大学物理中的几何光学主要研究光在透明介质中的传播规律,包括光的直线传播定律、光的折射和反射定律以及全反射定律。此外,还涉及光在球面上的反射和折射成像,以及薄透镜的成像原理。
光的直线传播定律 :光在均匀介质中沿直线传播。光的折射和反射定律
反射定律:
入射角等于反射角,即 $i_1 = i_2$。
折射定律:$frac{n_1 sin i_1}{n_2} = sin i_2$,其中 $n_1$ 和 $n_2$ 分别为入射和折射介质的折射率,$i_1$ 和 $i_2$ 分别为入射角和折射角。
全反射定律 :当光从折射率较高的介质射向折射率较低的介质时,若入射角大于临界角 $i_C = arcsin(frac{n_2}{n_1})$,则光全部反射回原介质,即折射角为 $90^circ$。球面反射和折射成像
球面反射近轴成像:
物像公式为 $frac{s'}{s} = -frac{n_2}{n_1}$,其中 $s$ 为物距,$s'$ 为像距,$n_1$ 和 $n_2$ 分别为物方和像方的折射率。
球面折射近轴成像:物像公式为 $frac{n_2}{n_1} = frac{s'}{s} + frac{s}{f}$,其中 $f$ 为透镜的焦距。
薄透镜成像
高斯公式:$frac{1}{f} = frac{1}{d_o} + frac{1}{d_i}$,其中 $f$ 为焦距,$d_o$ 为物距,$d_i$ 为像距。
横向放大率:$m = -frac{d_i}{d_o}$,当 $m > 0$ 时,像是正立的;当 $m < 0$ 时,像是倒立的。
费马原理:
光在任意介质中从一点传播到另一点时,总是沿着所需时间最短的路径传播。
近轴成象理论:
研究光在光学系统(如透镜、反射镜)中的近轴行为,得出成像公式和放大率公式。
光学仪器:
了解光学仪器(如显微镜、望远镜、照相机)的工作原理和放大本领。
这些内容构成了大学物理几何光学的基本框架,通过学习这些知识,学生可以更好地理解光学现象,并应用于实际问题的解决。建议在学习过程中多做习题,加深对几何光学原理的理解和应用。