工程光学第二版习题答案(李湘宁-贾志宏)汇总重点.docx

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1、工程光学第二版习题答案(李湘宁.贾志宏)汇总重点第一章习题1、已知真空中的光速c = 3m/,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。解：则当光在水中，n=L333时，v=2.25m/,当光在冕牌玻璃中，n=L51时，v=l.99m/,当光在火石玻璃中，n = l.65时，v=1.82m/,当光在加拿大树胶中，n=l.526时,v=1.97m/,当光在金刚石中，n=2.417时,v=1.24m/o2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm,则像的大小变为70mm

2、，求屏到针孔的初始距离。解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为某，则可以根据三角形相似得出：所以某二300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。3、一厚度为200mm的平行平板玻璃(设n=1.5),下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为某，则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为：其中 n2=l,nl=1.5

3、,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径某=179.385mm,所以纸片最小直径为358.77mmo 4、光纤芯的折射率为nl、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为nO,求光纤的数值孔径（即nOinll,其中II为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有：n0inll=n2inl2（l）而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：由（1）式和（2）式联立得到nOinll.5、一束平行细光束入射

4、到一半径r=30mm、折射率n=l.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决，设凸面为第一面，凹面为第二面。（1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式：会聚点位于第二面后15mm处。（2）将第一面镀膜，就相当于凸面镜像位于第一面的右侧，只是延长线的交点，因此是虚像。还可以用B正负判断：（3）光线经过第一面折射：，虚像第2页共29页第二面镀膜，则：得到:（4）再经过第一面折射物像相反为虚像。6、一

5、直径为400mm,折射率为L5的玻璃球中有两个小气泡，一个位于球心，另一个位于1/2半径处。沿两气泡连线方向在球两边观察，问看到的气泡在何处？如果在水中观察，看到的气泡又在何处？解：设一个气泡在中心处，另一个在第二面和中心之间。（工）从第一面向第二面看（2）从第二面向第一面看（3）在水中第3页共29页7、有一平凸透镜rl=100mmj2=,d=300mm,n=15当物体在时，求高斯像的位置I。在第二面上刻一十字丝，问其通过球面的共辗像在何处？当入射高度h=10mm,实际光线的像方截距为多少？与高斯像面的距离为多少？解：8、一球面镜半径r=100mm,求=0, -0.1, -0.2, -1, 1

6、, 5, 10,8时的物距像距。第4页共29页解：（2）同理，（3）同理，（4）同理，（5）同理，（6）同理，（7）同理，（8）同理,9、一物体位于半径为r的凹面镜前什么位置时，可分别得到：放大4倍的实像，当大4倍的虚像、缩小4倍的实像和缩小4倍的虚像？解：（1）放大4倍的实像第5页共29页（2）放大四倍虚像（3）缩小四倍实像（4）缩小四倍虚像第二章习题1、已知照相物镜的焦距二 75mm,被摄景物位于（以F点为坐标原点）某二处，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）某=,某某得到：某=0（2）某=0.5625（3）某=0.703（4）某.0.937（5）某=1.4（6）某

7、=2.81第6页共29页2、设一系统位于空气中，垂轴放大率，由物面到像面的距离（共辗距离）为7200mm,物镜两焦点间距离为1140mm,求物镜的焦距，并绘制基点位置图。3 .已知一个透镜把物体放大-3倍投影在屏幕上，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：某某4 .一个薄透镜对某一物体成实像，放大率为口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20mm,放大率为原先的3/4倍，求两块透镜的焦距为多少？解：第7页共29页5 .有一正薄透镜对某一物成倒立的实像，像高为物高的一半，今将物面向透镜移近100mm,则所得像与物同大小，求该正透镜组

8、的焦距。解：6 .希望得到一个对无限远成像的长焦距物镜，焦距系统最后一面到像平面的距离（工作距）为并画出光路图。解：=1200mm,由物镜顶点到像面的距离L=700mm,由，按最简单结构的薄透镜系统考虑，求系统结构，7 .一短焦距物镜，已知其焦距为35mm,筒长L=65mm,工作距,按最简单结构的薄透镜系统考虑，求系统结构。解：第8页共29页8 .已知一透镜解：求其焦距、光焦度。9 .一薄透镜组焦距为100mm,和另一焦距为50mm的薄透镜组合，其组合焦距仍为100mm,问两薄透镜的相对位置。解：10 .长60mm,折射率为L5的玻璃棒，在其两端磨成曲率半径为10mm的凸球面，试求其焦距。解：

