第一章 几何光学基本定律与成像概念习题
应用光学，工程光学经典习题，例题汇总
α+β
40º
αα
β
β
α
2 40 20
180 - 90 - 60
由h1 sin I1 n2 sin I2
1*sin n2 sin
n2
sin
sin
2 sin
50
4、证明光线通过二表面平行的玻璃板时，出射光线与入射光线永远 平行。
解：
n1 1, n1' n2 n, n2' 1
图 1-24
根据题意将 F1，, F1', F2，F2'等表示在图1- 24上 ，由图得到光学筒长为：
d f1' f2 75 100 100 125mm
由下式确定组合焦点位置
xF'
f2 f2'
-100 *100 -125
-80mm
xF
f1 f1'
100 *100 125
80mm
前面已求得组合系统焦距为 f ' 80mm, f 80mm 由组合焦点位置便可得到主
600 300
2
4.两块相距 75mm，焦距都是 100mm（即 f1 f2 100mm ）的薄透镜组 合，第一透镜前 50mm 处有一物点 A，求该组合系统的焦距及像的位 置。
解：由组合焦距公式
1 f'
1 f1'
1
f
' 2
d
f1'
f
' 2
，将
f1'
f
' 2
100mm, d
75mm代入，得系
R2
6、人眼垂直看水池深处 1m 的物体，水的折射率为 1.33，试问
该物体的像到水面的距离是多少？
《几何光学的基本原理》练习题
几何光学练习题一、填空题1．光的直线传播定律指出光在介质中沿直线传播。
2．全反射的条件是大于，光从光密介质射向光疏介质产生全反射。
3．虚物点是的的交点。
4．光学系统的物方焦点的共轭象点在，象方焦点的共轭点在。
5．某种透明物质对于空气的临界角为45°，该透明物质的折射率等于。
6．半径为r的球面，置于折射率为n的介质中，系统的焦距与折射率关，光焦度与折射率关。
7．共轴球面系统主光轴上，物方无限远点的共轭点定义为；象方无限远的共轭点定义为。
8．几何光学的三个基本定律是，和。
9．光学系统在成象过程中，其β=-1.5，则所成的象为的象。
10．在符号法则中（光线从左向右入射）规定：主光轴上的点的距离从量起，左负右正；轴外物点的距离上正下负；角度以为始边，顺时针旋转为正，反之为负，且取小于π/2的角度；在图上标明距离或角度时，必须用。
11．当光从光密媒质射向媒质时，且满足入射角大于，就可以发生全反射现象。
12．当物处于主光轴上无穷远处，入射光线平行于主光轴，得到的象点称为，薄透镜成象的高斯公式是。
13．主平面是理想光具组的一对共轭平面；节点是理想光具组的一对共轭点。
14．在几何光学系统中，唯一能够完善成象的是系统，其成象规律为。
15．理想成象的条件是和。
16．曲率半径为R的球面镜的焦距为，若将球面镜浸入折射率为n的液体内，该系统的焦距为。
17．通过物方主点的光线，必通过象方，其横向放大率为。
18．将折射率n=1.5的薄透镜浸没在折射率为n'=1.33的水中，薄透镜的焦距等于空气中焦距的倍。
19．实象点是的光束的交点。
20．实物位于凹球面镜的焦点和曲率中心之间，象的位置在与之间。
21．筒内装有两种液体，折射率分别为n1和n2，高度分别为h1和h2，从空气（n=1）中观察到筒底的像似深度为。
22．在符号法则中，反射定律的数学式为。
23．薄透镜置于介质中，物、象方焦距分别为f和f'，光线通过薄透镜中心方向不变的条件是。
第一章 几何光学基本定律与成像概念
第一章几何光学基本定律与成像概念1.试由折射定律证明光线的可逆性原理。
2.试对几何光学的每条基本定律提出一个实验来证明它。
3.弯曲的光学纤维可以将光线由一端传至另一端，这是否和光在均匀介质中直线传播定律相违背？4.证明光线通过置于空气中的几个平行的玻璃板时，出射光线和入射光线的方向永远平行。
