10.1 球面折射 课件 -2025-2026学年高二上学期物理竞赛

教学要求 1、掌握单球面折射的物像公式及其应用 2、掌握逐次成像法 第十章 几何光学 10-1 球面折射 几何光学：用光线来处理光的传播。 一、基础知识 光线：一条用来表示光的传播方向的直线。 几何光学基础三大定律 光的直线传播(rectilinear propagation)定律 光的反射(reflection) 定律 光的折射(refraction)定律 第十章 几何光学 10-1 球面折射 1.光的直线传播(rectilinear propagation)定律: 现象： (1)投影(shadow); (2)针孔成像(pinhole imaging) 第十章 几何光学 10-1 球面折射 两种媒质n1和n2，入射光线从媒质1射到分界面上。 n1 n2 i1 r i2 入射面：入射光线与交点处分界面法线构成的平面 定律：1）反射线和折射线 在入射面内； 2）反射角等于入射角 i1=r； 3） ； 第十章 几何光学 10-1 球面折射 光密媒质（denser medium）---折射率大的媒质； 光疏媒质（rarer medium）--- 折射率小的媒质； （1）光从光疏进入光密时： 时（掠入射） 由 n1 n2 i1 i2 定义： 第十章 几何光学 10-1 球面折射 (2)光从光密进入光疏时： n1 n2 i1 i2 时, ---- 临界角（critical angle） 当 i1 > 临界角ic 时， 发生全反射（total internal reflection） 第十章 几何光学 10-1 球面折射 (3) 全反射的应用 —光纤、内窥镜（optical fiber） 包裹层 n1 n2 光导纤维（简称光纤），光纤通过光在其内部全反射，实现远距离传光而损失及小。由于光纤可任意弯曲，从而使光线拐弯。 光纤、光缆的出现使光通讯得以实现。现已进入社区的宽带网就是基于光通讯。 利用光纤可以做成内窥镜，实现微创或无创伤手术。 第十章 几何光学 10-1 球面折射 1、什么是物和像？ 关于成像的一些基础知识 第十章 几何光学 10-1 球面折射 1、什么是物和像？ 关于成像的一些基础知识 2、物空间和像空间 3、实物、实像、虚物、虚像 第十章 几何光学 10-1 球面折射 物空间和像空间 实物、实像、虚物、虚像 关于成像的一些基础知识 第十章 几何光学 10-1 球面折射 二、单球面折射 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， 则称为单球面折射。 第十章 几何光学 10-1 球面折射 物距： 像距： 近轴光线： 主光轴： 需要弄清楚的几个概念： 通过P和C的直线 球面顶点 曲率中心 点光源 像 I 球面半径 QA、AI 第十章 几何光学 10-1 球面折射 I （近轴近似） （折射定律） 第十章 几何光学 10-1 球面折射 I （重要结果） 第十章 几何光学 10-1 球面折射 近轴光线的单球面折射成像公式： 符号规则： 实物、实像取正；虚物、虚像取负。 适用情况： 任何凸或凹的球面 对着凸面，r取正。 对着凹面，r取负。 入射光线 第十章 几何光学 10-1 球面折射 近轴光线的单球面折射成像公式： 想一想： 上述方程是否可以应用到平面折射的情况？ 第十章 几何光学 10-1 球面折射 单球面折射成像公式 n1=1.33, n2=1.5, r=2cm, u=8cm 例题1：圆柱形玻璃棒（n=1.5）放于空气中，其一端是半径为2cm的凸球面，在棒的轴线上离棒端8cm处放一点物。（1）求其成像位置；（2）如将此棒放在某液体中（n=1.33），物距不变，问像又在何处？ 代入得到 v = -18.5cm 第十章 几何光学 10-1 球面折射 220页，例题10-1 219页，焦点和焦距 自学提纲： 1、焦点、焦距的概念 2、10-4、10-5式的推导 自学： 第十章 几何光学 10-1 球面折射 三、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 中心都在同一直线上。 n1 n2 n3 S I1 P1 P2 第十章 几何光学 10-1 球面折射 n1 n2 n3 S I1 I2 v1 v2 u1 d u2 P1 P2 重点问题：如何求共轴球面系统中物体所成的像？ 常用方法： 单球面折射公式逐次成像 第十章 几何光学 10-1 球面折射 解：n1=1.0, n2=1.5, u1=40cm , r=10cm 求得v2=11.4cm v1=60cm u2= d-v1= -40cm （n1=1.5, n2=1.0, r =－10cm） 对于第二个折射面： 例题2：玻璃球（n=1.5）的半径为10cm，一点光源放在球前40cm。求：近轴光线通过玻璃球后所成的像。 第十章 几何光学 10-1 球面折射 $