工程光学的习题解答第二章理想光学系统.doc

第二章 理想光学系统

1.针对位于空气中的正透镜组()

0'>f 及负透镜组()

0'f ()-∞=l a

()'

2f l b -=

()f f l c

=-=

()

/f l d -=

()0=l e

()/f l

f =

')(f f l g -=

=

'22)(f f l h -==

+∞=l i )(

2.0'

l b )(=

l c =)

(

/)(f l d -=

0 e

l

(=

)

f=

l

2/ (f

)

(

)

f

g=

l

(=

h)

l

l i)(

+∞

=

2. 已知照相物镜的焦距f’＝75mm,被摄景物位于（以F 点为坐标原点）

=x ,2,4,6,8,10,m m m m m -----∝-处，试求照相底片应分别放在离物镜的像方焦面多远

的地方。

解： （1）x= -∝ ，xx ′=ff ′ 得到：x ′=0 （2）x ′=0.5625 （3）x ′=0.703 （4）x ′=0.937 （5）x ′=1.4

（6）x ′=2.81

3.设一系统位于空气中，垂轴放大率*-=10β，由物面到像面的距离（共轭距离）为7200mm ， 物镜两焦点间距离为1140mm 。求该物镜焦距，并绘出基点位置图。 解:

∵ 系统位于空气中，f f -='

10'

'-===

l

l y y β 由已知条件：1140)('=+-+x f f

7200)('=+-+x l l

解得：mm f 600'= mm x 60-=

4.已知一个透镜把物体放大*-3投影到屏幕上，当透镜向物体移近18mm 时，物体将被放大

*-4，试求透镜的焦距，并用图解法校核之。

解：方法一：

31

'

11-==l l β ? ()183321'1--=-=l l l ①

42

'22-==l l β ? 2'

2

4l l -= ② 1821+-=-l l ? 1821-=l l ③ '/1/1/11'1f l l =-

'/1/1/12'

2f l l =-

将①②③代入④中得 mm l 2702-= mm l 1080'

2

-= ∴ mm f 216'=

方法二： 31

1-=-

=x f

β 42

2-=-

=x f

β ? mm f 216-= 1812=-x x

方法三： 12)4)(3(21'

'=--==??=ββαn

n x x

2161812'-=?=?x

''

f

x -=β

143''

'

'2

'121=+-=?=+-=

-∴f

x f

x x ββ mm x f 216''=?=∴

5.一个薄透镜对某一物体成实像，放大率为?

-1,今以另一个薄透镜紧贴在第一个透镜上，则见像向透镜方向移动，放大率为原先的3/4倍，求两块透镜的焦距为多少？ 解：

? 2'

21'1/1/1/1/1l l l l -=- ④

6.有一正薄透镜对某一物成倒立的实像，像高为物高的一半，今将物面向物体移近100mm ， 则所得像与物同大小，求该正透镜组的焦距。

解：由已知得：2

11'11-==l l β

12'

2

2-==l l β 10021+-=-l l 由高斯公式：

2'2

1'11

111l l l l -=-

解得：mm l f

1002

2

'

=-=

7.希望得到一个对无限远成像的长焦距物镜，焦距mm f 1200'

=，由物镜顶点到像面的距离L=mm 700，由系统最后一面到像平面的距离（工作距）为，按最简单结构

的薄透镜系统考虑，求系统结构，并画出光路图。 解：

8. 一短焦距物镜，已知其焦距为mm 35，筒长L=mm 65，工作距mm l k

50'

=,按最简单

结构的薄透镜系统考虑，求系统结构。

解：

9.已知一透镜5.1,50,300,20021==-=-=n mm d mm r mm r ，求其焦距,光焦度，基点位置。 解：已知5.1,50,300,20021==-=-=n mm d mm r mm r 求：,'f ?,基点位置。

12122169.0)1())(1('/1--=-+--==m d n

n n f ρρρρ?

