齐明透镜
双透镜动作特性的失步保护
第九节 同步发电机失步保护、逆功率保护 当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。 对于大型汽轮发电机，需要装设失步变化，用以及时检测出失步故障，迅速采取措施，以保证故障机组和电力系统的安全运行。 一、失步保护 (一)对失步保护的要求 P262 （1）-（4） (二)反应阻抗变化的失步保护 根据对系统振荡时电气量的分析，发生不稳定振荡时，功角e δ在0°～360°间作周期变化，测量阻抗以dt d e δ的速率穿过阻抗平面，其轨迹在阻抗平面上是一个圆或直线。因此，测量阻抗走过某段距离，需要一定的时间。发生短路故障时，功角基本不变，测量阻抗由负荷阻抗突变为短路阻抗。稳定振荡时，测量阻抗轨迹只是在阻抗平面的第Ⅰ或第Ⅳ象限的一定范围内变化。根据上述测量阻抗变化的特点，可以构成双透镜特性的失步保护。 1、保护特性：
图9—36 双透镜阻抗继电器动作特性 保护的检测元件是两个具有透镜形特性的阻抗元件，动作特性如图9—36所示。Z1为 =120°)的阻抗继电器。 监察阻抗继电器，Z2为按稳定振荡边界整定(e 不稳定振荡时，机端测量阻抗若按图中mn轨迹移动，则依次经过A、B、C、D点，A →B、B→C、C→D的时间分别为△t1、△t2、△t3。 发生短路故障时，机端测量阻抗由正常工作点H突变到K，虽然经过Z1、Z2动作区，但因几乎是同时的，故可用时间△t1进行鉴别。 稳定振荡时，机端测量阻抗不能进入Z2动作区内，可能进入Z1动作区，而后沿A1P 变化。 2、保护构成： 根据上述机端测量阻抗变化特点，拟出的双透镜动作特性的失步保护框图如图9—37所示。 图9—37 双透镜动作特性的失步保护框图 3、保护工作情况： 不稳定振荡时，机端测量阻抗沿图9—36中mn轨迹移动。在A→B 区间，Z1动作，Z2不动作，“与”门Y1有输出、经“或”门H1，起动时间元件T1(t1按△t1整定)。机端测量阻抗进入B→C区间，Z2动作(表示已失步)，“与”门Y2、Y3有输出发出信号；与此同时，对处于加速状态的发电机通过“与”门Y5减原动机出力，对处于减速状态的发电机通过“与”门Y6增原动机出力。 当连接片XB接通时，失步保护可动作于跳闸。机端测量阻抗进入B→C区间时，“或”门H2动作，并通过时间元件T3(t3>△t2+△t3+ t4)、“与”门Y7自保持，当机端测量阻抗越过D点，Z1返回后，“与”门Y8满足动作条件，经延时元件T4动作于解列切机。 稳定振荡时，仅有Z1动作，装置不会动作。 当发生短路故障时，Z1、Z2几乎同时动作，时间元件T1不会起动，“与”门Y2没有
菲涅尔透镜的原理及应用
菲涅尔透镜的原理及应用 （国防科大理学院光学小组第六组） [摘要] 菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。 [关键词] 菲涅尔透镜；原理；分类；应用；研究与发展状况 本文主要从菲涅尔透镜的历史，基本原理，分类，作用，应用以及国内外的研究与发展状况等方面完整介绍了菲涅尔透镜的相关知识。 1.简介 菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔（Augustin·Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。 2.菲涅尔透镜的历史 通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。而法国物理学家兼工程师菲涅尔亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。根据史密森学会的描述，1823年，第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦特河口的哥杜昂灯塔（Phare de Cordouan）上；透过它发射的光线可以在20英里（32千米）以外看到。苏格兰物理学家大卫·布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔中使用这种透镜的推动者。 3.菲涅尔透镜的基本原理 菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。
物理透镜知识点
透镜成像规律及应用 从表中可以看出： （1）凡实像总是倒立的，凡虚像总是正立的； （2）实像可以是放大的、等大的或缩小的，虚像则必然是放大的； （3）像、物的移动速度有快、慢之分，与物体所处位置有关系。当成放大的像时，像的速度大于物体的速度，当成缩小的像时，像的速度小于物体速度。 （4）凸透镜成像可以概括为二点三区域，即2f是成像放大与缩小的分界点，f是成实像与虚像的分界点。在u>2f区域，成缩小实像，在f 用作图法解凸透镜成像问题 一、作图法的依据 由透镜的性质可知：（1）经光心的光线不改变其传播方向。（2）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚于焦点上。（3）凸透镜可以成实像。这就为作图法选择光线提供了依据如图1（a）、（b）。 二、作图法的操作 在发光物体上任取一点A，则A处发出的光线一定有平行于主光轴和通过光心的，就取这两束光线作图2：（1）经过光心的光线不改变方向，如光线I。