安徽大学本科教学课程 教案 莴博至至 行学整誡 课程名称： 工程光学 课程代码： ZH37096 开课单位： 电气学院测控系 授课教师： 李桂华 职称/学位： 副教授 开课时间：二○一二至二○一三学年第一学期
安徽大学本科教学课程 教案 课程名称： 工 程 光 学 课程代码： ZH37096 开课单位： 电气学院测控系 授课教师： 李桂华 职称/学位： 副教授 开课时间：二○一二 至二○一三学年第一学期
课程基本情况 课程 课程 编号 ZH37096 名称 工程光学 电气工程与自动化学院 课程 考 学分 ￥ 方式 ■考试口考查口其他方式： 课程 口公共基础课 ■专业必修课（包括专业基础课和专业核心课）口专业选修课 类别 口人文与科技素质教育课 口其他课程 学时 数总学时：82理论学时：64实验学时：18 上机学时： 任课 李桂华 职称 副教授 教师来■本校教师 源 口外聘教师 使用 教材 ■统编教材 口自编数材或讲义 书名 作者 出版社 出版时 间 教材 工程光学 郁道银 机械工业出版社 2011年 工程光学 刘晨 国防工业出版社 2012年 光学设计 刘钧、高明 国防工业出版社 2012年 应用光学 胡玉蓓、安连生 中国科技大学出版社 2002年 光学设计手册 萧泽新 电子工业出版社 2003年 应用光学与光学设计基础 迟泽英 东南大学出版社 2008年 物理光学 梁铨延 电子工业出版社 2008年 应用光学 张以谟 电子工业出版社 2008年 光学 母国光、战元龄 高等教育出版社 2009年
课程基本情况 课程 编号 ZH37096 课程 名称 工程光学 教学 单位 电气工程与自动化学院 课程 学分 4 考核 方式 ■ 考试 □ 考查 □ 其他方式： 课程 类别 □ 公共基础课 ■ 专业必修课（包括专业基础课和专业核心课） □ 专业选修课 □ 人文与科技素质教育课 □ 其他课程 学时 数 总学时： 82 理论学时： 64 实验学时： 18 上机学时： 任课 教师 李桂华 职称 副教授 教师来 源 ■ 本校教师 □ 外聘教师 使用 教材 ■ 统编教材 □ 自编教材或讲义 书名 作者 出版社 出版时 间 教材 工程光学 郁道银 机械工业出版社 2011 年 教学 参考 用书 工程光学 刘晨 国防工业出版社 2012 年 光学设计 刘钧、高明 国防工业出版社 2012 年 应用光学 胡玉禧、安连生 中国科技大学出版社 2002 年 光学设计手册 萧泽新 电子工业出版社 2003 年 应用光学与光学设计基础 迟泽英 东南大学出版社 2008 年 物理光学 梁铨延 电子工业出版社 2008 年 应用光学 张以谟 电子工业出版社 2008 年 光学 母国光、战元龄 高等教育出版社 2009 年
第一章几何光学基本定律与成像概念 实施的班级：2011级测控（卓越） 主备课人：李桂华 【教学内容分析及教学准备】 (1)教学内容分析 几何光学的基本定律：成像的基本概念与完善成像条件：光路计算与近轴光学系统 球面光学成像。 (2)重点与难点分析： 重点：几何光学的基本定律；光程的定义和费马定理：完善成像的概念及条件：几 何光学各参数基本概念的符号规则：近轴光路计算及球面镜成像计算。 难点：用费马定理证明反射和折射定律：成完善像的概念：基本参数的符号规定： 近轴光学系统的理解：球面光学成像计算。 (3)教学准备 教材、备课笔记、课堂教学PPT 【教学目标】 (1)掌握理想几何光学系统的基本定律和完善成像的概念； (2)掌握近轴球面光学系统的计算 【教学方法】 (1)小组合作探究 课前导入，给出在水里的光源照到水面时不同的方向光传播情况的视图，分析入射光 反射光、折射光的特点，甚至发生全反射，用生活中大家都熟悉的光学现象，引出几何光 学的基本定律。 小组互动学习，解决“如何用解析和几何方法证明反射定律和折射定律？”，引出费 马定理。自主学习，以照镜子为例，明确像的虚实、成完普像的条件，以及光路计算所遵 守的计算规则。 (2)师生合作互动 合作探究，角色互换，先由老师提问，学生解决问题，然后由学生提问，老师回答： 或者直接由学生组织教学内容，上台讲解，其他学生补充：精讲点拨，例题讲解，课堂