5.试说明，为什么远处灯火在微波荡漾的湖面形成的倒影拉得更长？6.弯曲的光学纤维可以将光线由一端传至另一端，这是否和光在均匀介质中直线传播定律相违背7.证明光线通过几个平面的玻璃板时，出射光线和入射光线的方向永远平行。
8.太阳的高度恰好使它的光线和水平面成40°角，问镜子需怎样放置，才能使反光镜的阳光垂直射入井底？9.水的折射率是1.33，光线从空气射入水中，入射角是30°，问：折射角是多大？如果光线从正入射连续改变到掠入射时，折射角相应地有多大的改变？10.光以60°的入射角射到玻璃板上，一部分光被反射，一部分光被折射，若反射光线和折射光线互成90°，玻璃的折射率是多少？11.光从水射到某种玻璃时的相对折射率是1.18，从水射到甘油时的相对折射率是1.11，光线从这种玻璃入射到甘油时的相对折射率是多少？12.给出水（折射率1.33）和玻璃（折射率1.55）的分界面，求一束光在水中以45°角入射到分界面上时透射光线的折射角，若现在倒过来光线沿此透射光方向返回从玻璃投射倒分界面上，证明其折射角为45°。
13.有一折射率为1.54的等腰直角棱镜，求入射光线与该棱镜直角边法线成什麽角度时，光线经斜面反射后其折射光线沿斜边出射。
14.有一个玻璃球，其折射率为1.5163，处于空气中，今有一光线射到球的前表面，若入射角为60°，求在该表面上此反射光线和折射光线之间的夹角。
15.折射率n1=1.4，n1′=n2=1.6，n2=1的三种介质，被二平行界面分开，试求在第二介质中发生全反射时，光线在第一分界面上的入射角。
几何光学习题课-学生版
F
O
Q
F
P
7.一玻璃空盒旳两端是共轴球面，一端是半径r1= —1.65cm旳凹面，另一 端是半径为r2= 1.65cm旳凹面，两顶点间距1.85cm。将盒在空气中密封 后放入水中。一高为1cm旳物体距前凹球面旳顶点10cm，与光轴垂直。
求物体经玻璃盒所成旳像。（玻璃厚度忽视不计）
Q
P
C1
O1 O2
P F O F’
实物 实像
P’F P O F’
实物
n n’ 虚像
薄凸透镜成像
Q
P
FO
F’ P’
Q’
物体置于透镜二倍焦距之外
Q’
Q
F
P’ F P O
物体置于透镜一倍焦距之内
Q
F’
P’
PF O
Q Q´
Q’
P F’ P O´
F
物体置于透镜二倍焦距之
内，一倍焦距之外
凹透镜只能成正立、缩小旳虚像
Q1
B
E
Q
1
2. 有一凹球面反射镜，曲率半径为20cm，假如把小物体放在离镜面顶
点6cm处，则像在镜
cm处，是 像。（正或者倒）
C
P
O
3. 为了把仪器刻度放大2倍，在它上面置一平凸透镜，并让透镜旳平面 与刻度紧贴。假设刻度和球面顶点距离30mm，玻璃旳折射率为1.5，求 凸面旳半径。
n
n'
C
O
4.一平行平面玻璃板旳折射率为1.5，厚度为d。一束会聚光束入射到玻璃 板上，如图所示。其顶点M距玻璃板前表面6cm，此光束沿玻璃板所成旳 像M’与M相距0.125cm，求d。
n s f s
讨论： y'
光学原理习题
第一章 几何光学基本原理习题1.1 用费马原理推导光的反射定律1.2 一根长玻璃棒的折射率为1.6350，将它的左端研磨并抛光成半径为2.50cm的凸球面。
在空气中有一小物体位于光轴上距球面顶点9.0cm处。
求：（1）球面的物方焦距和象方焦距；（2）光焦度；⑶象距；⑷垂轴放大率；(5)用作图法求象。
1.3 将一根40cm长的透明棒的一端切平，另一端磨成半径为12cm的半球面。
有一小物体沿棒轴嵌在棒内，并与棒的两端等距。
当从棒的平端看去时，物的表现深度为12.5cm。
问从半球端看去时，它的表现深度为多少？1.4 一透明玻璃小球的半径为1.50cm， 折射率为1.720，将它浸没在折射率为1.360的透明液体中。
