光学课程电子教案(上师大)(第4章).pdf

上海师范大学《光学》教案 1 / 12 第 10 次课（第 4 章） 授课时间 授课章节 绪论，第 4章， 4.1 4.2 4.4 任课教师 及职称 胡志娟 讲师 教学方法 与手段 黑板加多媒体投影相结合 课时安排 3课时 使用教材和 主要参考书 姚启钧原著，《光学教程》（第四版），高等教育出版社 2006年 教学目的与要求： 了解眼睛的构造，简化眼模型，近视眼、远视眼的校正掌握视角放大率（放大本领）的概念、人眼、放大镜、目镜的基本原理和结构掌握其放大本领的计算方法 掌握显微镜的基本原理和结构掌握其放大本领的计算方法 教学重点，难点： 教学重点： 视角、视角放大率（放大本领）的概念，放大镜、目镜的放大本领计算方法 教学难点： 放大本领的计算 教学内容： § 4.1 人的眼睛 一 . 构造和模型 1.构造： 2.简化眼模型 二 . 眼睛的调节 网膜像， 自调节远点，近点 ， 1。

正常人 明视距离： 25cm 2.近视眼： 3.远视眼 4.散光眼 5.老花眼： 三 . 人眼的分辨率 四 .视角， 双眼体视角 § 4-2 助视仪器的放大本领 一、放大本领（视角放大率） 视角：物体的长度对眼睛节点所张的角 不用助视仪器，视角 u，视网膜上像长 oa，记作 l； 用助视仪器（ H， H′是助视仪器的主点），视角为 u′ ,视网膜上像长 oa′，记作 l′，放大本领，记作 M uullM   (与 α ， β 之区别 —— u， u′不是共轭量 ) 一般人的眼睛看作一个折射球面， f=-1.71cm， f′=2.28cm，主点、节点不重合，但靠得很近，可以看作重合，称作光心 正常人的眼睛，近点 10— 15cm；远点∞，明视距离 25cm 明视距离：睫状肌处于正常状态而能十分仔细地看清物体时，物体离眼睛的距离 上海师范大学《光学》教案 2 / 12 二、放大镜（凸透镜） 把物体 PQ置于透镜 L的物方焦点和透镜之间并使它靠近焦点，物体经透镜成一放大虚像 P′ Q′ f25uuM （ *） 若 f′ =10cm， M=2.5，写作 2.5x。

§ 4-3 目镜（用来放大其他光具组所成的像） 通常由两个不接触的薄透镜组成：场镜、视镜 考虑放大本领，像差的矫正 目镜的作用：放大物镜所成像的视角 一、惠更斯目镜 1、构造特点 两个平 凸 透镜组成，前面是场镜， 1f ，后面是视镜 2f 1f =32f ，两镜相距 d=22f （像方焦点重合） 2、光路及成像 二、冉斯登目镜 1、构造特点 两个平 凸 透镜组成， 21 ff  1f32d 2、光路图 两种目镜 区别： 1、冉斯登目镜可以放大实物，也可以放大实像，惠更斯目镜只能放大它前面物镜所成的像 2、冉斯登目镜可以对被观察的实物或实像进行测量，惠更斯目镜则不能 § 4-4 显微镜的放大本领 一、显微镜的构造及光路图 1、构造 由物镜和目镜组成，物镜、目镜各相当于一个凸透镜 2、光路图 3、物、像、镜相对位置 （ 1） 物在物镜物方焦点稍外处（成放大实像） （ 2） 物镜的像落在目镜物方焦点内 (成放大虚像 ) （ 3） 目镜的像成在明视距离处 上海师范大学《光学》教案 3 / 12 二、显微镜的放大本领 1、公式推导 2125ff lM  （单位 cm） 2、对公式的讨论 )25)(()25)(()25)((25 2212121 fssfflff lff lM  =β 物· M 目 物镜刻有 5X 10X 20X „„ 表示物镜横向放大率 目镜刻有 10X 15X 20X „„ 表示目镜放大本领 如选用物镜 20X，目镜 15X 则 M=20× 15=300 复习思考题、作业题： P208 6、 7、 8 下次课预习要点 4.5 望远镜的放大本领 ； 4.6 光阑 光瞳 4.7 光度学概要 --光能量的传播 ； 4.8 物镜的聚光本领 实施情况及教学效果分析 按计划实施， 效果良好 上海师范大学《光学》教案 4 / 12 第 11 次课 授课时间 授课章节 绪论，第 4章， 4.5 4.6 4.8 任课教师 及职称 胡志娟 讲师 教学方法 与手段 黑板加多媒体投影相结合 课时安排 3课时 使用教材和 主要参考书 姚启钧原著，《光学教程》（第四版），高等教育出版社。

2006年 教学目的与要求： 了解眼睛的构造，简化眼模型，近视眼、远视眼的校正掌握视角放大率（放大本领）的概念、人眼、放大镜、目镜的基本原理和结构掌握其放大本领的计算方法 掌握显微镜的基本原理和结构掌握其放大本领的计算方法 教学重点，难点： 教学重点： 视角、视角放大率（放大本领）的概念，放大镜、目镜的放大本领计算方法 教学难点： 放大本领的计算 教学内容： § 4-5 望远镜的放大本领 观察远物 增大视角 ，平行光进，平行光出 一、开普勒望远镜 1、构造特点 物镜和目镜都 为会聚 透镜， '1F 与 F2重合， 1f ≥ 2f 2、光路图 3、放大本领 212112// fffffy fyM   讨论： 1、 M 为负值，像倒立 2、 1f 愈大， 2f 愈小， M 愈大 二、伽利略望远望 1、构造特点 物镜相当干凸透镜，目镜相当于凹透镜， '1F 与 F2重合， 1f ≥ 2f 2、光路图 3、放大本领 212112// fffffy fyuuuuM   ∵ 0M0f,0f 21   ，像正立 4、两种望远镜比较 1°光学间隔 21FF ，对望远镜0 ，复合光具组  dfHHPfff 2221 ,，焦点主点都在无穷远，平行光入射，出射光仍为平行光。

