复习应用光学.docx

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v
光的独立传播定律：费马原理：抱负光学系统：薄透镜：孔径光阑：物方远心光路：余弦辐 射体：子午面：光的反射定律： 全反射现象：光焦度：薄透镜：视场光阑：像方远心光路： 渐晕： 发光强度〔I 〕：孔径角： 主面： 镜像： 景深： 入瞳： 光谱光视效率〔V(λ)〕：位置色差：弧矢面：1、光的折射定律：节点：全都像：景深：出射窗：光出射度〔M 〕：
V
瑞利推断：倍率色差：、轴向放大倍率 α： 屋脊棱镜： 出瞳： 光亮度〔Lv〕：对准：
正弦条件：垂轴放大率β：、完善成像：棱镜的偏向角：主光线：、光亮度〔Lv〕：对准误差：
、等晕成像；光瞳连接原则：明视距离：不晕成像：齐明点：物方焦距：、渐晕：波像差： 色球差：
简答题〔每题 6 分，共 12 分〕
1、假设显微物镜上标明 170mm/，40/，请说明各个数字代表的意义。〔！！！〕
2、简述棱镜系统的成像方向推断方法：〔47 页〕
3、简述共线成像理论。
物空间中的每一点都对应于像空间中相应的点，且只对应一点，我们称为共轭点；
物空间中每一条直线对应于像空间中相应的直线，且是唯一的，我们称之为共轭线；
物空间中任一点位于一条直线上，在像空间中其共轭点仍位于该直线的共轭线上。 简洁的说：物空间的任一点、线、面体都有与之相共轭的点、线、面、体存在，且是 唯一的。
4、一个水缸深2m，内部注满折射率n=4/3 的清水，水缸底部放置了一个硬币，请问人在水面垂直注视硬币时看到的像比 1m 深还是比 1m 浅？(3 分)为什么？(3 分)
答 变浅，由于硬币经过水平行平板成像要产生肯定大小的轴向位移，位移量为Δl”=d(1―1/n)
=0. 5m，故人看到的像距离水面约为 。5、简述提高显微镜的区分力量方法
1〕减小波长；
2〕令物方介质折射率增大； 3〕提高sinU 值。
6、轴上一实物点 S 经透镜L 成一实像点 S΄，假设将一个外表平行的玻璃板垂直于光轴插入自透镜射出的光路中〔玻璃平板位于透镜及S΄之间〕，问像点 S΄将如何变化？请试加以解释。
答：像点远离透镜。由于从透镜射出的会聚光束再经过玻璃平板折射后虽然传播方向不变，但却会产生轴向及侧向位移，因而使像点变远。
7、校正像差时的谱线选取主要取决于什么？ 对于目视光学仪器而言，一般对那种色光校正单色像差？
答：像差谱线的选择――主要取决于接收器的光谱特性进展像差校正时，只能校正某一波长的单色像差，对于不同的接收器件像差谱线的目视光学系统：一般选择D 光或 e 光校正单色像差，对F，C 光校正色差
8、所谓的消球差系统是将系统中所存在的球差完全校正为零，这种说法正确么？为什么？ 不对，由于所谓的消球差系统是将某一带的球差完全校正为零，而不能使全部孔径带的球
差全部校正为零，一般对边缘光校正为零， 带有最大剩余量。
9、写出单个折射面的三对无球差点〔三对齐明点〕〔！！！〕
10、设一物体对一正透镜成像，其垂轴放大倍率β=-1，请分析一下物平面所处的位置。
11、简述推断入射窗、出射窗的方法。
12、简述推断入瞳、出瞳的方法。
14 某人身高 200cm，一平面镜放在他身前120cm 处，为了能够看到自己的全身像，镜子的大小至少为多少？像与人之间的距离为多少？
三、作图题〔每题 4 分，共 16 分〕
1 请画出图中所示系统的等效各级系统的物方焦点位置及物方主面位置，并标出等效系统的物方焦距。
图中所画两条光线是由 A 点发出并可以经过光学系统成像的两条边缘光线，请画出该系统的出瞳。
4、试画出以下图中平行平板的等效空气层，并计算等效空气层的厚度d
3、画出周视瞄准仪的光学系统图，并注明各光学器件的名称。〔44〕
2、请画出渐晕系数K w = 50% 〔100%〕的开普勒望远系统〔显微〕的光路图。
3、画出30°直角〔五角〕〔斜方〕〔施密特〕〔道威〕〔底角为60°的等腰棱镜〕〔〔一〕二次反射等腰直角〕棱镜的工作光路图，并将其开放成平行平板。〔！！〕
4、请画出访用平行光管测量透镜焦距的原理光路。假设平行光管的焦距是550 mm ，
物高为 y ，测得像高为 y ”,请写出计算焦距 f ” 的计算公式。〔27 也〕
4、请画出光学杠杆的原理光路图，并说明如何用其进展微位移的测量。〔40 页〕
2、请画出简洁显微镜〔低倍〕系统的原理光路图，并标出孔径光阑、视场光阑及出瞳的大致位置。
2、请画出开普勒望远系统的原理光路图，并标出孔径光阑、视场光阑及出瞳的大致位置。
4、请画出光纤全反射传光的原理光路，假设光纤芯的折射率为 n
，包层的折射率
1
为n 2，光纤所在介质的折射率为 n 0 ，写出光纤的数值孔径 NA〔即n0 sin I1 〕的计算公式。〔13 页 8 题〕
2、请画出物方远心光路的原理图，并说明其特点和作用。
、由二个薄凸透镜L , L
构成的系统，其中D = D
= 4cm ， f ¢ = 8cm ， f ¢ = 3cm ， L
1 2 1 2 1 2 2
位于 L
1
小。
后5cm ，假设入射平行光，1〕请推断系统的孔径光阑；2〕求入瞳、出瞳的位置及大
解：图略。
1〕推断孔径光阑：〔2 分〕
第一个透镜对其前面所成像为本身， D
L1