若液体中有一束平行光入射到小球上，求这束平行光将向球的另一侧何处聚焦？1.5 一玻璃空盒的两端是共轴球面，一端是半径γ1＝－1.65cm的凹面，另一端是半径γ2＝1.650cm的凸面，两顶点之间的距离为1.850cm。
将盒在空气中密封后放入水中。
一高为1cm 的物体距凹球面的顶点10cm。
求物体经玻璃盒所成的象。
（假设玻璃的厚度可以略去不计）1.6 在一个直径为30cm的球形玻璃鱼缸中盛满水，鱼缸中心处有一尾小鱼。
若鱼缸薄壁的影响可以忽略不计，求缸外面的观察者所看到的鱼的表观位置及垂轴放大率。
1.7 为了把仪器刻度放大3倍，在它上面置一平凸透镜，并让透镜的平面与刻度紧贴。
假设刻度和球面顶点距离为30mm，玻璃的折射率为1.5，求凸面的半径应为多少？1.8 在半径为20cm的凸面镜右侧距顶点5cm处，有一高为2cm的虚物，试求象的位置和大小，并作图。
虚物的位置应在什么范围内才能形成实象？1.9 在单球面折射系统中，除球心而外尚有一对共轭点Ｐ和Ｐ'可用宽光束严格成象（如图），这一对共轭点称为齐明点或不晕点。
试证齐明点的物、象距满足下列关系：S＝(1+n'/n)r; s＝(1+n/n')r1.9图1.10 玻璃棱镜的折射棱角α为60°，对某一波长的光其折射率n为1.6，计算(1)最小偏向角；(2)此时的入射角；(3)能使光线从α角两侧透过棱镜的最小入射角。
第一章几何光学
第一章 几何光学A、基础训练一、选择题1、如图15-10所示，是实际景物的俯视图，平面镜AB 宽1米，在镜的右前方站着一个人甲，另一人乙沿着镜面的中垂线走近平面镜，若欲使甲乙能互相看到对方在镜中的虚像，则乙与镜面的最大距离是（A) 0.25米 （B) 0.5米 （C) 0.75米 图15-10（D) 1米2、如图15-11所示，水平地面与竖直墙面的交点为O 点，质点A 位于离地面高NO ，离墙远MO 处，在质点A 的位置放一点光源S ，后来，质点A 被水平抛出，恰好落在O 点，不计空气阻力，那么在质点在空中运动的过程中，它在墙上的影子将由上向下运动，其运动情况是（A) 相等的时间内位移相等 （B) 自由落体图15-11（C) 初速度为零的匀加速直线运动，加速度a ＜g （D) 变加速直线运动3、如图15-12所示，两束频率不同的光束A 和B 分别沿半径方向射入半圆形玻璃砖，出射光线都是OP 方向，下面正确的是（A) 穿过玻璃砖所需的时间较长（B) 光由玻璃射向空气发生全反射时，A 的临界角小 （C) 光由玻璃射向空气发生全反射时，B 的临界角小 （D) 以上都不对 4、下列说法正确的是①物与折射光在同一侧介质中是实物且物距为正；与入射光在同一侧介质中是虚物且物距为负。
②虚像像距小与零，且一定与折射光不在同一侧介质中。
③判断球面镜曲率半径的正负可以看凹进去的那一面是朝向折射率高的介质还是折射率低的介质。
④单球面镜的焦度为负，说明起发散作用，为正说明起会聚作用。
因此凸面镜不可能起发散作用。
⑤物方焦距是像距无穷远时的物距，像方焦距是物距无穷远时的像距 （A) ②③④ （B) ①②③⑤（C) ①②⑤ （D) ①③ （E) ①③④5、已知 ， ，11=n 5.12=n cm r 10-=在图15-14光路图中正确的是（A) 1，2 （B) 2，.3 （C) 2，4 （D) 1，2，4 （E) 26、一块正方形玻璃砖的中间有一个球形大气泡。
几何光学习题及答案
几何光学习题及答案几何光学习题及答案光学是物理学的一个重要分支，研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象。
几何光学是光学中的一个重要概念，它主要研究光在直线传播时的规律。
在几何光学中，有许多有趣的习题可以帮助我们更好地理解光的行为。
下面，我将提供一些几何光学习题及其答案，希望对大家的学习有所帮助。
习题一：平面镜反射假设有一面平面镜，光线以45度的角度入射到镜面上，求出反射光线的角度。
