光学教案第4章Word文档格式.docx
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2、领悟视角的物理意义
3、领悟助视仪器的放大本领的物理意义
4、掌握放大镜、目镜、显微镜和望远镜的放大本领的计算
5、了解光通量、发光强度、光照度和光亮度的概念及其单位
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、显微镜、望远镜的放大本领
2、助视仪器、分光仪器的分辨本领
难点:
光阑、光瞳
作业
P207页4.1;
4.2;
4.3;
4.4;
4.5;
4.6;
4.10;
4.12;
4.15;
4.16;
4.17;
4.18;
4.21
教学小结
光学仪器的三个本领,即放大本领、聚光本领和分辨本领是衡量光学仪器的成像和分光质量的主要依据,其中放大本领和分辨本领是重点。
4.1人的眼睛
4.2助视仪器的放大本领
2
1、放大本领的物理意义
P207页4.1;
4.2
人眼相当于一个精密的光学仪器,人眼有一定的调节功能,对非正常眼可以通过透镜进行矫正。
放大本领等于视角之比,是光学仪器很重要的一个指标。
教学过程与内容
4.1人的眼睛
4.1.1人眼的结构
来自外界的光线,经过角膜及水晶体折射后,成像在网膜上,视神经细胞受到刺激,而产生视觉。
4.1.2简化眼
从几何光学观点来看,人眼是一个由不同介质组成的共轴系统。
人眼可简化为只有一个折射球面的简化眼
4.1.3人眼的调节功能
正常眼--远点在无限远,近点在明视距离处的眼
近视眼--远点不在无限远的眼
远视眼--近点在明视距离以远的眼
4.2助视仪器的放大本领
4.2.1放大本领的概念
放大本领定义式
4.2.2放大镜
凸透镜是一个最简单的放大镜,是帮助眼睛观察微小物体或细节的简单的光学仪器
放大本领:
教学
后记
4.3目镜
4.4显微镜的放大本领
1、掌握两种目镜的构成和作用
2、掌握放大镜、目镜和显微镜的放大本领的计算
显微镜放大本领的计算
P208页4.3;
4.4;
4.6
目镜是助视仪器中与人眼相衔接,用以观察前面光具组所成的像。
显微镜是观察微小物体的助视仪器,其放大本领等于物镜的横向放大率和目镜放大本领的乘积。
4.3目镜
4.3.1目镜的作用
目镜是放大视角的仪器。
4.3.2两种目镜
1、惠更斯目镜
a)结构
b)原理
c)优缺点
2、冉斯登目镜
a)结构
c)优缺点
4.4显微镜的放大本领
4.4.1显微镜的光路图
4.4.2显微镜的放大本领 (各量以cm为单位)
如把整个显微镜当作一个简单放大镜
负号表示象是倒的。
4.5望远镜的放大本领
4.6光阑光瞳
1、掌握望远镜的放大本领的计算
2、理解光阑、光瞳的概念
望远镜放大本领的计算
P208页4.10
望远镜的特征是物镜的第二焦点和目镜的第一焦点重合,其光学间隔等于零。
入射平行光束,仍以平行光束出射。
4.5望远镜的放大本领
4.5.1开普勒望远镜
a)
光路图
b)
放大本领
成倒立的象
4.5.2伽利略望远镜
成正立的象
两种望远镜的优缺点
4.5.3反射式望远镜
4.5.4激光扩束器
4.6.1光阑的概念
光学元件的边框,或者一个有一定形状的开孔的屏---称为光阑
光阑在光学系统中起拦光的作用
4.6.2有效光阑和光瞳
在所有各光阑中,限制入射光束最起作用的那个光阑,叫做孔径光阑或有效光阑
有效光阑起着控制进入光学系统的光能量的多少。
有效光阑被自己前面部分的光具组所成的象叫做入射光瞳;
如B'
。
有效光阑被自己后面部分的光具组所成的象叫做出射光瞳;
'
入射光瞳与出射光瞳对整个光具组来讲是共轭的
4.6.3有效光阑和光瞳的计算
当光学系统有数个光阑时,有效光阑要由轴上物点和各光阑在同一物空间对该物点所张立体角的大小来决定。
4.7光度学概要—光能量的传播
1、了解光通量、发光强度、光照度和光亮度的概念及其单位
光通量的概念
P209页4.12
本节主要讨论了光度学中的几个基本物理量及其单位。
4.7光度学概要—光能量的传播
4.7.1辐射通量
辐射通量(辐射功率)--单位时间内面积元dS辐射出来的所有波长的光能量(也就是通过该面积的辐射功率),用来表示,单位为瓦特(W)。
