筷子变粗了还是变细了

观察下面两幅照片,我们不难发现图1显示水中的筷子比实际筷子粗了,而图2却显示水中的筷子比实际筷子细了.这是为什么?我们从水面上看水中的物体,看到的是物体的像,而不是实际的物体.这是由于光线从水中射向空气时发生了折射.折射成像为什么不和平面镜一样     

透镜成像规律的妙用

透镜成像时,从物体上任一点Ｓ发出的光线,经透镜折射后都交于一点,（或反向延长线交于一点）这一点就是Ｓ点的像Ｓ’并且物体和像的连线必通过透镜的光心．此规律在光学解题中有妙用．１作任一入射光线经透镜后的折射光线 例１．画出图１中入射光线ＡＢ经凹透镜折射后的光线． 在入射光线ＡＢ上任选一点Ｃ作为物点,应用三条特殊光线中的任意两条,作出物点Ｃ的像点Ｃ’．虚线连接Ｃ’Ｂ延长后ＢＤ就是所求的光线． 根据光路的可逆性原理,应用此法也可画出任一条折射光线对应的入射光线．２根据物、像位置确定透镜位置和焦点 例２,如图…     

透镜成像与针孔成"像"的比较

像,是指从物体发出的光线经过光学系统后所形成的与原物相似的图景.光学中的成像规律可由光的直线传播及反射、折射定律进行分析,人们熟知的有针孔成像和透镜成像.     

光斑问题浅析

光斑问题是几何光学中比较典型的一种类型的习题,89年高考物理试题中就有一道有关光斑问题的计算题,光斑问题往往和透镜成像联系在一起,解答此类问题,常见的错误是把光斑看做像,直接应用透镜成像公式求解,像是物体经透镜折射后,其光线(或延长线)汇聚而成的,物体上某点发出的光线,必交于像的对应点上,而光斑是光沿着直线传播、或者光通过透镜折射后,照射到光屏上的光点排布形成的亮斑,不存在光线对应的交点问题,两者是不相同的。     

运用四元数分析椭球微粒所受的光阱力

在光镊的射线模型中,追迹光线在界面的折射反射光是较基本的也是较复杂的问题.传统的几何光学法计算光线的方位,对于一些不规则的物体来说,存在一定的困难度.本文提出使用四元数简化空间光线追迹,从而可计算非球形颗粒的光阱力.以入射光线和界面法线的外积确定入射面的法线为旋转轴;根据折射定律确定由入射光线旋转到反射光线和折射光线的角度.将入射光线以四元数表示,根据四元数旋转,可获得反射光线和折射光线的空间矢量.根据光子的动量变化,求得光阱对微粒的作用力.本文以球差影响下的不同形变的椭球为计算示例,模拟了椭球在光阱下的动力学行为,结果表明椭球的横向和轴向俘获效率受到各方向变形系数的影响;球差增大降低了轴向的最大俘获效率,稳定俘获位置也随之朝负轴偏离中心更远;在固定球差作用下,最大轴向俘获效率与轴向变形系数相关,在特定的变形下轴向俘获效率变得较大.由此验证了四元数方法的正确性、实用性与普遍性.     

虚像为什么能看得见

关于这个问题的说明,首先从两方面谈起,(1)眼睛如何能视物;眼球的光学系统,相当于一凸透镜,物体发出的光线,通过眼球折射后,将光线会聚在纲膜上,生一实像,因此视神经受到光能的刺激,产生视觉。(2)实像和虚像的形成和区别,这在一般物理课本上都有说明,在这里我们再概括的叙述一下:物体上的一点发出的光线,经过凹面镜反射或凸透镜折射后,当物距大于焦距时,各光线会聚在     

光学三题

1.图1说明水中物体的象因折射而升高并移得较远。这张图往往在一些中学的教材里可以发现。它画得对吗?试设计一个实验验证之。 2. 一束波长λ=6400A的红光从空气进入水中,它的波长将变为多少?它的颜色是否发生改变?为什么? 3.自然光在各向导性介质的分界面上发生反射时,会不会发生反射光分为两束的“双反射”现象?试用惠更斯复合波面作图法说明之。光学三题@沈元华$复旦大学     