（2）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚于焦点，如光线II。（3）两光线相交于A”即为A的实像。（4）同理AB上任何一点均可成像，由A”向主轴作垂线，则A”B”即为AB的实像。作图就按上述步骤进行。 三、用作图法验证透镜成像特点 1. 当 时，成倒立、缩小的实像，此时像距，这就是照相机的原理，如图3。 2. 当 时，成等大、倒立的实像，此时像距。这是判别焦距为多少的方法之一。 3. 当 时，成倒立、放大的实像，此时像距，这就是幻灯机的原理，如图4。 4. 焦点处不成像，，如图5。 5. 当时，成正立的、放大的虚像，此时像物同侧。这就是放大镜的原理，如图6。 四、作图法解题 例1. 物体立于一个的凸透镜前，在从距透镜40cm处逐渐移近20cm的过程中，像的大 小变化是：（） A. 逐渐变大，但始终不比物体大 B. 逐渐变大，最后比物体大 C. 逐渐变小 D. 像不论如何变化，始终比物体大 分析：在处作图如图7，由图可判定选择A答案。 例2. 如图8在A处看物体的虚像较B处看到的虚像：（） A. 大且距镜远 B. 大且距镜近 C. 小且距镜近 D. 小且距镜远 例3. 某人用同一相机为一顾客照像，由2寸改拍5寸的，他应该怎样调节相机：（） A. 将相机距顾客近些 B. 将相机距顾客远些 C. 将相机距顾客远些，并减小暗箱长度 D. 将相机距人近些，并拉长暗箱长度 分析：由题可知，当物体向透镜2倍焦距靠近时，成像变大，暗箱长度就是像距，由作图9知，即暗箱要拉长，故选D。 例4. 烛焰经凸透镜恰在光屏上得到一个缩小、倒立的实像，若保持透镜位置不变，将烛焰与光屏对 调位置如图10，则（） A. 光屏上仍呈现一个缩小的像 B. 光屏上得到一个放大的像，可能不太清晰 C. 光屏上不能呈现像，但通过透镜眼可以看到 D. 光屏上没有像，需调节光屏位置才可呈现出来 分析：由题可知，而v在f与2f之间，可作出像位在AB线上，对调后AB线上为烛，由作图可以观察到像位大体靠近光屏所在位置，放大倒立，所以选择B。作图法巧记凸透镜的成像规 方法：利用凸透镜三条特殊光线中的任意两条进行较为精确的作图，习惯上我们一般用平行于主光轴的光线（经过凸透镜要会聚在焦点上）和经过光心的光线（传播方向不改变）来作图，这两条光线经凸透镜折射后如果会相交，说明成的是实像，如果平行就不能成像，如果反向延长线会相交，说明成的是虚像；如果物体在主光轴上方，而像成在主光轴的下方，则像是倒立的，如果像与物一样在主光轴的上方，则像是正立的；如果像的长度比物短，则像是缩小的，如果像的长度比物长，则像放大的，如果像物一样长，则是等大的。以下，物体与凸透镜的距离我们称为物距，用u表示，像与凸透镜的距离我们称为像距，用v表示；焦距用f表示。 1．物体在两倍焦距之外(u＞2f ) ：如图1和2. 成像特点：f＜v＜2f ,u＞v,物比像大，分居在透镜的两侧，是倒立的实像。 像的变化情况：物体靠近凸透镜（u变小），像远离凸透镜（v变大），像是变大的（尽管像仍是缩小的，但这个缩小的像比第一次要大些，也就是说像是变大了的）。应用：照相机、摄像机 2. 成像特点：v＝2f,u＝v,像与物一样大，分居在透镜的两侧，是倒立的实像。 像的变化情况：物体靠近凸透镜（u变小），像远离凸透镜（v变大），像是变大的（此时，像已经由缩小的像变成了等大的像）。应用：可以测定凸透镜的焦距 3.一倍焦距和两倍焦距之间（f ＜u＜2f ）：如图4和5. 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10214023 姓名 张浩然 日期 2011-5-2 透镜参数的测量 PB10214023 张浩然 一、实验题目：透镜参数的测量 二、实验目的：了解光源、物、像之间的关系以及球差、色差产生的原因，熟练掌握光具座上各种光学元件的调节并且测量薄透镜的焦距和透镜的球差和色差 三、实验器材：光具座（包括光源、物屏、凸透镜、凹透镜、像屏等器具） 四、实验原理： 1、符号规定：总结为顺光线方向为正，逆光线方向为负。 2、高斯成像公式： 设p 为物距，q 为像距，物方焦距为f 1，像方焦距为f 2，则有 11 2=+p f q f 空气中f 2=－f 1=f ，则公式变成f p q 1 11=- 3、测凸透镜焦距 （1）直接法 测得光线会聚点和透镜中心的位置x 1、x 2，则f=|x 1-x 2| （2）公式法 如图测得p 、q ，利用高斯公式进行计算 （3）平面镜反射法 利用平面镜反射在物屏上成清晰的像，从而得到焦距f （4）位移法 当屏与物的距离A>4f 时，有两个清晰成像的位置，记两个位置之间的距离为l ，则A l A f 42 2-= 4、辅助透镜测量凹透镜焦距： 凹透镜将实物成虚像，故通过凸透镜成像后，将像作为凹透镜的物，从而在屏上得到实像， 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10214023 姓名 张浩然 日期 2011-5-2 再利用式f p q 1 11=-计算f 五、数据处理： 1. 公式法测凸透镜焦距 实验数据有： x 又由：物距有10p x x =-像距有20q x x =-焦距有f p q =- 对于焦距f ： 平均值：6 1 110.2966i i f f cm ===∑ 对于每组测量值，由于相对独立，则有： 对于每一组的像距和物距： A 类不确定度为：0A u = B 类不确定度：0.0200.006673 B B cm u cm C ?