放大镜的放大率课件.ppt

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1、第八章第八章 几何光学几何光学 Geometrical optics掌握：掌握：单球面折射公式、共轴球面系统的单球面折射公式、共轴球面系统的 计算、近视眼和远视眼的矫正及其计算、近视眼和远视眼的矫正及其 计算、显微镜的分辨距离和物镜的计算、显微镜的分辨距离和物镜的 数值孔径数值孔径熟悉：熟悉：放大镜的放大率、光学纤维导光、放大镜的放大率、光学纤维导光、导象原理导象原理了解：了解：眼的折光作用、散光眼和老光眼的眼的折光作用、散光眼和老光眼的 成因及其矫正、显微镜放大率、电成因及其矫正、显微镜放大率、电 子显微镜的原理子显微镜的原理 思考题：1.单球面折射公式的适用范围是什么？公式中象距、物距、球

2、面曲率半径的符号如何确定？公式中n1、n2如何确定？2.焦度的物理意义和单位是什么？焦度和薄透镜焦距有何关系？3.共轴球面系统中虚实物如何判定？4.矫正屈光不正时，薄透镜成象公式中的象距、物距与矫正前后的近点或远点有何关系？5.显微镜的放大率和分辨率有何区别？6.提高分辨率可采取哪些措施？1 球面折射球面折射一、单球面折射一、单球面折射1.单球面折射公式(前提条件：近轴光线)符符号号法法则则入射光折射光实物实物 u u0虚物虚物 u u0 0UU实象实象v v 0虚象虚象v v 0 0入射光折射光VV符符号号法法则则凸面迎着入射光，凸面迎着入射光，r r 0凹面迎着入射光，凹面迎着入射光，r

3、r 0 0入射光折射光入射光折射光折射率折射率:入射光入射光所处媒质为所处媒质为n n1 1折射光折射光所处媒质为所处媒质为n n2 2n1n2n1n22.折射本领第一焦点第一焦点F1 1：主光轴上点光源在此主光轴上点光源在此发出的光束经折射后为发出的光束经折射后为平行光的点平行光的点第一焦距第一焦距（F F1 1至球面顶点至球面顶点P P的距离）：的距离）：第二焦点第二焦点F F2 2：平行于主光轴的光束平行于主光轴的光束位折射后会聚在此的点位折射后会聚在此的点 第二焦距（F2至球面顶点P的距离）：3、焦度(focal power)焦度焦度D D 的单位：屈光度（的单位：屈光度（f f 以以

4、m m为单位）为单位）焦度越大，折射本领越强焦度越大，折射本领越强1 屈光度=100度【例例2 2】求图示简约眼的第一、第二焦距。求图示简约眼的第一、第二焦距。【解】【解】二、共轴球面系统二、共轴球面系统1.计算方法 以单球面折射公式为基础，逐个球面计算，以单球面折射公式为基础，逐个球面计算，求得最后求得最后 成象位置：成象位置：物物第一球面第一球面 折射折射(象物象物)第二球面第二球面 折射折射(象物象物)一一玻玻璃璃球球(n n1.5)1.5)半半径径为为1010厘厘米米,点点光光源源放放在在球球面面前前4040厘厘米米处处,求求近近轴轴光光线线通通过过玻玻璃璃球球后后所成的像。所成的像。

5、V160厘米 v2114厘米 2.虚实物判断方法虚实物判断方法 前一球面成象位于次一球面之前，此象前一球面成象位于次一球面之前，此象为次一球面的实物；为次一球面的实物；前一球面成象位于次一球面之后，此象前一球面成象位于次一球面之后，此象为次一球面的实虚物。为次一球面的实虚物。以折射面为界,入射光线和折射光线分居两侧物与入射光线同侧为实,异侧为虚,象与折射光线同侧为实,异侧为虚。【例【例3 3】P.161/4.P.161/4.【解】【解】30cm【例【例4 4】空气中一折射率为空气中一折射率为1.61.6的玻璃棒，长的玻璃棒，长3232cmcm，左端切平，另一端磨成半径为左端切平，另一端磨成半径

6、为1212cmcm的半球面，的半球面，在棒的左端外有一物体放在棒的轴线上，距平面在棒的左端外有一物体放在棒的轴线上，距平面端端1010cmcm，求最后象的位置。求最后象的位置。【解】【解】【例【例5 5】半径为半径为R R，折射率为折射率为1.51.5的玻璃球置于空气的玻璃球置于空气中，一点光源放于玻璃球外何处，经玻璃球折射后中，一点光源放于玻璃球外何处，经玻璃球折射后向右成平行光？向右成平行光？【解】【解】第二节第二节 共轴球面系统的三对基点共轴球面系统的三对基点 一三对基点一三对基点 1两焦点:把点光源放在主光轴上的某一点，若它的光束通过折射系统后变为平行于主光轴的光束，则这一点称为共轴系