答案：根据平面镜反射定律，入射角等于反射角，因此反射光线的角度也是45度。
习题二：球面镜成像一面凸透镜的焦距为20cm，物体距离透镜20cm，求出成像的位置和倍率。
答案：根据透镜公式1/f = 1/v - 1/u，其中f为焦距，v为像距，u为物距。
代入数据计算可得1/20 = 1/v - 1/20，解得v = 40cm。
根据倍率公式m = v/u，代入数据计算可得m = 40/20 = 2。
因此成像位置在距离透镜40cm处，倍率为2。
习题三：折射定律光线从空气射入折射率为1.5的介质中，入射角为30度，求出折射角。
答案：根据折射定律n1sinθ1 = n2sinθ2，其中n1为入射介质折射率，n2为出射介质折射率，θ1为入射角，θ2为折射角。
代入数据计算可得1sin30 =1.5sinθ2，解得θ2 = arcsin(1sin30/1.5) ≈ 19.47度。
因此折射角约为19.47度。
习题四：薄透镜成像一面凸透镜的焦距为10cm，物体距离透镜20cm，求出成像的位置和倍率。
答案：根据透镜公式1/f = 1/v - 1/u，代入数据计算可得1/10 = 1/v - 1/20，解得v = 20cm。
根据倍率公式m = v/u，代入数据计算可得m = 20/20 = 1。
因此成像位置在距离透镜20cm处，倍率为1。
习题五：干涉条纹两束光线以相同的频率和相位差为0的情况下通过两个狭缝，观察到干涉条纹。
如果将狭缝之间的距离减小一半，观察到的干涉条纹间距会发生什么变化？答案：干涉条纹的间距与狭缝之间的距离成正比。
工程光学习题1
(n 1)
习题1-8 如图1-6所示，光线芯的折射率为n1，包层的折射 率为n2，光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的 数值孔径。
n2 sin I m n1 n0 sin I1 n1 cos I m n n
2 1 2 2
习题1-9 有一直角棱镜如图1-16所示，其折射率为n。问 光线以多大的孔径角入射时，正好能够经其斜面 全反射后出射。如果棱镜用冕牌玻璃K9制造， 计算该孔径角的值。
• 2.已知真空中的光速，求光在水（n=1.333 ）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（ n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚 石（n=2.417）等介质中的光速。 c 3 10 c v n • 答：根据 v ，分别代入数字得： n n m / s 3 10 v • （1）在水中（注意单位） 1.333 2.2510 m / s • （2）在冕牌玻璃中 • （3）在火石玻璃中 • （4）在加拿大树胶中 • （5）在金刚石中
L d lF
300m m d L lF f 3 lF
h1 f tanu h1 2 h2 tanu h2 2 lF h1 tanu1 f1 h h d tanu 1 1 2
1 1 2 l l r (1) 0, l l l , l 50m m
无限远轴上物点的共轭 像点正好位于 r / 2处； (2) 0.1, l 550mm, l 55m m； (3) 0.2, l 300mm, l 60m m；
(1) l 时， 0； (2) l 1000mm时， 0.429 ； (3) l 100mm时， 1.5； (4) l 0时，l 0， 物和像都位于折射球面 的顶点， 0； (5) l 100mm时， 0.75； (6) l 150mm时， 0.667 ； (7) l 200mm时， 0.6；
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一：选择题（可以有多选）