= == 有展伸不确定度：0.950.0131 0.95u cm p = === 透镜及其应用 一、知识网络结构图 二．凸透镜成像原理图（眼睛直接看像时必须有来自物体的光能够进入人眼 ） ①定义： 中间厚、边缘薄的透镜 ②作用：凸透镜对光线具有 会聚 作用 ①定义： 中间薄、边缘厚的透镜 透镜 （1）凸透镜 （2）凹透镜 （3）几个 概念 ①F 点是 实像与虚像 的分界点 ②2F 点是 放大的实像与缩小的实像 的分界点 ③物体越靠近F 点，像越 大 ，像距越 大 凸透镜 成 像规律 ①u ＞2f 时，照相机：倒立、缩小的实像，像距为f ＜v ＜2f ②f ＜u ＜2f 时，投影仪：倒立、放大的实像，像距为v ＞2f ③u ＜f 时，放大镜： 正立、放大的虚像，像距为|v|＞u （1）几个特殊点 （2）成像规律 原理： 凸透镜可以成正立、放大的虚像 ②操作：物体离F 越近，像越 大 ；一般情况下，为了使像变得更 大，物体离放大镜的距离应 远 些,但距离不超过焦距。 原因：晶状体太 薄 了，对光的会聚能力太 弱 ，像呈现在视网膜的 后方 矫正：需要佩戴远视眼镜，它是 凸透 镜 原因：晶状体太厚 了，对光的会聚能力太 强 ， 像呈现在视网膜的 前方 矫正：需要佩戴近视眼镜，它是凹透镜 眼球的结构：晶状体（相当于凸透镜）、视网膜（相当于光屏） 眼睛的工作原理（照相机）：凸透镜可以成倒立、缩小的实像 眼睛的调焦： 调节晶状体的厚薄程度，改变焦距 ① 眼睛 ②近视眼 ③远视眼 凸 透镜的应用 眼睛 照相机 投影 放大镜 显微镜：由两个焦距不同的凸透镜组合而成 望远镜：常用的望远镜是由两个焦距不同的凸透镜组合而成 ?照相机、摄像机原理 （物体与相机的距离是物距u，底片到镜头的距离是相距v。底片相当于光屏） ?投影仪、幻灯机原理 （底片到镜头的距离是物距u，大屏幕与投影仪的距离是像距v。大屏幕相当于光屏）?放大镜原理 （要成像大一些：物体要靠近焦点即远离透镜一些，但距离要控制在一倍焦距之内）?二倍实像分大小是指 一倍虚实、同异兼正倒是指 ?实像与虚像的区别 （1）成像原理不同 实像：物体上射出的光线经反射或折射后，实际光线会聚所成的像 虚像：物体上射出的光线经反射或折射后，光线散发，由其反向延长线会聚所成的像 【教学目标】 知识和技能 1、知道什么是凸透镜，什么是凹透镜。 2、知道什么是透镜的主光轴、光心、焦点、焦距。 3、知道凸透镜对光起会聚作用，凹透镜对光起发散作用。 过程与方法 1.会用一定的方法辨别什么是凸透镜，什么是凹透镜。（通过教学一完成） 2.观察凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。（通过教学二的实验完成，并且通过典型题目帮助理解进行巩固） 情感、态度与价值观 1、以探究活动为主要的学习形式展开学习活动，让学生经历探究过程，体验探究方法，通过合作、交流、表述等形式将对透镜的感性认识理性化。 2、设置问题情境和学习情境，加强对透镜以及透镜的性质的感性认识。 【设计思路】 本节主要讲述的是透镜的初步知识，这节课的设计思路是通过实验探究为主的教学方式进行设计；以实验为主线，通过探究性实验，学生间的讨论、设计、动手及合作的观察、分析揭示透镜的特点，把透镜分成两类，再对它们的形状共性进行探究得定义；关于透镜对光的作用进行假设，利用实验进行验证得出结论。为巩固知识，设计了区分老花眼镜和近视眼镜的活动，最后通过常见的冰、水制作透镜开拓学生的视野，利用光在传播过程中伴随着能量的传递，增强学生的环保意识。 【教学过程】 引入新课 通过装有水的杯子观察课本上的字，从侧面看字是放大的，从杯口向下看，字是缩小的。引发学习兴趣与欲望，将学生从生活引向物理。 师：再分别给学生一个老花镜，一个近视镜，看近处的字。 生：老花眼镜看字是放大的；近视眼镜看字是缩小的。 师：为什么会出现这种现象呢？为了揭示这其中的奥秘，我们学习今天的知识。 新课教学 一、认识凸透镜和凹透镜以及透镜的主光轴、光心。 师：分发给学生多个圆形镜片，让学生仔细观察镜片，然后给镜片进行分类。生：将观察到的现象记录在实验记录表格中的相应栏目中。 师：同学们，你们能把刚才看到的现象分成几类？形状上各有什么特点？ 生：两类：一类能成放大的像；一类能成缩小的像。成放大像的镜片是中间厚边缘薄，成缩小像的镜片是中间薄边缘厚。 师：我们把中间厚边缘薄的透镜叫凸透镜；把中间薄边缘厚的透镜叫凹透镜。 （这里，课件出示6个不同形状的透镜图片，让学生归类，从而增强对于凸透镜和凹透镜的认识） 师：介绍两个概念： 光心：透镜的中心叫光心。 主光轴：通过透镜光心与透镜垂直的叫主光轴。 实验题目：透镜参数的测量 实验目的：了解光源、物、像之间的关系以及球差、色差产生的原因，熟练掌握光具座上各种光学元件的 调节并且测量薄透镜的焦距和透镜的球差和色差 实验原理：1、符号规定 总结为顺光线方向为正，逆光线方向为负。 2、高斯成像公式 设p 为物距，q 为像距，物方焦距为f 1，像方焦距为f 2，则有 11 2=+p f q f 空气中f 2=－f 1=f ，则公式变成f p q 1 11=-。 3、测凸透镜焦距 （1）直接法 测得光线会聚点和透镜 中心的位置x 1、x 2，则f=|x 1-x 2|。 （2）公式法 如图测得p 、q ，利用高 斯公式进行计算。 （3）平面镜反射法 利用平面镜反射在物屏上成清晰的像，从而得到焦距f 。 （4）位移法 当屏与物的距离A>4f 时， 有两个清晰成像的位置， 记两个位置之间的距离为l ，则A l A f 42 2-=。 4、辅助透镜测量凹透镜焦距 凹透镜将实物成虚像，故通过凸透镜成像后，将像作为凹透镜的物，从而在屏上得到实像， 再利用高斯公式计算f 。 5、球差、色差 当透镜的孔径较大时，从轴上一物点发出的光经过球面折射后不再交于轴上一点，引起球 差； 由于透镜对不同波长的光折射率不同，不同颜色的光所成的像的大小、位置都会有所不同， 形成色差。 实验器材：光具座（包括光源、物屏、凸透镜、凹透镜、像屏等器具） 实验内容：1、调整仪器，将各个光学仪器的中心主轴对到一条直线上，调节光源亮度使其适中； 2、用平面镜反射法测量凸透镜焦距，记录相关位置坐标（5次）； 3、用公式法测量凸透镜焦距，记录相关位置坐标（5次）； 4、用位移法测量凸透镜焦距‘记录相关位置坐标（5次）； 5、测量凹透镜焦距（1次）； 6、整理仪器，数据处理。 实验数据： 实验中各次测量数据如下： 1、平面镜反射法测量凸透镜焦距 物点位置坐标x 0：16.0cm 透镜位置坐标（5次）：26.3cm 26.2cm 26.2cm 26.1cm 26.1cm 2、公式法测量凸透镜焦距 物点位置坐标：16.0cm 透镜坐标y ：46.0cm 屏坐标（5次）：60.6cm 60.6cm 60.5cm 60.6cm 60.7cm 3、位移法测量凸透镜焦距 物点位置坐标：16.0cm 屏坐标：66.0cm 透镜成像位置： 大：30.1cm 30.2cm 30.3cm 30.2cm 30.3cm 小：52.6cm 52.7cm 52.6cm 52.5cm 52.5cm 4、测量凹透镜焦距 物点位置：16.0cm 凸透镜位置：32.3cm 凹透镜位置：47.6cm 屏第一次位置：58.6cm 屏第二次位置：75.1cm 数据处理（方便起见，以下数据处理时均取绝对值，正负号直接加在计算式中）： 1、平面镜反射法测量凸透镜焦距 透镜坐标的平均值：cm cm x 18.265 1 .261.262.262.263.26=++++= 26.1?26.18? 那么焦距cm cm cm x x f 2.100.1618.260=-=-= 而透镜坐标的标准差为 cm cm x 084.01 5)18.261.26()18.261.26()18.262.26()18.262.26()18.263.26(2 2222=--+-+-+-+-=σ 又取ΔB =1mm ，那么计算得x 的展伸不确定度为 68.0,054.0)31.01()5 084.014.1()()(222268 .068.0==?+?=?+=P cm cm C k n t U B P x x σ 那么最终结果表示成95.0,)1.02.10(268.0=±=±=P cm U f f x 2、公式法测量凸透镜焦距 凸透镜的成像规律 一．凸透镜所成的像与物体所处位置的变化规律 （1）物体在无穷远处时，像成在焦点上。（无穷远处的物体射向凸透镜的光线可以近似地认为是平行光，平行于主光轴的光线经凸透 镜折射后过焦点，这个点我们可以认为就是无穷 远处的物体通过凸透镜所成像的位置。）（如图1 所示） 实例应用：太阳离我们很远，我们利用太阳 光可以近似地看成平行光来确定凸透镜焦距时， 将凸透镜正对太阳光，在凸透镜的另一侧所看到 的亮点就可以认为是太阳通过凸透镜所成的像。这也是确定凸透镜的焦距比较简便的一种方法。 （2）物体在由无穷远处向二倍焦距处 靠近的过程中，通过凸透镜所成的像由焦点 处向二倍焦距处移动，像是倒立、缩小的实 像，像逐渐变大，但像始终小于物体。（如 图2所示） 实例应用：照相机。当用照相机拍摄远 景时，胶片前移靠近焦点；拍摄近景时，胶片后 移远离焦点。 （3）当物体移动到二倍焦距上时，像也正好 移动到凸透镜另一侧的二倍焦距上，此时像是倒 立、与物体大小相等的实像，此时像和物体的距 离最近。（如图3所示） （4）物体在由二倍焦距处向焦点处移动的 过程中，像由凸透镜另一侧的二倍焦距处向远处 移动，像是倒立、放大的实像。随着物体的移动， 像逐渐远离凸透镜，像同时逐渐变大。（如图4 所示） 实际应用：幻灯机（或投影仪、电影放映机） 将胶片倒插在卡座上，在银幕上可以得到放 大的正立的实像。 （5）当物体移动到焦点上时，像就移动到了无 穷远处。（两条经过凸透镜折射后的光线正、反向都 不相交，故既不成实像，也不成虚像，我们可以认 为此时的像在无穷远处）。 实际应用：将点光源放在焦点上，在凸透镜的 另一侧可以得到一束平行光，某些探照灯就是利用 这个原理制成的。 （6）当物体由焦点处向透镜靠近时，从物体上发出的光线通过凸透镜的折射后变得发散，而在物体的同侧，折射光线的反向延长线可以会聚，形成正立、放大的虚像，在物体移动过程中，物距变小，像距变小，像也随之变小，但此虚像始终大于物体。 第五章：透镜笔记整理必背部分： 一：透镜 1 、透镜的性质：透镜是根据光的折射规律制成的。透镜是由透明物质（如玻璃、水晶等）制成的一种 光学元件。透镜是折射镜，其折射面是两个球面（球面一部分），或一个球面（球面一部分）一个平面的透明体。它所成的像有实像也有虚像。 