= 4cm
其次个透镜对其前面所成像为L ¢ ，
2
1
①位置：
- 1 =
1 Þ l¢ = -40 / 3cm
l¢ l f ¢
②大小： b =
y¢ =
l¢ Þ 2 y¢ =
y l
比较口径大小： D < 2 y” ，所以有第一透镜为孔径光阑。
L1
2〕〔2 分〕
入瞳：第一透镜为孔径光阑，也是入瞳，即入瞳直径为4 厘米。. 出瞳：第一透镜经其次透镜所成的像。
①位置：1/ l”-1/ l = 1/ f ” Þ l” =
2
②大小： b = y” =
l” Þ y” = 3cm D” = 2 y” = 6cm
y l
出瞳的大小为6cm ， 处。评分原则：此题有多种解法，只要原理正确均可得分。
3、请画出光学杠杆的原理光路图 P54 P55(3)
1、试验：测水的折射率。试验步骤：取一盆清水，一大头针插入一软木塞的中心；将大头针朝下放入水中，拔出或插入大头针，到达在水面刚好看不到大头针，此时测量木塞的直径为 d，大头针在木塞上露出的高度为h，无视大头针头的面积，可视其为一点。请推水的折射率的计算公式。
解：依据全反射原理，光束由水射向空气时，假设满足入射角度大于或等于临界角时，会发 生全反射，此题就是基于这一缘由，才导致在水面上方看不到大头针。设水的折射率为n，
则：
sinq = 1
c n

(1)
d 2
(d 2)2 + h2
再依据几何关系，利用木塞直径和大头针在木塞上露出的高度可得到：
sinq =
c

(2)
d 2 + 4h2
联立(1)式和(2)式，可求水的折射率：
n =
d
评分原则：公式 3 分，结果 1 分，图 1 分。此题有多种解法，只要原理正确均可得分。
3、由二个薄凸透镜 L , L
1 2
构成的系统，其中 D
1
= 6mm ， D
2
= 4mm ， f ¢ = f
1 2
” = 9mm ，二者之
间参加一光孔，与 L
1
相距3mm ，与 L
2
相距 2mm ，光孔的直径 D = 6mm ，假设入射平行光，1〕请判
断系统的孔径光阑；2〕求入瞳、出瞳的位置及大小。解：图略。
1〕推断孔径光阑：〔2 分〕
第一个透镜对其前面所成像：为其本身， D
L1

= 6mm ,光孔对其前面所成像：
1 - 1 =

1 Þ l¢ =
b = y¢ l¢
2 y¢ = 9mm
①位置： l¢
l f ¢
,②大小： = Þ
y l
L ¢ 1 - 1 = 1 Þ l¢ =
其次个透镜对其前面所成像为
2 ， ,①位置： l¢ l f ¢
②大小：
b = y¢ l¢
= Þ
y l
2 y¢ = 9mm

,比较口径大小：第一透镜为孔径光阑。2〕〔2 分〕入瞳： L 本
1
身：入瞳直径为 6 毫米。出瞳：第一透镜经其次透镜所成的像。
① 位 置 ：
1/ l”-1/ l = 1/ f ”
Þ l” = -