第一章 几何光学基本定律与成像概念 实施的班级：2011 级测控（卓越） 主备课人: 李桂华 【教学内容分析及教学准备】 （1） 教学内容分析 几何光学的基本定律；成像的基本概念与完善成像条件；光路计算与近轴光学系统； 球面光学成像。 （2） 重点与难点分析： 重点：几何光学的基本定律；光程的定义和费马定理；完善成像的概念及条件；几 何光学各参数基本概念的符号规则；近轴光路计算及球面镜成像计算。 难点：用费马定理证明反射和折射定律；成完善像的概念；基本参数的符号规定； 近轴光学系统的理解；球面光学成像计算。 （3） 教学准备 教材、备课笔记、课堂教学 PPT 【教学目标】 （1）掌握理想几何光学系统的基本定律和完善成像的概念； （2）掌握近轴球面光学系统的计算。 【教学方法】 （1） 小组合作探究 课前导入，给出在水里的光源照到水面时不同的方向光传播情况的视图，分析入射光、 反射光、折射光的特点，甚至发生全反射，用生活中大家都熟悉的光学现象，引出几何光 学的基本定律。 小组互动学习，解决“如何用解析和几何方法证明反射定律和折射定律？”，引出费 马定理。自主学习，以照镜子为例，明确像的虚实、成完善像的条件，以及光路计算所遵 守的计算规则。 （2） 师生合作互动 合作探究，角色互换，先由老师提问，学生解决问题，然后由学生提问，老师回答； 或者直接由学生组织教学内容，上台讲解，其他学生补充；精讲点拨，例题讲解，课堂
训练、变式练习等，如“己知球面镜的曲率半径和物体位置，求像的位置，并判断虚实” 等。 (3)教学方式 板书与PPT相结合，理论与应用相结合，学习主动与被动相结合，课堂学习与课后练 习相结合，教师当面指导与网络指导相结合。 【教学内容】 §1-1几何光学的基本定律 一、光波与光线 可见光的波长范围：380-780nm:单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色， 称之为单色光：复色光：由不同波长的光混合成的光 称为复色光：白光是由各种波长光混合在一起而成的C=3×10m/5 中的速度 一种复色光。 光源（发光体）：从物理学的角度看，能辐射光能的物体称为光源。一切自身发光或受 照发光的物体可看成光源。 点光源（发光点）：当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时，此光源可认 为是点光源。如：人在地球上观察体积超过太阳的恒星仍认为是一个发光点。 光线：在几何光学中，将发光点发出的光抽象为许多携带能量并带有方向的几何线。光 线是无直径、无体积，而有方向性的几何线，其方向代表光能传播的方向。 波面（波阵面）：光波向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的点所构成的曲面称 为波面。光的传播即为光波波面的传播，即 沿者波面法线方向传播。 光束：与波面对应的所有光线的集合。 二、几何光学基本定律 光的直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光是沿直线传播的，且在途中不遇 到小孔、狭缝和不透明的小屏障等阻挡。 光的独立传播定律：从不同发光体发出的互相独立的光线，以不同方向相交于空间介质 中某一点，彼此互不影响，各光线独立传播。 光的折射定律与反射定律：光在两种各向同性、均匀介质分界面上要发生反射和折射 即一部分光能量反射回原介质，另一部分光能量折射入另一介质
训练、变式练习等，如“已知球面镜的曲率半径和物体位置，求像的位置，并判断虚实” 等。 （3） 教学方式 板书与 PPT 相结合，理论与应用相结合，学习主动与被动相结合，课堂学习与课后练 习相结合，教师当面指导与网络指导相结合。 【教学内容】 §1-1 几何光学的基本定律 一、光波与光线 可见光的波长范围：380-780nm；单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色， 称之为单色光；复色光：由不同波长的光混合成的光 称为复色光；白光是由各种波长光混合在一起而成的 一种复色光。 光源（发光体）：从物理学的角度看，能辐射光能的物体称为光源。一切自身发光或受 照发光的物体可看成光源。 点光源（发光点）：当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时，此光源可认 为是点光源。如：人在地球上观察体积超过太阳的恒星仍认为是一个发光点。 光线：在几何光学中，将发光点发出的光抽象为许多携带能量并带有方向的几何线。光 线是无直径、无体积，而有方向性的几何线，其方向代表光能传播的方向。 波面（波阵面）：光波向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的点所构成的曲面称 为波面。光的传播即为光波波面的传播，即 沿着波面法线方向传播。 光束：与波面对应的所有光线的集合。 二、几何光学基本定律 光的直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光是沿直线传播的，且在途中不遇 到小孔、狭缝和不透明的小屏障等阻挡。 光的独立传播定律：从不同发光体发出的互相独立的光线，以不同方向相交于空间介质 中某一点，彼此互不影响，各光线独立传播。 光的折射定律与反射定律：光在两种各向同性、均匀介质分界面上要发生反射和折射。 即一部分光能量反射回原介质，另一部分光能量折射入另一介质