2°伽，视场小；开，视场大（考虑镜筒挡光） 上海师范大学《光学》教案 5 / 12 3°伽，正主像；开，倒立像，视角大的光不能通过目镜 4°伽，可配叉丝；伽，不能（开，可以拍物镜像） 5°伽，镜筒短；开，镜筒长 三、反射式望远镜 1、折射式望远镜的缺点 1°产生色差； 2°产生球差（透镜表面为球面所造成的）且难校正； 3°大孔径透镜难制孔径愈大，分辨本领愈大） 2、反射式望远镜种类 物镜为反射镜，目镜为透镜 1°牛顿式反射望远镜 2°格雷戈里望远镜 （都是物镜） 3°卡斯格伦望远镜 4°斯密特物镜 消球差（非近轴光线平行入射不交于一点，用草帽形折射透镜，使光路略有改变，成像于一点） 四、激光衍束器 透射式望远镜倒装即成 § 4-6 光阑 光瞳 引言 光阑的概念 为什么要研究光阑：以前只讨论光学仪器放大本领，但像的明亮程度，决定于光能量大小，因此与入射光束的空间立体角有关 定义： 透镜的边框和开孔的屏，都起限制光束的作用，都叫光阑 一、有效光阑和光瞳 1、有效光阑 在所有各光阑中，限制入射光束最起作用的光阑，叫有效光阑。

2、光瞳 1°入射光瞳：有效光阑 被自己前面部分的光具组所成的像叫入射光瞳图中 B’ 2°出射光瞳，有效光阑 被自己后面的光具组中所成的像叫出射光瞳，图中 B″ 入射光瞳与出射光瞳对整个光具组来讲是共轭的 B′作为物，则 B 是 B′对于 L1的像； B 作为 L2的物，则 B″为像 因此，对整个光具组， B′为物， B″为像 二、有效光阑和光瞳的计算 光阑 AB 的直径 D′小 于透镜直径 D 物点 P 与 F 重合， AB 为有效光阑 通过 AB 的光是对于 L 张角为 u 的光束，为何确立 u？ 作 AB 对于 L 所成的像 A′ B′， A′ B′对于 P 点张角为 u，∵ u＜ uL∴ AB 为有效光阑 P 点如在 F 左方， AB 不一定是有效光阑 上海师范大学《光学》教案 6 / 12 有效光阑总是对某一个指定的参考点而言的 小结： P181 对有效光阑和光瞳的有关问题的讨论： 1°光瞳 a、 如果有效光阑在最前面，入射光瞳是有效光阑本身 如果有效光阑在最后面，出射光瞳是有效光阑本身 b、 入射光瞳，出射光瞳不一定哪一个在前面 C、 入射光瞳，出射光瞳统称为光瞳。

2°孔径角 物平面与主轴的交点对入射光瞳半径两端的张角叫入射孔径角，简称孔径角 像平面与主轴的交点对出射光瞳半径两端的张角叫出射孔径角，简称投射角 3°主光线 通过有效光阑中心的光线叫主光线，也通过出射瞳，入射瞳中心 4°由入射瞳，出射瞳确定光束的顶角 光通量的大小决定于入射光束的顶角，它完全决定于入射光瞳的位置，大小，有效光阑变为次要 研究光学仪器的光通量，抽像成用光瞳来表示 § 4— 7 光度学概要 —— 光能量的传播 研究像之明亮程度像之明亮程不仅与入射光束空间立体角大小有关，还与光源和被照表面有关 一、辐射通量和视见函数 1、辐射通量 表征发光表面辐射 能量 ． ． 之大小 定义：单位时间内从面元 ds 辐射出来的各种波长（ λ 从 0— ∞）的光能量，称为面积元 ds 的辐射通量用 ε 表示，单位瓦 2、分布函数 光源辐射的能量，不同波长的光在其中所占的相对数值不同 定义：单位时间内通过光源表面面积元（ ds）的某一波长附近的单位波长间隔的光能量用 e(λ )表示 从光源面积元 ds 辐射出来的波长在 λ 到 λ +dλ 间的光辐射通量    ded 总辐射通量   0 d)(e 3、视见函数 对于一面积元辐射的能量，我们感兴趣的是 引起视觉 ． ． ． ． 的部分，不同波长的光能量相同，但对人眼引起的感觉不同，人眼对 5550Å 黄绿光最敏感。

设任一波长为 λ 的光和波长为 5550Å 的光产生相同亮暗视觉所需的辐射通量分别为△ ελ 和△ ε 5550，则比值    5550v 对于 λ =5550Å 的黄绿光 1)(v  上海师范大学《光学》教案 7 / 12 如对 5550Å， V（ λ ） =1；对于 6000 Å， V（ λ ） =0.613 表示：为了使 6000Å 的光引起的和 5550Å 相同强度视觉，所需辐射通量是 5550Å 的1/0.631=1.6 倍 二、光通量 表征光源表面的客观辐射通量对人眼引起的视觉强度，用 φ 表示：  dekdvkd m )()()(  )(vk)(k m   k(λ )—— 光谱光视效能 km— 最大光视效能，简称最大光效率，光通量单位：流明（ λ m）  dd)(k —— 光谱光视效能其实是波长为 λ 的辐射的功光当量 换言之波长为 λ 的 1W 辐射通量，相当于 k(λ )流明的光通量 最大光谱光视效能 w/lm6。