光学教案第3章.docx
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光学教案第3章
泰山学院物理与电子工程学院
教案
教研室电光原教研室
任课班级2010物理学专业
学生人数40
教师闫专怀
泰山学院物理与电子工程学院教案
电光原教研室教师姓名：
闫专怀年月日
课程名称
光学
授课专业和班级
2010物理学
授课章节与
题目
第三章几何光学的基本原理
课时
10
教学
目的
1、掌握光线、实象和虚象、虚物的概念
2、了解费马原理的物理思想
3、掌握三个实验定律，并能熟练运用
4、掌握符号法则，并能熟练运用
5、掌握球面反射、折射成象规律，并能熟练运用
6、掌握作图求象法
7、理解基点、基面的物理意义，根据基点基面用公式法和作图法求解共轴光具组的成象问题
教学方法
1、采用启发式的教学法，由浅入深的进行教学。
2、采用多媒体教学手段：
制作与教材配套的课件、运用课件、网络、录像等手段进行教学。
教学重点与
难点
重点：
1、掌握符号法则
2、掌握球面反射、折射成象规律
难点：
基点、基面的物理意义，根据基点基面用公式法求解共轴光具组的成象问题
作业
P159页3.3；3.4；3.6；3.7；3.8；3.10；3.11；3.12；3.16；3.18；3.19；3.25；3.26；3.27；3.28；3.30；3.31
教学小结
几何光学是以光的直线传播、折射定律和反射定律这三个实验定律为基础的。
它以研究光线传播规律为主要线索，而成像的概念和成像的规律是几何光学着重研究的中心问题。
首要的问题是正确运用迪卡儿符号法则来探求成像规律。
泰山学院物理与电子工程学院教案
电光原教研室教师姓名：
闫专怀年月日
课程名称
光学
授课专业和班级
2010物理学
授课章节与
题目
3.1几个基本概念和定律费马原理
3.2光在平面界面上的反射
课时
2
教学
目的
1、掌握光线、实象和虚象、虚物的概念
2、了解费马原理的物理思想
教学方法
1、采用启发式的教学法，由浅入深的进行教学。
2、采用多媒体教学手段：
制作与教材配套的课件、运用课件、网络、录像等手段进行教学。
教学重点与
难点
重点：
光程的概念
作业
P159页3.3；3.4
教学小结
费马原理是几何光学中最普遍的基本原理。
费马以光程的概念，高度概括地把三个几何光学的实验定律归结成统一的原理。
教学过程与内容
3.1几个基本概念和定律费马原理
3.1.1光线与波面
3.1.2几何光学的三个实验定律
1、光的直线传播定律——在均匀的介质中，光沿直线传播；
2、光的独立传播定律——光在传播过程中与其他光束相遇时，不改变传播方向，各光束互不受影响，各自独立传播。
3、光的反射定律和折射定律
当光由一介质进入另一介质时，光线在两个介质的分界面上被分为反射光线和折射光线。
反射定律：
入射光线、反射光线和法线在同一平面内，这个平面叫做入射面，入射光线和反射光线分居法线两侧，入射角等于反射角
光的折射定律：
入射光线、法线和折射光线同在入射面内，入射光线和折射光线分居法线两侧，介质折射率不仅与介质种类有关,而且与光波长有关。
3.1．3 费马原理
一、费马原理的描述：
光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值（最大值、最小值或恒定值）。
二、表达式
（A,B是二固定点）
Fermat原理是光线光学的基本原理，光纤光学中的三个重要定律——直线传播定律，反射定律和折射定律（
）——都能从Fermat原理导出。
3.1.4单心光束实像和虚像
3.1.5实物、实像、虚像的概念
3.2光在平面界面上的反射
3.2.1光在平面上的反射