光路的可逆性原理：即光线的传播是可逆的。 三、费马定律（极端光程定律） 费马定律：光从一点传播到另一点，其间无论经过多少 次折射或反射，其光程为极值。即光是沿着光程为极值（极 大、极小或常数)的路径传播的。 Snell's aw:n sin-n2 sinB2 光程：指光在介质中传播的几何路程1与该介质折射率 的乘积。S=nl 例题1：由费马原理导出折射定律。 四、马吕斯定律 指出：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射 波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 表明：垂直于波面的光线束经过任意多次折、反射后，无论折、反射面如何，出射光束 仍垂直于出射波面。 §1-2成像的基本概念与完善成像条件 一、光学系统与成像概念 完善像点：如果一以物点为中心的同心光束球面波经过光学系统后仍为一球面波，对应 的光束仍为同心光束，则称该同心光束的中心为物点经过光学系统所成的完善像点。 完普像：物体上每个点经过光学系统后所成完善像点的集合就是该物体经过光学系统后 的完善像。 物空间：物体所在的空间。（∞，+∞） 像空间：像所在的空间。（©，+∞） 共轴光学系统：如果组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心同在一条直线上，则 该光学系统称为共轴光学系统。该直线即为光轴。 二、完善成像条件 入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。或入射光为同心光束时，出射光也为同心 光束。或物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。 三、物、像的虚实 实物点或实像点：由实际光线相交所成的点，可用屏幕或胶片记录。 虚物点或虚像点：由光线的延长线相交所形成的点。只能为人眼所观察，而不能被记录：
光路的可逆性原理：即光线的传播是可逆的。 三、费马定律（极端光程定律） 费马定律：光从一点传播到另一点，其间无论经过多少 次折射或反射，其光程为极值。即光是沿着光程为极值（极 大、极小或常数）的路径传播的。 光程：指光在介质中传播的几何路程 l 与该介质折射率 n 的乘积。S=nl 例题 1：由费马原理导出折射定律。 四、马吕斯定律 指出：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射 波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 表明：垂直于波面的光线束经过任意多次折、反射后，无论折、反射面如何，出射光束 仍垂直于出射波面。 §1-2 成像的基本概念与完善成像条件 一、光学系统与成像概念 完善像点：如果一以物点为中心的同心光束球面波经过光学系统后仍为一球面波，对应 的光束仍为同心光束，则称该同心光束的中心为物点经过光学系统所成的完善像点。 完善像：物体上每个点经过光学系统后所成完善像点的集合就是该物体经过光学系统后 的完善像。 物空间：物体所在的空间。（-∞，+∞） 像空间：像所在的空间。 （-∞，+∞） 共轴光学系统：如果组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心同在一条直线上，则 该光学系统称为共轴光学系统。该直线即为光轴。 二、完善成像条件 入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。或入射光为同心光束时，出射光也为同心 光束。或物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。 三、物、像的虚实 实物点或实像点：由实际光线相交所成的点，可用屏幕或胶片记录。 虚物点或虚像点：由光线的延长线相交所形成的点。只能为人眼所观察，而不能被记录；