mm f 1440'-=

mm d n n f l F 1560)1

1('1'

-=--

=ρ mm d n n f l F 1360)1

1('2=-+-=ρ

mm d n

n f l H 120)1('1'

-=--=ρ

mm d n

n f l H 80)1

(

'2-=-=ρ

10. 一薄透镜组焦距为mm 100，和另一焦距为mm 50的薄透镜组合，其组合焦距仍为

mm 100，问两薄透镜的相对位置，并求基点位置，以图解法校核之。

解：

11. 长mm 60，折射率为1.5的玻璃棒，在其两端磨成曲率半径为mm 10的凸球面，试求其焦距及基点位置。 解：

12. 一束平行光垂直入射到平凸透镜上，会聚于透镜后mm 480处，如在此透镜凸面上镀银，则平行光会聚于透镜前mm 80处，求透镜折射率和凸面曲率半径。 解：

13.一块厚透镜，,30,320,120,6.121mm d mm r mm r n =-===试求该透镜焦距和基点位置。

如果物距m l 51-=时，问像在何处？如果平行光入射时，使透镜绕一和光轴垂直的轴转动，而要求像点位置不变，问该轴应装在何处？ 解：

⑴[]

mm d n r r n n r nr f 27.149)1()()1('122

1=-+--=

mm d n n f l F 28.135)1

1(1''=--

=ρ mm d n n f l F 02.144)1

1(2'-=-+-=ρ

mm d n n f l H 99.1311''

-=--=ρ

mm d n

n f l H 25.51

2'=--=ρ

⑵mm l l l H 25.500525.550001-=--=-= ''

1

11f l l

=-

mm l 86.153'=∴ mm l l l H 89.13999.1386.153'

''2

=-=+= ⑶绕过像方节点位置轴旋转，'H 点处。

14 思考题：

1、同一物体经针孔或平面镜所成的像有何不同？

答：由反射定律可知，平面镜的物和像是关于镜面对称的。坐标由右旋坐标 系变为像的左旋坐标系，因此像和物左右互易上下并不颠倒。即物体经平面镜生 成等大、正立的虚像。

物体经针孔成像时，物点和像点之间相对于针孔对称。右旋坐标系惊针孔所

成的像仍为右旋坐标系，因此像和物上下左右都是互易的，而且像的大小与针孔到接收屏的距离有关。即物体经针孔生成倒立的实像。

2、一束在空气中波长为589.3nm 的钠黄光，从空气进入水中时，它的波长将变为多少？在水中观察这束光时，其颜色会改变吗？

3、凹透镜可否单独用作放大镜？

答：因凹透镜对实物只能生成缩小的虚像，当人眼通过凹透镜观察物体时，

人眼对缩小的虚像的视角总是小于（最多等于）不用凹透镜时直接观察物体的视角（这是人眼须紧贴凹透镜），故凹透镜的视角放大率不可能大于1。所以凹透镜不能单独用作放大镜。

4、薄透镜的焦距与它所在介质是否有关？凸透镜一定是会聚透镜吗？凹透镜一定是发散透镜吗？

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一、考试中途应饮葡萄糖水

大脑是记忆的场所，脑中有数亿个神经细胞在不停地进行着繁重的活动,大脑细胞活动需要大量能量。科学研究证实,虽然大脑的重量只占人体重量的2%-3%,但大脑消耗的能量却占食物所产生的总能量的20%,它的能量来源靠葡萄糖氧化过程产生。

据医学文献记载,一个健康的青少年学生30分钟用脑,血糖浓度在120毫克/100毫升,大脑反应快,记忆力强；90分钟用脑，血糖浓度降至80毫克/100毫升，大脑功能尚正常；连续120分钟用脑，血糖浓度降至60毫克/100毫升，大脑反应迟钝，思维能力较差。

