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光的折射定律 當(dāng)光傳播到兩種不同的介質(zhì)（如水、玻璃）的分界面上時(shí)，在產(chǎn)生光的反射的同時(shí)，將有一部分光線射入到另一介質(zhì)中，其傳播方向隨介質(zhì)的密度大小而發(fā)生改變，這種光的偏折現(xiàn)象稱為光的折射。我們稱這兩種介質(zhì)的分界面為折射面。從折射面進(jìn)入新的介質(zhì)，并且傳播方向發(fā)生改變的光線稱為折射光線。折射光線和法線所構(gòu)成的角稱為折射角，記為i’，如圖1-2-4所示。介質(zhì)所固有的并和其密度及所通過(guò)光線的波長(zhǎng)有關(guān)的特征量稱為介質(zhì)的折射率，通常用n表示。它反映了光從真空射入某種媒質(zhì)發(fā)生折射的時(shí)候，入射用i的正弦跟折射角i’的正弦之比。折射率的大小表明媒質(zhì)的折光能力的大小，n值越大表明折光能力越大。光的折射定律指出： h %MPppCEa
①入射光線、折射光線及法線在同一平面內(nèi)。 %S$P+B?
②入射角i與折射角i’的正弦之比等于后介質(zhì)折射率n’與前介質(zhì)折射率n之比，即 &S'' fxGL
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9)l[$X 由此可見(jiàn)，當(dāng)光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，折射角 i’<入射角i，折射光線靠近法線；反之折射光線遠(yuǎn)離法線。在后一種情況下，當(dāng)入射光線以某一特定角度α入射時(shí)，折射角i’將等于90°，角α就稱為臨界角。當(dāng)入射光線以大于臨界角的方向射到界面上時(shí)，將全部被反射而不再發(fā)生折射，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象，如圖1-2-5所示。 } {j[
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KZ/ }Iy>As 在熟悉了光線的傳播規(guī)律后，下面我們利用這些規(guī)律來(lái)講述成象理論。 Q'$aFl' NR
1841年德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯建立了“理想光學(xué)系統(tǒng)成完善象”的理論。根據(jù)這一理論：物空間中的每一個(gè)點(diǎn)、一條線、一個(gè)面相應(yīng)在象空間里有一共軛的點(diǎn)、線、面與它對(duì)應(yīng)。這一理論又稱高斯光學(xué)。它確定并表征了光學(xué)系統(tǒng)性質(zhì)所必要的基點(diǎn)：焦點(diǎn)、焦平面、主點(diǎn)、主平面、焦距以及物與象之間共軛關(guān)系。 bG2 !5m4L
物空間平行于系統(tǒng)光軸的平行光束，系統(tǒng)象空間與光軸的交點(diǎn)F'是與物空間光軸上無(wú)限遠(yuǎn)點(diǎn)共軛的點(diǎn)，稱為系統(tǒng)象空間的主焦點(diǎn)（或第二主焦點(diǎn)）；通過(guò)F'所作垂直于光軸的平面，稱為系統(tǒng)象空間的主焦平面（或第二主焦平面）。反之可得系統(tǒng)的物方主焦點(diǎn)F(或第一主焦點(diǎn))和物方主焦面(或第一主焦面)。 Fc 5g~T
作物空間焦點(diǎn)F發(fā)出光線的延長(zhǎng)線（圖1-2-6），并且將象空間相應(yīng)的平行光線向反方向延長(zhǎng)，于是此兩延長(zhǎng)線（虛線）交于M點(diǎn)，通過(guò)M點(diǎn)作光軸的垂直平面MH，稱為系統(tǒng)物空間的主平面，主平面與光軸的交點(diǎn)H，稱為系統(tǒng)物空間的主點(diǎn)。反之可得系統(tǒng)象方主平面M'H'和象方主點(diǎn)H'。 crZ\:LeJ
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&*/X*!_HK 物方主點(diǎn)H與物方焦點(diǎn)F間的距離f稱為光學(xué)系統(tǒng)的物方焦距。同理H'與F'的距離f'稱為象方焦距。焦距的正負(fù)是以相應(yīng)的主點(diǎn)為原點(diǎn)來(lái)確定的，與光線傳播方向一致的則焦距為正。 6 `X#<#_ &
我們以象方焦距的正、負(fù)來(lái)定義系統(tǒng)或透鏡的正、負(fù)。 $Iqt
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在已知理想光學(xué)系統(tǒng)的焦距和主點(diǎn)位置后，對(duì)于任一位置已定的物體，均可通過(guò)作圖求出該系統(tǒng)所成象的大小和位置。 /+02 B P
物體AB到H的距離稱為物距，記作l。同樣，H'到A'點(diǎn)的距離稱為象距，記為l'。從圖1-2-7中我們用簡(jiǎn)單的相似三角形關(guān)系，即可得出物距l(xiāng)、象距l(xiāng)'和焦距f'之間的關(guān)系為
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1/l+1/l'=1/f' XXxX;xz$
上式稱為高斯公式。 " xnek8F
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W!GgtQw{F 我們定義物體通過(guò)系統(tǒng)后所成象的高度η'和物體高度η之比稱為垂軸放大率，記作β。則 E$smr\
β=η'/η=l'/l=(l'-f')/f' }tc,3> /
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