2、分类：凸透镜：中间厚，边缘薄，有双凸、平凸、凹凸三种； 凹透镜：中间薄，边缘厚，有双凹、平凹、凸凹三种。 3、透镜的相关概念：（1）主光轴：通过镜面所在球心的连线； （2）光心：通过光心的光线不偏折； （3）焦点：对于凸透镜的焦点是折射光线会聚的，对于凹透 镜的焦点是折射光线的反向延长线会聚的。 （4）焦距：焦点到光心的距离，焦距越短，折光能力越强。 4、透镜对光线的作用：如图 （1）凸透镜对光具有会聚作用。 （2）凹透镜对光有发散作用。 注意：A;凸透镜的对光的会聚和凹透镜对光的发散都是相对于入射光线而言的。 B;凸透镜表面越凸，焦距越短，表明会聚作用越强，反之则越弱。 C;凹透镜表面越凹，焦距越短，表明发散作用越强，反之则越弱。 D;透镜对光线的会聚和发散作用是由于光线通过透镜的两个表面发生两次折射造成的。 5、透镜中的三条特殊光线： 凸透镜：（1）通过凸透镜光心的光线传播方向不变； （2）平行于凸透镜主光轴的光线会聚于焦点； （3）通过凸透镜焦点的光线平行于主光轴射出。 凹透镜：（1）通过凹透镜光心的光线传播方向不变； （2）平行于凹透镜主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光 线的反向延长线通过入射光线这一侧的焦点（虚焦点）。 （3）射向凹透镜另一侧焦点的光线经凹透镜折射后的 光线与主光轴平行。 二：凸透镜成像规律： 实验装置：蜡烛、凸透镜、光屏、直尺。 注意事项：烛焰、凸透镜、光屏三者的中心大致在同一高度。 物距：物体到凸透镜的距离；像距：像到凸透镜的距离。 物距像距像的性质像的位置应用 u>2f 2f>v>f 倒立缩小实像异侧照相机 u=2f v=2f 倒立等大实像异侧侧焦距 f 新人教版初二物理透镜部分测试题 一、选择题 1．物体从距凸透镜12 cm处移到距凸透镜20 cm处，调整光屏的位置，总能在光屏上得到倒立放大的像，由此可知此凸透镜的焦距可能是（） A．10 cm B．20 cm C．12 cm D．以上都不对 2．用照相机给家人照相，人与照相机镜头的距离和底片到照相机镜头的距离分别是（）A．大于2f,小于f B．大于2f,小于2f，大于f C．小于2f,大于f，大于2f D．大于f,大于2f 3．测绘人员绘制地图时，常常需要在高空的飞机上向地面照相，称为航空摄影，若要使用航空摄影照相机的镜头焦距为50 mm，则底片到镜头间的距离为（） A．100 mm以外B．50 mm以内C．略大于50 mm D．恰为50 mm 4．放映幻灯时，在屏幕上得到的是幻灯片上图像的（） A．正立放大的虚像B．正立放大的实像C．倒立放大的虚像D．倒立放大的实像 5．用一个凸透镜成像时，下面说法中正确的是（） A．实像总是正立的、虚像总是倒立的B．实像和虚像都可能是放大或缩小的 C．成实像时，物体离凸透镜越近像越大D．成虚像时，物体离凸透镜越近像越大 6．一个物体放在凸透镜前时，在透镜的另一侧距离透镜20 cm的光屏上得到了一个清晰放大的物体的像，若把物体移至透镜前20 cm处，为了仍能在透镜另一侧光屏上得到清晰的像，则光屏的移动方向和所成像的大小为（） A．光屏靠近透镜，成缩小的像B．光屏靠近透镜，成放大的像 C．光屏远离透镜，成放大的像D．光屏远离透镜，成缩小的像 7.李明同学的妈妈发现李明自从上了初中以后，学习比原来更刻苦了，但也发现李明看书时眼睛与书的距离比正常情况越来越近了，请你在下列判断及矫正措施中选出正确的一项向李明同学说明( ) A．李明同学已患上近视眼，需要佩戴用凸透镜制成的眼镜 B．李明同学巳患上近视眼，需要佩戴用凹透镜制成的眼镜 C．李明同学已患上远视眼，需要佩戴用凸透镜制成的眼镜 D．李明同学已患上远视眼，需要佩戴用凹透镜制成的眼镜 8．一个蜡烛位于凸透镜前，调节透镜和光屏位置可在光屏上呈现放大的清晰的像；若保持凸透镜位置不动，将蜡烛和光屏的位置对调一下，则（） A．在光屏上不再呈现像B．在光屏上呈现等大的像 C．在光屏上呈现缩小的像D．在光屏上呈现放大的像 9．小明在探究凸透镜成像规律时，保持凸透镜的位置不变，先后把蜡烛放在a、b、c、d 四点 并分别调整光屏的位置，如图2所示，探究后他总结出下列说法。其中正确的是() A．照像机是利用蜡烛放在a点的成像特点制成的 B．放大镜是利用蜡烛放在b点的成像特点制成的 C．幻灯机是利用蜡烛放在d点的成像特点制成的 D．蜡烛放在b点成的像比它放在c点成的像大 10．人的眼睛象一架照相机，物体射出的光经晶状体折射后成像 于视网膜上，视网膜上成的像是() A.倒立、放大的实像 B.倒立、缩小的实像 C.正立、放大的虚像 D.正立、缩小的虚像 图6屏幕 平面镜 凸透镜 螺纹透镜 物体 自聚焦平面微透镜的光学特性之成像特 性 自聚焦平面微透镜的光学特性之成像特性摘要随着微工程特别是光纤通信的迅猛发展对微小光学器件有巨大需求，微小光学（Microoptics）就是在此背景下发展起来的。本文简单介绍了自聚焦平面微透镜阵列研制的历史背景、巨大的应用价值及光刻离子交换工艺制作。在给出了变折射率透镜元件的折射率分布公式以后，本文主要分析了透镜的近轴光学特性，重点推导了，自聚焦平面微透镜的成像特性，最后简要分析了1下其与1般透镜成像特性的区别。