我们中考、高考每一科考试时间都在2小时或2小时以上且用脑强度大，这样可引起低血糖并造成大脑疲劳，从而影响大脑的正常发挥，对考试成绩产生重大影响。因此建议考生，在用脑60分钟时，开始补饮25%浓度的葡萄糖水100毫升左右，为一个高效果的考试加油。

二、考场记忆“短路”怎么办呢？

对于考生来说，掌握有效的应试技巧比再做题突击更为有效。

1.草稿纸也要逐题顺序写草稿要整洁，草稿纸使用要便于检查。不要在一大张纸上乱写乱画，东写一些，西写一些。打草稿也要像解题一样，一题一题顺着序号往下写。最好在草稿纸题号前注上符号，以确定检查侧重点。为了便于做完试卷后的复查，草稿纸一般可以折成4-8块的小方格，标注题号以便核查，保留清晰的分析和计算过程。

2.答题要按先易后难顺序不要考虑考试难度与结果，可以先用5分钟熟悉试卷，合理安排考试进度，先易后难，先熟后生，排除干扰。考试中很可能遇到一些没有见过或复习过的难题，不要蒙了。一般中考试卷的题型难度分布基本上是从易到难排列的，或者交替排列。

3.遇到容易试题不能浮躁遇到容易题，审题要细致。圈点关键字词，边审题边画草图，明确解题思路。有些考生一旦遇到容易的题目，便觉得心应手、兴奋异常，往往情绪激动，甚至得意忘形。要避免急于求成、粗枝大叶，防止受熟题答案与解题过程的定式思维影响，避免漏题，错题，丢掉不该丢的分。

4. 答题不要犹豫不决选择题做出选择时要慎重，要关注题干中的否定用词，对比筛选四个选项的差异和联系，特别注意保留计算型选择题的解答过程。当试题出现几种疑惑不决的答案时，考生一定要有主见，有自信心，即使不能确定答案，也不能长时间犹豫，浪费时间，最终也应把认为正确程度最高的答案写到试卷上，不要在答案处留白

或开天窗。

5.试卷检查要细心有序应答要准确。一般答题时，语言表达要尽量简明扼要，填涂答题纸绝不能错位。答完试题，如果时间允许，一般都要进行试卷答题的复查。复查要谨慎，可以利用逆向思维，反向推理论证，联系生活实际，评估结果的合理性，选择特殊取值，多次归纳总结。

另外，对不同题型可采用不同的检查方法。选择题可采用例证法，举出一两例来能分别证明其他选项不对便可安心。对填空题，则一要检查审题;二要检查思路是否完整;三要检查数据代入是否正确;四要检查计算过程;五要看答案是否合题意;六要检查步骤是否齐全，符号是否规范。还要复查一些客观题的答案有无遗漏，答案错位填涂，并复核你心存疑虑的项目。若没有充分的理由，一般不要改变你依据第一感觉做出的选择。

6、万一记忆短路可慢呼吸考试中，有些考生因为怯场，导致无法集中精神，甚至大脑忽然一片空白，发生记忆堵塞。此时不要紧张，不妨尝试如下方式：

首先是稳定心态，保持镇静，并注意调节自己的呼吸率。先慢吸气，当对自己说放松时缓慢呼气，再考虑你正在努力回忆的问题，如果你仍不能回想起来，就暂时搁下这道题，开始选做其他会的试题，过

段时间再回过头来做这道题。

第二，积极联想。你不妨回忆老师在讲课时的情景或自己的复习笔记，并努力回忆与发生记忆堵塞问题有关的论据和概念，把回忆起的内容迅速记下来，然后，看能否从中挑出一些有用的材料或线索。

第三，进行一分钟自我暗示。即根据自己的实际，选择能激励自己，使自己能心情平静和增强信心的话，在心中默念3至5遍。比如：我已平静下来，我能够考好、我有信心，一定能考出理想的成绩等等。

第四，分析内容，查找相关要点。借助试卷上其它试题，也许会给考生提供某些线索。因此不要轻易放弃，查看试题中的相关要点，看看是否能给考生提供线索或启发。