根据反射定律，可推导出平面镜是一个最简单的、不改变光束单心性的、能成完善像的光学系统．
教学
后记
泰山学院物理与电子工程学院教案
电光原教研室教师姓名：
闫专怀年月日
课程名称
光学
授课专业和班级
2010物理学
授课章节与
题目
3．2光在平面界面上的折射光导纤维
3．3光在球面上的反射
课时
2
教学
目的
1、理解光在平面界面上折射时光束单心性的破坏。
2、掌握符号法则，并能熟练运用。
教学方法
1、采用启发式的教学法，由浅入深的进行教学。
2、采用多媒体教学手段：
制作与教材配套的课件、运用课件、网络、录像等手段进行教学。
教学重点与
难点
重点：
1、折射时光束单心性的破坏。
2、符号法则
作业
P160页，3.6
教学小结
几何光学涉及的主要是光线，而光线的要素是方位和指向。
符号法则的目的是人为地给光线的指向和方位规定适当的符号。
教学过程与内容
3．2光在平面界面上的折射光导纤维
3.2.2光束单心性的破坏
3.2.3全反射光导纤维
1、临界角
2、全反射的应用
全反射的应用很广，近年来发展很快的光学纤维，就是利用全反射规律而使光线沿着弯曲路程传播的光学元件。
3.2.4棱镜
3.3光在球面上的反射
3.3.1符号法则
在计算任一条光线的线段长度和角度时，我们对符号作如下规定：
1、光线和主轴交点的位置都从顶点算起，凡在顶点右方者，其间距离的数值为正，凡在顶点左方者，其间距离的数值为负。
物点或像点至主抽的距离，在主轴上方为正，在下方为负。
2、光线方向的倾斜角度部从主铀（或球面法线）算起，并取小于π／2的角度。
由主轴（或球面法线）转向有关光线时，若沿顺时针方向转，则该角度的数值为正；若沿逆时针方向转动时，则该角度的数值为负。
3、在图中出现的长度和角度只用正值。
3.3.2球面反射对光束单心性的破坏
3.3.3近轴光线条件下球面反射的物象公式
近轴光线条件下球面反射的物像公式
教学
后记
泰山学院物理与电子工程学院教案
电光原教研室教师姓名：
闫专怀年月日
课程名称
光学
授课专业和班级
2010物理学
授课章节与
题目
3.3光在球面上的折射
3.4光连续在几个球面界面上的折射
课时
2
教学
目的
1、掌握折射成象规律，并能熟练运用
2、掌握作图求象法
3、掌握虚物的概念
教学方法
1、采用启发式的教学法，由浅入深的进行教学。
2、采用多媒体教学手段：
制作与教材配套的课件、运用课件、网络、录像等手段进行教学。
教学重点与
难点
重点：
折射成像规律，高斯公式和牛顿公式。
作业
P160页3.7；3.8；3.10；3.11；3.12；
教学小结
本节是几何光学物象理论的基本出发点，所讨论的问题是在怎样的条件下，光束的单心性能够保持的问题。
教学过程与内容
3.3光在球面界面上的折射
3.3.4球面折射对光束单心性的破坏
3.3.5近轴光线条件下球面折射的物像公式
3.3.6高斯物像公式和牛顿公式
牛顿物像公式（注意各量的物理意义）
3.4光连续在几个球面界面上的折射虚物的概念
3.4.1共轴光具组
3.4.2逐个球面成像法
3.4.3虚物的概念
教学
后记
泰山学院物理与电子工程学院教案
电光原教研室教师姓名：
闫专怀年月日
课程名称
光学
授课专业和班级
2010物理学
授课章节与
题目
3.5薄透镜
3.6近轴物近轴光线成像的条件
课时
2
教学
目的
1、掌握薄透镜的物象关系式
2、学会薄透镜的作图求像法
3、理解近轴物近轴光线反射成像的条件
教学方法
1、采用启发式的教学法，由浅入深的进行教学。
2、采用多媒体教学手段：
制作与教材配套的课件、运用课件、网络、录像等手段进行教学。
教学重点与
难点
重点：
薄透镜的物象关系式
作业
P161页3.16；3.18；3.19
