王文生 - 应用光学习题集答案(2)

2019-07-13 17:16

1n? l3??80n ?80l3n?1.59375l3?d?l'2 r??30?16n0

r??285mm112?? l'2?r14、惠更斯目镜是由焦距分别为f'1?3a,f'2?a的正薄透镜组成,两透镜之间的距离为d?2a,求系统像方焦点的位置与主点的位置。(l'F?0.5a;l'H??a)

???1??2?d?1?2解:l'F?f'(1?l'H??f'd)f'1

df'115、将焦距f'??100mm的平凹薄透镜(n?1.57)水平放置,凹面向上并注满水,试求此系统的光焦度。???4.21D

解:视为空气中的两个密接透镜。对于玻璃透镜有:

1?1.571.57?11?? r?f'得:r?0.57f'?0.57*10?5.7(cm)

?1?n1???10D f'(?0.1)对于水有: 1?1.331.33?1???2 ?r?2?5.79

∴???1??2?(?10)?5.79??4.21D

16、组成厚透镜的两个球面的曲率半径分别为r1?40mm,r2??60mm,透镜的厚度d?20mm,折射率n?1.5,一物点放在曲率半径为r1的折射球面前80mm位置处,求像的位置。

解:根据单各折射面高斯公式,及过度公式可求得:像在第二个面后120mm 17、已知一系统由三个薄透镜构成,f'1?60mm,f'2??45mm,f'3?70mm,

d1?15mm,d2?20mm,计算此组合系统的焦距大小、像方焦点及主点的位置。

(l'F?70,f'?28070,l'H??) 3328070mm,l'H??mm 33解:由图可求l'F?70mm,f'?H’l'Hl'F f' 18、一个玻璃球半径为R,折射率为n,若以平行光入射,当玻璃的折射率

为何值时,会聚点恰好落在球的后表面上。

解:

n'nn'?n???l'lr??根据单个折射面高斯公式:l?????n'?2

?l'?2r??19、一理想光学系统位于空气中,其光焦度为??50D,当物距x??180mm,物高y?60mm时,1)试分别用牛顿公式和高斯公式求像的位置和大小;2)求系统的垂轴放大率和角放大率。 解:套用公式x'?202002011,l'?y'?,???? 9939?20、晴天时利用一块凹面镜就能点火,利用凸面镜能点火吗?为什么?

答:不能。因为凸面镜对光线起发散作用。

21、在一个直径为30cm的球形玻璃鱼缸中盛满水,鱼缸中心有一条小鱼,若鱼缸薄壁的影响可以忽略不计,求鱼缸外面的观察者所看到的鱼的位置及垂轴放大倍率。( 像仍在中心处,1.33倍)

解:利用单个折射面高斯公式可算出像仍在中心处,垂轴放大倍率为1.33倍

22、汽车后视镜和马路拐弯处的反光镜为什么做成凸面而不做成平面? 答:

(a)平面反射镜的视场(b)凸面反射镜的视场

由图可知凸面镜对光线起发散作用,可用来扩展观察范围,因此使用凸面镜做汽车后视镜和马路拐弯处的反光镜。

23、某人把折射率n?1.5,半径为10cm的玻璃球放在书上看字,试问1)看到的字在何处?垂轴放大倍率是多少?2)若将玻璃切成两半,取其中的一个半球并令其平面向上,而让球面和书面相接触,这时看到的字又在何处?垂轴放大

20倍率又是多少?((1)像距第二面-40cm垂轴放大倍率3;(2)像距第二面?cm

3垂轴放大倍率1)

答:1) 对于第一面其象任在顶点,垂轴放大倍率为1,对于第二面:

11.51?1.5???l'??40cml'?20?10nl'1.5?(?40) ?2???3n'l?20???1?2?22) 同样对于第一面其象任在顶点,垂轴放大倍率为1,对于第二面:

11.51?1.5?20???l'?cml'?10?3nl'1.5?(?20)?2???1

n'l?10?32???1?2?324、要把球面反射镜前10cm处的灯丝成像于3m处的墙上,反射镜的曲率半径应该是多少?该反射镜是凸面镜还是凹面镜?垂轴放大倍率是多少?(凹面,

r??6000/31,???30?)

25、如图2-64所示,请按照符号规则标示出下图中各参量的符号,并判断各图中折射率n,n'的相对大小及物像的虚实。

n n' n n' A C A' C A' A n n' n n' A A' C A' C A

图2-69

26、一束平行细光束入射到一半径为r?30mm折射率为n?1.5的玻璃球上,求1)出射光会聚点的位置;2)如果在凸面镀上反射膜,其会聚点应在何处?3)如果仅在凹面上镀反射膜,则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处?反射光束经前表面折射后,会聚点又在哪里?(1)会聚点位于第二面后15mm处,实像;2)

像位于第一面的右侧,15mm处,虚像;3)会聚点位于第二面前10mm处,实像;反射光束经前表面折射后像位于第一面的右侧75mm处,虚像 ) 解:该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决,

设凸面为第一面,凹面为第二面。

(1) 首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态,使用高斯公式:

会聚点位于第二面后15mm处,实像。 (2) 将第一面镀膜,就相当于凸面镜

像位于第一面的右侧,只是延长线的交点,因此是虚像。 还可以用β正负判断:

(3)光线经过第一面折射: 第二面镀膜,则:

, 虚像


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