7、统的第一主焦点F1.平行于主光轴的光束，通过折射系统后与主光轴相交的点称为第二主焦点F2.2两主点 通过F1的入射线(1)和它通过系统后的射出线延长(图中虚线)，得交点A1。通过A1作一垂直于主光轴的平面，交主光轴于H1，H1称为第一主点，平面A1H1B1则称为第一主平面。同样，把平行于主光轴的入射光线(2)与射出线延长，可以求得第二主点H2和第二主平面A2H2B2。3两节点 在共轴系统的主光轴上还可以找到两个点N1和N2，从任何角度向N1入射的光线(3)都以同样的角度由N2射出。N1和N2分别称为第一节点和第二节点。二二.作图法求像作图法求像三条光线中的任意两条用作图法求出所成的像三条光线中

8、的任意两条用作图法求出所成的像 通过第一主焦点通过第一主焦点F F1 1的光线的光线(1)(1)在第一主平面折在第一主平面折 射后平行于主光轴射出。射后平行于主光轴射出。平行于主光轴的光线平行于主光轴的光线(2)(2)在第二主平面折射后在第二主平面折射后通过第二主焦点通过第二主焦点F F2 2。通过第一节点通过第一节点NN1 1的光线从第二节点的光线从第二节点NN2 2平行平行于原来方向射出。于原来方向射出。三.计算法 (折射系统最初和最后的折射率相同)则f1f2，且二节点分别与二主点重合 +u为物体到第一主平面的距离v为像到第二主平面的距离2 眼屈光眼屈光物物角角膜膜水水状状液液 瞳孔瞳孔(

9、虹膜虹膜)水水晶晶体体视视网网膜膜感感光光自动调节曲率半径自动调节曲率半径(折射本领折射本领焦度焦度)，眼的这种机能称为眼的这种机能称为调节调节古氏平均眼古氏平均眼 简简 约约 眼眼 1.1.远点远点(far pointfar point 眼不调节时能看清物眼不调节时能看清物体的最远位置。体的最远位置。正视眼：正视眼：无穷远无穷远近视眼：近视眼：眼前一定距离眼前一定距离远视眼：远视眼：眼后（虚远点）眼后（虚远点）2.2.近点近点(near point)near point)眼最大调节时能看眼最大调节时能看清物体的最近位置清物体的最近位置正视眼：正视眼：眼前眼前10101212厘米厘米近视眼：近

10、视眼：1010厘米厘米远视眼：远视眼：1212厘米厘米3.3.明视距离明视距离正常光照下不使眼高度调节正常光照下不使眼高度调节 而过分疲劳的距离而过分疲劳的距离2525cmcm二、眼的屈光不正及矫正二、眼的屈光不正及矫正1.1.近视眼近视眼（近点：（近点：10 10 cmcm、远点：远点：1212cmcm、远点：在网膜后远点：在网膜后)矫正：配一副凸透镜，使矫正：配一副凸透镜，使远物远物所所(成实象成实象)与与 (虚远点虚远点)重合重合计算：计算：一远视眼的远点在眼后一远视眼的远点在眼后2 2米处，今欲使其在眼米处，今欲使其在眼不调节时能看清远方的物体，不调节时能看清远方的物体，问应配戴多少度

11、问应配戴多少度的凸透镜镜片的凸透镜镜片?u=v=2米 一远视眼的近点在眼前一远视眼的近点在眼前9090厘米处，欲使他最近厘米处，欲使他最近能看清眼前能看清眼前1515厘米处的物体，厘米处的物体，应配戴多少度的应配戴多少度的凸透镜镜片凸透镜镜片?u u1515厘米，厘米，v v-90-90厘米厘米 3.3.散光眼散光眼原因：角膜球面不匀称，不同方向具有原因：角膜球面不匀称，不同方向具有 不同曲率不同曲率矫正：用适当的（方向、凹凸）柱面透镜矫正：用适当的（方向、凹凸）柱面透镜4.4.老光眼老光眼 原因：眼调节功能的衰退，看近物屈光不原因：眼调节功能的衰退，看近物屈光不 够，近点同远视眼，远于正视眼