1、下面关于几何光学的几本定律陈述正确的是（BCD ）
A、光是沿直线传播方向传播的，“小孔成像”即是运用这一定律的很好例子。
B、不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此不影响各光束独立传播。
C、在反射定律中，反射光线和入射光线位于法线两侧，且反射角与入射角绝对值相等。
D：光的全反射中，光线是从光密介质向光疏介质入射。
2、下列关于单个折射面成像，说法错误的是（D ）
A、垂轴放大率仅取决于共轴面的位置。
B、折射球面的轴向放大率恒为正。
C、角放大率表示折射球面将光束变宽或是变细的能力。
D、α、γ、β三者之间的关系为γβ=α。
3、一个物体经单个折射球面成像时，其垂轴放大率β>1，且已知n<n’，则（ABC ）
A、物像位于该折射球面的同侧。
B、角放大率γ>0。
C、像高大于物高。
D、该折射球面能把入射光束变宽。
4.、一个物体经单个反射球面成像时，其垂轴放大率β>0，则（BD ）
A、物象位于系统的同侧。
B、物象虚实性质相反。
C、角放大率γ>0。
D、轴向放大率α<0。
二、填空题
1、与平面波对应的光束称为平行光束；与球面波对应的光速称为同心光束；与任意曲面波对应的光束称为像散光束。
2、光学系统成完善像应满足的三个等价条件分别是○1入射波面是球面波时，出射波面也是球面波；。
；○2入射光是同心光束时，出射光也是同心光束○3物点及其像点之间任意两条光路的光程相等
3、在子午面内，光线的位置由物方截距，物方孔径角确定。
4、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率为1.5的玻璃球上，经左侧球面折射后形成像A’1，则像方截距为30 mm，成像是（填“实像”或“虚像”）；经右侧球面再次成像A’2，则像方截距为90 mm，成像是（填“实像”或“虚像”）。
三、简答题
1发生全反射的条件？
1、○1光线从光密介质向光疏介质射入○2入射角大于临界角
2、怎样根据垂轴放大率β确定物体的成像特性？
2、○
1若β>0，即y ’与y 同号，表示成正像；反之，y ’与y 异号，表示成倒像。
○
2若β>0，即l ’与l 同号，物像虚实相反；反之l ’与l 异号，表示物像虚实相同。
○
3若| β |>1，则| y ’ |>|y |成放大的像；反之| y ’ |<|y |，成缩小像。
四 计算题
1.一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm 的金属薄片。
若在玻璃板上盖一圆形的纸片，使得在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属薄片，问纸片的最小直径应为多少？
解： 设纸片的最小直径为L ，考虑边缘光线满足
L 全反射条件时，
x n1 2s i n I =2
1n n sin90°=0.666667 1I
n2 2c o s I
=2666667.01-=0.745356 2I 200mm
×=2002tan I =200X 745356.0666667.0=178.8855
L=(2x+1)mm=358.77mm
2.在公路的转弯处设置一个凸球面反射镜，有一人身高1.75m ，在凸球面镜前1.75m 处，此人经过凸球面镜所成像在镜后0.1m 处，求此人经凸球面镜所成的像高y ’和凸球面镜曲率半径r 。
∵ 由题知， 物点在凸球面镜表面发生全反射，则n=-n ’
∴球面像位置的关系为r
l l 211'=+
m l m l 75.1,1.0'=-=
75
.111.012
-+=∴r ⇒m r 21.0= 又β=
y y '=l n nl ''⇒y ’=y l l ' 代入数据得y ’= 0.1m。