光在高速运动界面上的反射和折射

依据闵可夫斯基运动介质电磁场理论，从物质方程和边界条件出发，导出了平行于入射面电场分量反、折射分配的Ｅｒ－Ｅｉ、Ｅｔ－Ｅｉ菲涅耳公式．用几何方法求得运动界面上法线方位角反、折射定律，进而导出光线的反、折射定律．基于光线速度满足洛伦兹变换，由光在静止界面上反、折射定律也可导出运动界面上光线的反、折射定律，最后给出了光线反、折射定律实例曲线，它们明显地依赖于界面速度．     

水中倒影知多长？

水中的倒影是司空见惯的一种自然现象,它是岸边物体在水中所形成的虚像.它的大小、形状跟哪些因素有关,有没有一定规律呢?在风平浪静时,水面像一面平面镜,倒影与物体是上下颠倒、形状相同的.当水面受到干扰形成波浪后,倒影的大小、形状就和物体大不相同了.晚上迎着风或背着风站在湖边,仔细观察岸边灯光在水中的倒影,不难看出:灯柱越高,人与灯间距越大,波浪越大,则灯光倒影越长;人站得越高,倒影越短;灯光倒影根部明亮清晰,顶部稀疏暗淡;波浪大到一定程度,倒影散乱,满池金光.     

斯内尔（Snell，Willebrord van Roijen，1580-1626）荷兰数学家（Mathematician，Nether Iands）

斯内尔1613年继承了父亲在莱顿大学的数学教授职位。他成名主要是因为在1621年发现了折射定律：当光线从较疏介质倾斜射入较密介质中时（像从空气射入水或玻璃），光线偏向垂线，并且入射角（入射光线与垂线之间的夹角屿折射角（折射光线与垂线之间的夹角）的正弦函数之比等于常数。     

人眼模型中各折射面对人眼像差的贡献

将计算光学系统各个折射面对系统像差贡献的理论应用于人眼中.用C语言编制光线追迹程序,计算了人眼各个折射面对眼睛像差的贡献及各种像差经过眼睛不同折射面的变化.给出了眼睛中各个折射面对眼睛彗差的贡献,并发现角膜与晶状体对眼睛彗差的贡献有相互补偿的作用.在眼睛中,角膜前表面对人眼像差的贡献最大,晶状体后表面对眼睛像差的贡献次之,这两个折射面比其他两折射面对眼睛像差的贡献大得多.这说明晶状体后表面也是改善人眼像差的参数之一.     

基于相位追踪的水中物体三维面形测量

提出一种基于相位追踪和光线迫迹算法测量水中物体三维形貌的新方法.该方法利用正弦面结构光来记录物体的三维面形数据,首先由投影仪投出止弦条纹图来调制淹没于水中物体的三维信息,摄像机拍摄获得物体表面的变形条纹图,然后利用相位追踪算法确定投影条纹和变形条纹之间的对应点,最后对相应的匹配点对进行光线追迹计算后,可以恢复出物体的三维形貌.由于使用面结构光进行测量,无需移动装置来实现对物体的一维或二维全场扫描,这样既节约了经济成本又缩短了测量时间.利用该方法进行了实际测量,得到了较好的重建结果,证明了本方法的正确性和可行性.     

水中物体的光学三维形貌测量的研究

提出了一种对水中物体进行光学投影式表面三维形貌测量的新方法。通常的测量方法都是假设摄像机和被测物体都处于空气中,测量水中物体时,由于光在空气、水分界面上发生折射,投射到被测表面的光条纹图像发生扭曲,从而给三角测量法带来误差。新方法可以精确测量出水中被测物表面的三维坐标并计算出物体的几何尺寸,实验验证了该方法的有效性。考虑折射后,该测量类似于在空气环境中的测量。采用的极线约束及亚像素技术,提高了测量精度和速度。     

借助显微镜运用视探法测量液体折射率

如图1，MM’为空气和待测液体的分界面，MM’上方为空气，下方为液体S为液体中的某物体.S发出两条光线SOA、SO’B，当这两条光线进入人眼时，人就可以看到S的像．像S’的位置为AO和BO’的反向延长线的交点．     