关键字自聚焦平面微透镜折射率分布制作工艺光学特 性成像特性One of the optical characters of gradient index planar microlens---- the imaging characters Pu Rong( Department of physics , Southwest China University ,chongqing , 400715 , China) Abstract In the paper, firstly , the developing backgrounds , the applied value and the photolithographic ion-exchange technique fabrication of gradient index planar microlens are introduced . And then, after presenting the refractive index distributing formula of the, the paper mainly analyze its paraxial properties, the mathematics expressions of the ray trajectory equation in the component of lens and the imaging characters of the gradient index lens are obtain . In the end , the differences between the imaging characters of gradient index lens and the common lens’ are briefly recited .Key words gradient index planar microlens refractive index distribution technique fabrication optical characters imaging characters 1、引言（前言）众所周知，传统光学元器件的尺寸1般都较大，通常都在毫米量级及以上。例如，采用玻璃冷加工技术制作的透镜、棱镜，由于工艺的限制，直径都在1毫米以上，制作直径更小的（如几10微米）透镜，这种工艺1般是不可能的。为了制作微型透镜，就不能采用传统的机械加工方法，而必须采用新发展起来的光学微加工方法。1969年，日本的北野1郎等人，采用离子交换工艺制作出1种新型透镜——径向变折射率透镜（即自聚焦透镜），自聚焦透镜的出现，是高科技高速发展的必然，是发展先进生产力的急需。由于自聚焦透镜具有短焦距、大数值孔径、小尺寸、高分辨率和使用方便等特点，在光信息传输、光信息处理、光纤传感和光计算技术中有广泛应用。而且极大地促进了微工程特别是微小光学的迅猛发展。微小光学（Microoptics）1词是在1983年由日本电气公司的内田祯2首先提出来的。 第15章单透镜设计 15.1 设计任务 设计一个焦距为100mm，相对孔径为1/5的单透镜系统，全视场2ω为10o，物距为无限远，在可见光下工作，选用K5玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 15.2 设计过程 我们新建一个“LENS.ZMX”文件。点击菜单栏中的“文件（File）”，将刚刚新建的文件另存为（Save As...）名为“单透镜设计”的文件，保存类型按默认设置，即文件名称的后缀为“.ZMX”。在屏幕中有一个名为“透镜数据编辑（Lens Data Editor）”的窗口，如图15-1所示。 图15-1透镜数据编辑（Lens Data Editor）窗口 图15-2 General 窗口 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 System→General... 可以打开“General”窗口，如图15-2所示。因为系统的焦距为100mm，相对孔径为1/5，所 以入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）的孔径值（Aperture Value）为100×1/5=20mm。 第二步：输入系统参数——视场 System→Fields... 2为10o，所以ω=5o，0.707ω可以打开“Field Data”窗口，如图15-3所示。因为全视场ω =3.535o, 0.5ω=2.5o, 0.3ω=1.5o。 图15-3 Fields窗口 第三步：输入系统参数——波长范围 点击按钮，或执行命令“System→Wavelengths”，或同时按下快捷键，可以打开“Wavelength Data”窗口，如图15-4所示。我们可以直接输入波长的数值，也可以 选用“F,d,C[Visible]”，点击按钮即可选中，再点击按钮确定。主波长（Primary）选中0.58756180μm。注意：可以在“X-Feild”列输入视场数据，也可以在“Y-Feild”列输入视场数据，但是最大视场值为半视场ω而不是全视场2ω。 图15-4 Wavelengths 窗口 第四步：输入“透镜数据编辑（Lens Data Editor）”的窗口中的数据 如图15-1，系统中有三个表面（Surface），从上到下依次是OBJ、STO和IMA。OBJ就是物面（Object Plane），STO即孔径光阑（Aperture Stop）的意思，但STO不一定就是光照 1.