引入分布函数e()的概念。
它就是在单位时间内通过光源面积元的某一波长附近的单位波长间隔内的光能量。
e()是波长的函数,它又称谱辐射通量密度。
4.7.2光视效率
人眼对不同波长的光有不同的视觉灵敏度(感光灵敏度)
为了研究客观的辐射通量对人眼所引起的主观感觉的强度之间的关系,引入视见函数。
因人眼不同,对各种波长的光的灵敏度有差别,通过许多正常眼的研究,求出各种波长的平均灵敏度来进行表征。
4.7.3光通量
光通量表示光源表面的客观辐射通量对人眼所引起的视觉强度,用Φ表示;
它等于辐射通量与视见函数的乘积
4.7.4发光强度
发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量,它可用点光源在单位立体角中发出的光通量的数值来量度
4.7.5照度
照度是表征受照面被照明程度的物理量,它可用落在受照物体单位面积上的光通量数值来量度
4.7.6亮度
光源的亮度,它是表征发光面发光强弱并与发光表面特性有关的物理量,可以用单位面积的光源表面在法线方向的单位立体角内传送出的光通量数值来量度
4.8物镜的聚光本领
1、理解物镜的聚光本领的物理意义
聚光本领的概念
聚光本领是像面上的光强问题,可用像面的照度来量度。
物镜的聚光本领是描述物镜聚集光通量能力的物理量,可以用象面的照度来量度。
4.8.1光源在较近距离时的聚光本领数值孔径
像面照度的计算:
由光源ds发出而进入光具组的光通量
表明,象的亮度L'
与系统的焦距、物象位置和横向放大率均无关,只是取决于物面的亮度和物象两方的折射率之比。
若n'
=n,则L'
=L,可知象的亮度不可能大于物的亮度,光学系统无助于亮度的增加。
4.8.2显微镜的聚光本领
为了提高显微镜的聚光本领,前面对近距离物体的讨论完全适用于显微镜。
采用了油浸法之后,U'
=U,此时nsinu≈n,数值孔径增加为不用油浸法时的n倍。
由此可见,要决定进入物镜的光通量,光考虑入射孔径角u是不够的,用数值孔径nsinu来表明显微镜的聚光本领的大小要恰当得多。
4.8.3光源距离较远时的聚光本领相对孔径
对足够远的物体,物镜所成之象较物大大地缩小了,即横向放大率ß
远小于1,近似认为ß
≈0
4.8.4照相机的聚光本领
照相机的入射光瞳和出射光瞳可认为是大小相等的,即ß
p=d'
/d≈1,又因物方和象方介质都是空气,即n=n'
=1。
4.10助视仪器的像分辨本领
4.11分光仪器的色分辨本领
1、领悟瑞利判据、分辨极限和分辨本领的概念
2、学会光栅光谱仪的色分辨本领的计算
像分辨本领和色分辨本领的概念
P209页4.15;
分辨本领是光学仪器的重要指标,是衡量光学仪器分辨物体细节的能力。
要注意分辨极限和分辨本领的各种表达式。
4.10助视仪器的像分辨本领
4.10.1分辨本领
瑞利判据:
当一个中央亮斑的最大值位置恰和另一个中央亮斑的最大值位置相重合时,总照度分布曲线中央凹下部分强度约为每一曲线最大值的74%,两个象点刚好能分辨开。
1、分辨极限
2、分辨本领
4.10.2人眼的分辨本领
1、
人眼的分辨本领描述人眼刚能区分非常靠近的两个物点的能力的物理量
2、
人眼的明视距离为25cm
眼睛瞳孔的半径约为1mm
4.10.3望远镜物镜的分辨本领
1、望远镜物镜的分辨极限和它的相对孔径成反比,它和波长成正比。
2、望远镜物镜的分辨极限常以物镜焦平面上刚刚能分辨开的两个象点之间的直线距离来表示
4.10.4显微镜物镜的分辨本领
显微镜物镜分辨极限通常就以被观察的物面上刚刚能够分辨开的两物点之间的直线距离来表示
用可见光时,分辨极限可达
的数量级.电子显微镜由于电子衍射的波长(可达
)远小于可见光,因而大大地提高了分辨本领
望远镜和显微镜的分辨本领完全取决于其物镜.
4.11分光仪器的色分辨本领
4.11.1棱镜光谱仪
P为色分辨本领,由此看出,δ越大,色分辨本领P越高。
4.11.2光栅光谱仪
将光栅方程的衍射角对波长求导,即得光栅的角色散率
光栅的色分辨本领为:
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