9、11 .一束平行光垂直入射到平凸透镜上，会聚于透镜后480mm处，如在此透镜凸面上镀银，则平行光会聚于透镜前80mm处，求透镜折射率和凸面曲率半径。第9页共29页解：第三章习题1 .人照镜子时，要想看到自己的全身，问镜子要多长？人离镜子的距离有没有关系？解：镜子的高度为1/2人身高，和前后距离无关。2 .设平行光管物镜L的焦距二1000mm,顶杆与光轴的距离a=10mm,如果推动顶杆使平面镜倾斜，物镜焦点F的自准直像相对于F产生了 y=2mm的位移，问平面镜的倾角为多少？顶杆的移动量为多少？解：第10页共29页3 .一光学系统由一透镜和平面镜组成，如图3-29所示，平面镜MM与透镜光轴垂直交于

10、D点，透镜前方离平面镜600mm有一物体AB,经透镜和平面镜后，所成虚像至平面镜的距离为150mm,且像高为物高的一半，试分析透镜焦距的正负，确定透镜的位置和焦距，并画出光路图。解：平面镜成片1的像，且分别在镜子两侧，物像虚实相反。4 .用焦距=450mm的翻拍物镜拍摄文件，文件上压一块折射率n=1.5,厚度d=15mm的玻璃平板，若拍摄倍率解：,试求物镜后主面到平板玻璃第一面的距离。此为平板平移后的像。第11页共29页5 .棱镜折射角解：,C光的最小偏向角，试求棱镜光学材料的折射率。6 .白光经过顶角的色散棱镜，n=1.51的色光处于最小偏向角，试求其最小偏向角值及n=1.52的色光相对于n

11、=1.51的色光间的交角。解：第四章习题1 .二个薄凸透镜构成的系统，其中，位于后，若入射平行光，请判断一下孔径光阑，并求出入瞳的位置及大小。解：判断孔径光阑：第一个透镜对其前面所成像为本身，第二个透镜对其前面所成像为大小为：，其位置：故第一透镜为孔阑，其直径为4厘米.它同时为入瞳.2 .设照相物镜的焦距等于75mm,底片尺寸为5555解：,求该照相物镜的最大视场角等于多少？第12页共29页第五章习题1、解：一个100W的鸨丝灯，发出总光通量为14001m,求发光效率为多少2、有一聚光镜,解：（数值孔径）,求进入系统的能量占全部能量的百分比。而一点周围全部空间的立体角为3、一个孔径角平均发光强

12、度解：的鸨丝灯，已知：，该灯与一聚光镜联用，灯丝中心对聚光镜所张的,若设灯丝是各向均匀发光，求1）灯泡总的光通量及进入聚光镜的能量；2）求第13页共29页4、一个径分别为：的鸨丝灯发出的总的光通量为,设各向发光强度相等，求以灯为中心，半时的球面的光照度是多少？解：5、一房间，长、宽、高分别为：,一个发光强度为的灯挂在天花板中心，离地面,1）求灯正下方地板上的光照度；2）在房间角落处地板上的光照度。解：第14页共29页第六章习题1 .如果一个光学系统的初级子午彗差等于焦宽0 ,则应等于多少？解：2 .如果一个光学系统的初级球差等于焦深（）,则应为多少？解：3 .设计一双胶合消色差望远物镜，和火石

13、玻璃F2 （面的曲率半径。解：,采用冕牌玻璃K9 （）,若正透镜半径,）,求：正负透镜的焦距及三个球第15页共29页4 .指出图6.17中解：第16页共29页第七章习题1 .一个人近视程度是（屈光度），调节范围是8D,求：（1）其远点距离；（2）其近点距离；（3）配带100度的近视镜，求该镜的焦距；（4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离；（5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。解：远点距离的倒数表示近视程度第17页共29页2 .一放大镜焦距,通光孔径，眼睛距放大镜为50mm，像距离眼睛在明视距离250mm,渐晕系数K=50%,试求：（1）视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。解：第18页

14、共29页3 .一显微物镜的垂轴放大倍率焦距O,数值孔径NA=0.1,共辗距L=180mm,物镜框是孔径光阑，目镜（1）求显微镜的视觉放大率；（2）求出射光瞳直径；（3）求出射光瞳距离（镜目距）；（4）斜入射照明时，求显微镜分辨率；（5）求物镜通光孔径；（6）设物高2y=6mm,渐晕系数K=50%,求目镜的通光孔径。解：第19页共29页4 .欲分辨0.000725mm的微小物体，使用波长(1)显微镜的视觉放大率最小应多大？(2)数值孔径应取多少适合？解：此题需与人眼配合考虑,斜入射照明，问：5 .有一生物显微镜，物镜数值孔径NA=0.5,物体大小2y=0.4mm,照明灯丝面积丝到物面的距离100mm,采用临界照明，求聚光镜焦距和通光孔径。解：,灯视场光阑决定了物面大小，而物面又决定了照明的大小第20页共29页