照相机 2.投影仪 3.放大镜 1.探究凸透镜成像规律 第2节生活中的透镜 第1节透镜 第3节 凸透成像的规律 1.凸透镜和凹透镜 2.透镜对光的作用 3.焦点和焦距 第 五 章 透 镜 （1）凸透镜:中间____，边缘_____的透镜； （2）凹透镜:中间____，边缘_____的透镜； （3）光心（O ）：薄透镜的________,特点：通过光心的光线传播方向__________. （4）主光轴（CC `）:通过两球面_______的直线（画成虚线） (1)凸透镜对光作用 （会聚） (2)凹透镜对光作用（发散） ①平行于主光轴的光线，经凸透镜折射后______________； ②从焦点发的光线，经凸透镜折射后__________________； ③射向光心的光线，传播方向___________。 ①平行于主光轴的光线，经凹透镜折射后______________，其发散光线的反向延长线________虚焦点； ②射向异侧虚焦点的光线，经凹透镜折后_______________； ③射向光心的光线，传播方向___________。 o F F o F F o F F o F F o F F o F F （1）焦点（F ）：平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚于一点，该点叫做焦点；凸透镜焦点是____焦点，有____个；凹透镜焦点是_____焦点，有______个 （2）焦距（f ）：焦点到光心的距离。焦距越小对光会聚作用_____（3）焦距测量方法：____________ （1）成像特点（1）照相机成____________;（2）像距______物距;（3）像与物体位于凸透镜的________。 （2）照相像的使用特点：像距越小，像越____；像距越大，像越_____。镜头往前伸，像距变____像也变____；镜头往后缩，像距变____像也变____ （1）成像特点：1．投影仪（或幻灯机）成____________； 2．像距______物距； 3．像与物体位于凸透镜的_______ （2）照相像的使用特点：A 为获得正立图像，幻灯片应______放置；B.平面镜的作用：改变光的____________；C.如何使图像变大或变小_________ （1）放大镜成像特点：1．放大镜成________________。 2．像与物体位于凸透镜的_________。 （2）物体越是靠近放大镜焦点，像就越__________ （1）实验器材：凸透镜、蜡烛、光屏、火柴、光具座（凸透镜在中间） （2）实验注意：A.凸透镜必须安装在_____和______中间；B.调节蜡焰、凸透镜、光屏三者中心在___________; C.物距（u ）和像距（v ）按刻度读数规则来读，需要估读到_______；D.若用不透明纸板将透镜遮挡一部分， 光屏也能成_______,只是图像变_______。 （3）基本概念：A.光心（0）_____；特点_______；B.焦点（F ）_______；C.焦距（f ）________； D.2倍焦距_______； E.物距(u). ______________；F.像距（v ）_____________ （4）实验装置图： o F F o F F 透镜对非特殊光线作用：光线经透镜后____沿直线传播，总 是往_____的方向偏折，所以光线经凸透镜折射后____主轴偏 折（会聚）；光线经凹透镜后折射后______主轴偏折（发散）。 凸透镜和凹透镜的特点及对光线的作用（人教 版） 一、单选题(共12道，每道6分) 1.如图所示的两个透镜( ) A.都是向右凸出的，都是凸透镜 B.都是向右凹进的，都是凹透镜 C.a是凸透镜，b是凹透镜 D.b是凸透镜，a是凹透镜 2.取一段铁丝，绕制一个内径约为3mm左右的圆环，如图所示。将圆环在清水中浸一下，圆环上布满水膜，此时辨别水膜相当于“凸透镜”还是“凹透镜”的最可靠方法是( ) A.用手摸 B.透过水膜看物体 C.用强光照射 D.用刻度尺测量 3.下列说法正确的是( ) A.凸透镜对光有会聚作用，因此通过凸透镜的光都一定会聚在焦点上 B.凸透镜有一个焦点，凹透镜有两个焦点 C.不论是凸透镜还是凹透镜，经过透镜光心的光线方向不改变 D.光线经过凹透镜后一定不可能相交于一点 4.下列说法中正确的是( ) A.焦距大的凸透镜比焦距小的凸透镜聚光程度好 B.焦距小的凸透镜比焦距大的凸透镜聚光程度好 C.材料相同、直径相同的凸透镜，形状越凸，焦距越小 D.材料相同、直径相同的凸透镜，形状越凸，焦距越大 5.光通过透镜的光路如图所示，正确的图是( ) A. B. C. D. 6.放在凸透镜主轴上焦点以内的点光源S发出的光，通过凸透镜后的光路如图所示。则下列说法正确的是( ) A.凸透镜有时可以对光线起发散作用 B.凸透镜只对平行于主光轴的光线起会聚作用 C.通过凸透镜后的光线是发散的，因为凸透镜的作用是对光线起发散作用 D.通过凸透镜后的光线发散程度比原来小，仍然是会聚的一种现象 7.如图中画出了光线通过透镜（图中未画出）的情形，其中凸透镜是( ) A.a B.b、d C.c D.a、b、c、d 8.如图，是小明同学画的一条通过凸透镜后折射的光线光路图，错误的是( ) 透镜中心厚度的在线非接触测量系统 摘要：透镜中心厚度检测是透镜生产中的一个重要环节，传统的方法是采用接触式测量法，这种检测法精度低、耗时长、容易划伤透镜并且无法实现实时在线测量。