12、够，近点同远视眼，远于正视眼矫正：凸透镜矫正：凸透镜 例如某一眼球角膜在纵向曲率半径正常小，水平例如某一眼球角膜在纵向曲率半径正常小，水平曲率半径最大，屈光不够，用圆柱面凸透镜矫正：曲率半径最大，屈光不够，用圆柱面凸透镜矫正：（单纯远视散光）（单纯远视散光）【例【例6 6】某眼近点在眼前某眼近点在眼前4545厘米处，戴上厘米处，戴上+500+500度镜片后能看清的最近物体在何处？度镜片后能看清的最近物体在何处？【解【解】【例【例7 7】一患者戴上一患者戴上+400+400度的眼镜矫正屈光不正度的眼镜矫正屈光不正后，近点在眼前后，近点在眼前1010cmcm处，远点同正视眼。此患者处，远点同正视眼

13、。此患者眼睛的屈光不正为眼睛的屈光不正为 ，不戴眼镜时的近点在，不戴眼镜时的近点在 ，远点在，远点在 。【解【解】矫正前近矫正前近点点矫正前矫正前远点远点【例【例8 8】某人不戴眼镜时能看清某人不戴眼镜时能看清1010cm cm 到到100100cmcm之间之间的物体，戴上的物体，戴上-100-100度眼镜后，能看清度眼镜后，能看清 到到 之间的物体之间的物体。【解【解】矫正后矫正后近点近点矫正后矫正后远点远点【例【例9 9】某患者眼睛的近点在眼前某患者眼睛的近点在眼前0.50.5米处，而远点米处，而远点在眼后在眼后1 1米，今欲使他在眼不调节时看清远方物体，米，今欲使他在眼不调节时看清远方物

14、体，应配戴应配戴 度的度的 透镜片；戴了此镜片后透镜片；戴了此镜片后的近点移到眼前的近点移到眼前 米处。米处。【解】【解】矫正后近点3 放大镜放大镜 纤镜纤镜一、纤镜（fibrescope）作用：观察体内器官壁情况种类：支气管镜、食道镜、胃镜、肠镜和 膀胱镜等材料：由数万根玻璃纤维有序排列组成(光 学玻璃纤维，直径小于20微米，可 任意弯曲）导光导象原理：A，入射光线沿着纤维内全反射 n0 sinA=n sinn cosA n0 sinAn n sinAn1 sin90on1 sinA=n0 sinA光学纤维的数值孔径(numerical aperture N.A.)A（孔径角）越大，光纤导光

15、能力越强n1.62，n11.52，A34n0 sinA作用：导光、导象二、放大镜(magnifier)凸透镜凸透镜作 用代替眼的调节，将视角放大为（将物Y放大为Y）放大倍数放大倍数角放大率：角放大率：【例例1010】已知放大镜焦度为12屈光度，求角放大率。【解【解】4 显微镜显微镜 电子显微镜电子显微镜一、显微镜(microscope)的放大率物镜(objective)目镜(eyepiece)二、显微镜的分辨本领（分辨率）dsin=1.22 1.分辨本领(resolving power)或分辨率(resolution)用最小分辨距离(resolving distance)Z表示：照明光波长n物

16、体与物镜之间媒质折射率物体入射到物镜边缘光线与主轴的夹角nsin物镜的数值孔径（N.A）2.提高分辨率的方法：降低和提高n及=42【例例11 11】一台显微镜的N.A.为1.3，照射光波长5500埃，求分辨本领是肉眼的几倍？【解【解】【例例1212】一油浸物镜恰能分辨每厘米40000条的一组等距线条，光源为波长4500 的蓝光，求显微镜物镜的数值孔径。【解【解】【例例1313】一架显微镜，用以分辨标本上相距0.25m的细节，目镜成象在明视距离处，而肉眼在明视距离处的分辨距离为0.1mm，如照射光波长为550nm，求显微镜的放大率和物镜的数值孔径N.A.。【解【解】三、电子显微镜（electron microscope）1.提高分辨本领的理论依据 eU=v=U50KV 0.055AU100KV 0.039 A电磁透镜 2.电子显微镜成像原理电子源（光源）聚光线圈(聚光镜）标本电子透镜（物镜）中间象电子透镜（目镜）最后象3.电子显微镜的应用本章小结1.单球面折射2.折射本领3.共轴球面系统计算物第一球面 折射象物第二球面 折射象物4.眼的调节眼的折光作用、近点、远点、明视距离5.眼的屈光不正及矫正近视眼、远视眼、散光眼、老花眼6.纤镜光纤的导光导象原理7.放大镜8.显微镜的放大率9.显微镜的分辨本领（分辨率）nsin物镜的数值孔径（N.A.）10.电子显微镜成象原理