基于粒子成像测速技术的水中气泡界面的光学性质研究

基于粒子成像测速的流体可视化技术，根据菲涅耳公式计算了入射到水中气泡界面的光强，得出点光源连续两次反射或折射的光强具有等比数列的规律，光线在气泡界面反射、折射4次就变成完全偏振光且光线几乎消失.当入射角避开35°左右时，即便有一定宽度的线光源入射到气泡界面，第2次折射出气泡的光强与线光源的宽度无关，类似一条光线入射所产生的光强，给出了面光源在界面所产生的光强的二重积分表达式.线光源所产生的界面光强理论值、面光源产生的光强数值解与实验值都较为符合. 关键词： 水中气泡 界面 光强 粒子成像测速     

井口究竟变大还是变小?

由于光的折射,从水中往上看,会感觉到物体的位置比实际位置要高一些.以井底的青蛙从水中观察井口为例,利用物理规律结合数学方法定量分析了从不同位置观察时,井口位置上移和侧移的一般表达式,总结出水井中的青蛙看到的井口位置和实际井口位置的关系.并通过利用水下摄像机模拟青蛙看井口的实验,证明理论推导的正确性.     

基于粒子群优化的水下成像系统标定

摄像机在水下拍摄时,经过不同介质的成像光线会发生折射,小孔成像模型不再成立,现有标定方法无法准确标定系统参量.针对此问题,本文提出一种基于粒子群优化的水下成像系统标定方法.在空气中应用张正友平面标定法得到摄像机内、外参量,通过求取特征点间相对定位距离,建立系统对水中物体的标定评价函数,并用粒子群算法对其优化,从而标定得到光心到防水罩距离、防水罩平面法向量和防水罩厚度.结果表明:基于粒子群标定算法得到的相对定位误差平均值分别为1.99%和0.62%,而应用高阶畸变折射补偿法得到的相对定位误差平均值分别为3.29%和2.68%;当被测物位于不同拍摄距离以及改变不同姿态时,由本文算法得到的相对定位误差均低于高阶畸变折射补偿法,且本文提出的标定算法可以得到高准确度的系统参量,为水下视觉研究提供了可靠的参量依据.     

去掉光屏在哪能看到像

1问题的提出在做"凸透镜成像"实验观察物体经凸透镜所成的实像时,经常会遇到这样一个问题:利用光屏接收和观看像.如果去掉光屏,在光屏的位置用眼睛看,能否看到像?很多教师给的答案是可以看到,因为眼睛的视网膜也相当于光屏,用视网膜代替光屏,     

减小球差的环带透镜设计

根据光线经过折射面后像距和折射面参数之间的关系,将折射面划分为若干同心圆环,各圆环之间沿光轴有一定的轴向间隔。一束平行于光轴的光线入射后,经过不同部分光线的像点相互重叠从而使球差减小。根据上述思想用单透镜构造一个透镜称为环带透镜,然后以环数为2的透镜为例用CODE V进行像差分析。和双胶合透镜比较得出:环带透镜的球差、波像差以及轴上点的弥散斑优于胶合透镜,同时光学传递函数指标提高,接近衍射极限。     

非傍轴近似条件下透镜的出射光场分布

本文先是利用光线追迹给出了不考虑傍轴近似时轴上点物发射的光线在经透镜折射后最终出射之光线的方程.之后由此方程出发,利用几何画板绘制出了上述情形下透镜像方空间中的出射光场分布图,并对之进行了分析.结果表明,当透镜为凸透镜时,像方空间中起初的一段范围内出射光场的能量主要集中在以一条特殊形状的曲线为母线、以光轴为轴线的旋转曲面所围成的区域中,区域内外有清晰的分界.超出此范围之后,该分界不再清晰,并且会随着到透镜距离的增加而越来越模糊.而在垂直于光轴的各横截面内,随着到透镜距离的增加,出射光场分布先后呈现三种不同的特点.当透镜是凹透镜时,像方出射光场中不存在光强显著超过它处的区域,各横截面内的光能都较为分散.