教学小结
薄透镜成像是本章的重点，薄透镜的成像规律和作图求像法是本节的关键。
教学过程与内容
3.5薄透镜
基本概念：
凸透镜、凹透镜、主轴、主截面、孔径、厚透镜、薄透镜、物方焦平面、像方焦平面等
3.5.1近轴条件下薄透镜的成像公式
如果利用物方焦距和像方焦距
，
就可以得到薄透镜的高斯公式
因透镜很薄，两个顶点可以看作是重合在一点O。
若透镜两边的折射率相同，则通过O点的光线都不改变原来的方向，这样的点称为透镜的光心。
在薄透镜中量度距离都从光心算起。
如果由两焦点分别作为计算物距和像距的起点，仍可得牛顿公式
3.5.2横向放大率
1、定义：
在近轴光线和近轴物的条件下，像的横向大小与物的大小之比值
2、表达式
3、讨论结果为正时，表示像是正的，为负时，表示像是倒的。
表示像是放大的,
表示像是缩小的。
3.5.3薄透镜的作图求像法
1、凸透镜主轴上的物点P成像的作图法：
（1）从P点作沿主轴的入射线折射后方向不变。
（2）从P点作任一光线PA，与透镜交于A点，与物方焦平面交于B点
（3）作辅助线（副轴）BO，取过A作与BO平行的折射光线与沿着主轴的光线交于点P′，就是物点P的像点．
2、利用像方焦平面及副轴以上两种作图法，对凹透镜也同样适用，只要注意凹透镜的像方焦平面在物空向，物方焦平面在像空间．其作图步骤为：
（1）PA为从物点P发出的任一光线，与透镜交于A点；
（2）过透镜中心O作平行于PA的副抽OB′，与像方焦平面交于B′点。
（3）连接A，B′两点，它的延长线就是光的折射方向，它与沿主轴的光线交于P′点，则P′点即为所求的像点．
上述作图法，实际上也可推广到轴外不远处一物点发出的近轴光线的情况．同一物点的任意这样两条光线通过透镜折射后的交点，便是对应的像点．这种方法对处理复杂的光学系统成像，相当方便．
3.6近轴物近轴光线成像的条件
3.6.1近轴物在近轴光线条件下球面反射的成像公式
不在主轴上的一个发光点Q能够理想成象于单独一个象点Q'，必须同时满足下列两个限制条件：
•光线必须是近轴的
•物点必须是近轴的
教学
后记
泰山学院物理与电子工程学院教案
电光原教研室教师姓名：
闫专怀年月日
课程名称
光学
授课专业和班级
2010物理学
授课章节与
题目
3.6近轴物近轴光线成像的条件
3.7共轴理想光具组的基点和基面
课时
2
教学
目的
4、理解近轴物近轴光线球面折射成像的条件
5、理解基点、基面的物理意义，根据基点基面用公式法和作图法求解共轴光具组的成象问题
教学方法
1、采用启发式的教学法，由浅入深的进行教学。
2、采用多媒体教学手段：
制作与教材配套的课件、运用课件、网络、录像等手段进行教学。
教学重点与
难点
重点：
理想光具组基点、基面的物理意义
难点：
基点、基面
作业
P162页3.22；3.25；3.26；3.27；3.28；3.30；3.31
教学小结
理想光具组的基点、基面是本章的难点，是处理复杂光学系统常采用的方法。
教学过程与内容
3.6近轴物近轴光线成像的条件
3.6.1近轴物在近轴光线条件下球面折射的物像公式
3.6.3亥姆霍兹—拉格朗日定理
3.7共轴理想光具组的基点和基面
基本概念
基点与基面，焦点和焦平面，物方焦点（第一焦点），象方焦点（第二焦点），物方焦平面，象方焦平面，主点和主平面，节点与节平面。
3.7.1厚透镜的物象公式和基点、基面
1、高斯公式：
2、牛顿公式
3.7．2复合光具组的基点、基面和物象公式
一、复合光具组的基点和基面
确定物方主点、物方节点、物方焦点、像方主点、像方节点、像方焦点
二、复合光具组基点位置的计算
或
或
或
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