② 大 小 ：
b = y” =
l” Þ y” =
2 y l
D” = 2 y” = ,出瞳的大小为 毫米，位于其次块透镜左侧 毫米处。
评分原则：此题有多种解法，只要原理正确均可得分。
4、某同学近视程度是-2D〔屈光度〕，即是需要配戴200度的眼镜，现在给他戴100度的眼镜，问他分别戴
200度眼镜、不戴眼镜和戴100度眼镜时，所能看到的最远点各在什么地方？
解：图略。
戴200度眼镜时，他能看到的最终点在无穷远处；
不戴眼镜时：远点距离为lr
= f ” = 1 =
f
1
2D
= - ，
米处
戴100度眼镜时：通过眼镜成像于不戴眼镜时的最远点的物点位置就是戴100度眼镜所能看到的最远点，
1 - 1 = 1 Þ lr” = -1m
此时的远点距离为： - - lr” - 1”
处。
，即戴100度眼镜时能看到的最远点是眼前1米
评分原则：公式 2 分，结果 2 分。此题有多种解法，只要原理正确均可得分。
l = 9 cd
3、某个圆形舞台，半径为4米，舞台中心离地面3米处，悬挂一发光强度为 的灯，问舞台
中心的光照度是舞台边缘的多少倍？
解：图略。
舞台中心的光照度： r
1

= 3m ；q
1

= 0°，cosq
1

= 1； E
1

I × cosq
= 1
r 2
1
= 90cd ´1 = 10lx
( )
3m 2
在房间角落处的光照度： r =
2
= 5m ； cosq
32 + 42
2
= 1
r
r
2
= 3 =
5 ；
I × cosq 90cd ´
E = 2 =
2 r 2
2
(5m)2
=
光照度关系： E ：E
1 2
= 10lx : 2025lx = :1
答：。
评分原则：公式3分，结果1分。此题有多种解法，只要原理正确均可得分。
4、由二个薄凸透镜 L , L
1 2
构成的系统，其中 D
1
= 6mm ， D
2
= 4mm ， f ¢ = f
1 2
” = 9mm ，二者之
间参加一光孔，与 L
1
相距3mm ，与 L
2
相距 2mm ，光孔的直径 D = 6mm ，假设物位于透镜 L
1
前12mm
处，1〕请推断系统的孔径光阑；2〕求入瞳、出瞳的位置及大小。解：图略。
1〕推断孔径光阑：〔2 分〕
第一个透镜对其前面所成像：为其本身， D

= 6mm ， tga

= 3 /12 =
1 - 1 =

1L1 Þ ¢ = 1
光孔对其前面所成像：①位置： l¢ l f ¢
l
②大小：
b = y¢ l¢
= Þ
y l
2 y¢ = 9mm
， tga
2
= /(12 + )=
L ¢ 1 - 1 = 1 Þ l¢ =
其次个透镜对其前面所成像为
2 ， ①位置： l¢
l f ¢
②大小：
b = y¢ l¢
= Þ
y l
2 y¢ = 9mm
， tga 3
= /(12 + )=
2
比较与物点的张角大小： tga3 < tga1 < tga 2 ，所以有其次透镜为孔径光阑。2〕〔2 分〕入瞳为 L ¢ ,
与 L ，入瞳直径为 9 毫米。出瞳为其次透镜本身 L
1 2
：出瞳直径为 4 毫米。
评分原则：此题有多种解法，只要原理正确均可得分。
4、有一聚光镜，其数值孔径 NA = sin u = ，点光源照明且各向均匀发光，求进入系统的能量占全部能量的百分比。
1
解：图略。 NA = sin u = Þ n = 1, sin u = ,进入聚光镜的光束立体角为W ：
一点四周全部空间的立体角为W 2： 点光源各向均匀发光，能量比就是立体角大小的比，即

W1 = = %
W 4p
2
答：%。
评分原则：公式3分，结果1分。此题有多种解法，只要原理正确均可得分。
4、设照相物镜的焦距等于 75mm ，底片尺寸为55 ´ 55mm2 ，求该照相物镜的最大视场角等于多少？ 解：图略。
照相系统中，照相物镜是孔径光阑又是入瞳，底片是视场光阑。因此底片比照相物镜中心的张角就是像方视场角 2w ，又由于照相系统的物像方介质空间都是空气，所以有：
tgw = tgw” =
552 + 552
2 ´ 75
=

半视场角：
w = °

全视场角：
2w = °
评分原则：公式与图 3 分，结果 1 分。
留意
不是特别全 复习的时候补充