒質(zhì)稱為光疏媒質(zhì)，光的傳播速度小的媒質(zhì)稱為光密媒質(zhì)。光疏媒質(zhì)、光密媒質(zhì)是相對而言的?！す鈴墓馐杳劫|(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)，折射光線要靠攏法線?！す鈴墓饷苊劫|(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)，折射光線要離開法線。當(dāng)入射角大到一定程度時，折射光線將沿著分界面折射，即折射角i＇=90°。若再增大入射角，折射光線將產(chǎn)生反射，遵循反射定律。這種現(xiàn)象為全反射。·對應(yīng)于折射角90°時的入射角稱為媒質(zhì)的臨界角，記作A。SinA=1/n。·全反射產(chǎn)生的條件：⑴光從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)；⑵入射角大于臨界角A?！す鈱W(xué)儀器中的折射棱鏡，根據(jù)全反射的原理，棱鏡的反射面可以不鍍反射膜。第四節(jié)透鏡和透鏡成像概述·兩個包容面所包容的透明體稱為透鏡?！ね该黧w可以是光學(xué)玻璃、光學(xué)塑料，也可以是動物的活體?！ぐ菝婵梢酝乔妫蛞粸榍嬉粸槠矫?。曲面可以是不同形狀的，如球面、圓柱面、環(huán)曲面、非球面，最常見的為球面。·包容面為球面或一面為球面一面為平面的透鏡稱為球面透鏡。·球面透鏡分為凸透鏡（正透鏡）和凹透鏡（負(fù)透鏡）。凸透鏡又分為雙凸、平凸和彎月形三種，凹透鏡又分為凹、平凹和彎月形三種。·球面透鏡兩球心的連線稱為透鏡主光軸，簡稱主軸?！と绻哥R中心厚度比起兩球面曲率半徑小得很多，或者說中心厚度對透鏡屈光度的影響可以忽略不計，這種透鏡稱為薄透鏡。·薄透鏡可以用簡圖表示。近視眼鏡片和度數(shù)不大（+5.00D以內(nèi)）的遠(yuǎn)視眼鏡片都可認(rèn)為是薄透鏡?！ぶ鬏S與透鏡的交點稱為透鏡的光學(xué)中心。過光心的入射光線其出射光線不會改變方向。·除主軸外，凡過光心的直線稱為透鏡的副光軸（副軸）。主軸只有一條，副軸有無數(shù)條。二、透鏡的焦點、焦距和焦平面·平行于主軸的近軸光線經(jīng)透鏡折射后會聚主軸上的一點稱為焦點。凹透鏡的焦點為虛焦點?！ね哥R有兩個焦點─物方焦點和像方焦點。焦點到透鏡的距離稱為焦距，焦距分為物方焦距（用f表示）和像方焦距（用f＇表示）。如果透鏡兩側(cè)處在同一媒質(zhì)中，不管透鏡兩面的曲率半徑是否相等，物、像方焦距總是相等的。·透鏡焦距的大小由透鏡兩面的曲率半徑以及透鏡對兩側(cè)媒質(zhì)的相對折射所確定。計算公式為：1/f＇=（n-1）（1/r1-1/r2）·利用上式計算時應(yīng)遵循符號規(guī)則?！ぎ?dāng)平行光線斜射到透鏡上，折射光線將會聚在與平行光線相平行的副軸上的某一點，這點稱為副焦點，副焦點有無數(shù)個，這些副焦點在焦平面內(nèi)，焦平面是過焦點的垂直平面。透鏡的焦平面有兩個?！ね哥R對光線屈折能力的大小我們稱之為屈光力或鏡度，用F表示。F=1/f＇。單位為屈光度。三、透鏡成像凸透鏡成像·物體上的點發(fā)出光線經(jīng)凸透鏡折射后會聚于某一點，這些點就組成物體的像?！じ鶕?jù)物體所處的位置不同，凸透鏡可以成縮小的、等大的或放大的實像，也可以成放大的虛像。2、凹透鏡成像·不管物體在凹透鏡的任何位置，均在物體同側(cè)成縮小的虛像。3、透鏡成像作圖·透鏡成像可通過作圖法求得?！ね哥R成像作圖是利用三條特殊光線?！ぶ鬏S上物點的成像作圖可利用副軸和焦平面的關(guān)系來完成。4、透鏡的成像公式·成像公式為：－1/s＋1/s＇=1/f＇?！だ蒙鲜接嬎銜r要遵循符號規(guī)則?！こ上裼嬎愕呐ｎD公式：X·X＇=f·f＇或X·X＇=－f＇2?！だ蒙鲜接嬎銜r要遵循符號規(guī)則?！は窀吆臀锔叩谋确Q為橫向放大率，簡稱放大率。用K表示?！ぎ?dāng)K＜0時表示倒立的實像，K＞0時表示正立的虛像；當(dāng)＞1時表示放大像，＜1時表示縮小像，時表示等大像。第五節(jié)棱鏡·由多個折射平面組成的透明柱體稱為棱鏡，兩折射面的交線稱為棱，與棱相垂直的橫截面稱為棱