本文设计了一种基于激光三角法测距原理的透镜中心厚度检测系统，该系统是一种新型的非接触测量系统，测量精度高，并且实现了生产线上的实时测量。论文首先介绍了激光三角法测距的基本原理，其次介绍了透镜中心厚度检测系统的结构组成，系统采用精密的四维调整台和改进的激光三角探头对透镜中心进行精确定位，定位精度可以达到亚微米级，系统用两个性能指标完全一样的激光三角探头进行测量，达到了较好的测量效果，测量范围为0.5~20mm。最后，论文通过对系统的误差来源进行分析，得出了系统的测量精度，透镜中心厚度检测系统的测量精度≤5 m。关键词：非接触测量，激光三角法，透镜中心厚度检测 Abstract:Lens center thickness detection is an important part in the production of lens, the traditional method is the contact measurement which has a low accuracy, time-consuming, easy to scratch the lens and can not achive real-time and on-line measurement.Based on the principle of laser triangulation rangefinder we designed a lens center thickness detection system in the paper, which is a new non-contact measurement system with high accuracy and a real-time measurement on the lens production. First, the paper introduces the basic principle of the laser triangulation ranging. Second, the paper describes the structure of the lens center thickness detection system, which uses the precision four-dimensional adjustment platform and the improved laser triangulation probes to achieve precision positioning of the lens centre, therefore the positioning accuracy can be reached sub-micron. The system uses two laser triangulation probes with the entirely same technical indicators to measure and achieves a better measurement result. The measurement range reaches 0.5~20mm. Finally, the paper analysis the source of the error, the precision of the lens center thickness detection system reaches≤5mm. Key words: Non-contact measurement, Laser triangulation, Thickness of lens center testing 引言 透镜是光学系统中最基本的元件，现代光学仪器要求具有非常高的成像质量，这就对透镜的加工质量提出了很高的要求，加工出来的透镜必须严格限制在公差范围内。在透镜的生产过程中，透镜中心厚度是一个很重要的参数，它对透镜的焦距和曲率半径都有影响，关系着成像质量的好坏，因此需要在生产线上实现对透镜中心厚度的自动、实时检测，这对于提高生产效率，减小测量误差，保障透镜质量具有重要意义。传统的透镜中心厚度检测方法是采用接触式测量或者是利用干涉法测量，采用接触式测量需要将检测头与透镜相接触，这很容易对透镜造成划伤，而且接触式测量很难准确找到透镜的中心位置，因此测量的精度也比较低；而干涉法测量虽然能达到较高的测量精度，但是容易受到周围空气的扰动，测量的稳定较差[1]。 本文设计了一种基于激光三角法的透镜中心厚度检测系统，系统采用两个高精度的激光三角位移传感器和PZT驱动的精密四维调整台，可以快速准确的对透镜中心进行定位，而且也保证了测量具有很高的精度，该系统属于非接触式测量，与传统的透镜中心厚度检测方法相比较具有测量精度高、测量速度快、实时在线测量的优点[2]，并且不会对透镜表面造成划伤。 1.激光三角法测量原理透镜
透镜参数的测量
透镜及其应用知识点总结
《透镜》教案
透镜参数的测量(已批阅)
凸透镜的成像规律(系统归纳)
★5透镜笔记整理
(完整)新人教版初二物理透镜部分测试题(附答案)
自聚焦平面微透镜的光学特性之成像特性(精)
透镜设计练习(单透镜双胶合)要点
初中物理第五章：《透镜知识》结构图
凸透镜和凹透镜的特点及对光线的作用(人教版)
透镜中心厚度检测 (3)