工程光學(xué)教案

附件四教案課程名稱工程光學(xué)任課教師XXX課程類型專業(yè)課教學(xué)對(duì)象測(cè)控專業(yè)方案學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)單元第二章理想光學(xué)系統(tǒng)教學(xué)章節(jié)第五節(jié)第二局部理想光學(xué)系統(tǒng)的組合——多光組組合計(jì)算教學(xué)目標(biāo)1、掌握多光組組合計(jì)算方法——正切計(jì)算法；2、準(zhǔn)確運(yùn)用正切計(jì)算法分析實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中的成像問(wèn)題；3、掌握典型光學(xué)系統(tǒng)的成像特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)正切計(jì)算法的運(yùn)用教學(xué)難點(diǎn)正切計(jì)算法公式的推導(dǎo)教學(xué)方法講授法、練習(xí)法教學(xué)用具教鞭、多媒體、板書教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)及其時(shí)間安排教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)意圖1、導(dǎo)入主題〔共5分鐘〕2、展開闡述〔共40分鐘〕3、深入研討，舉例講解〔共35分鐘〕留給學(xué)生練習(xí)〔共10分鐘〕結(jié)合例題闡述兩種典型光學(xué)系統(tǒng)各自的特點(diǎn)。4、總結(jié)提高〔共10分鐘〕一、以課堂互動(dòng)的方式與學(xué)生共同回憶上節(jié)課內(nèi)容并導(dǎo)入新課。上次課我們學(xué)習(xí)了第五節(jié)的第一局部——兩個(gè)光組的組合分析，主要包括焦點(diǎn)、主點(diǎn)的位置，以及焦距的求解，涉及到很多公式，需要大家牢記。顯然，當(dāng)光組數(shù)目多于兩個(gè)時(shí)，我們?cè)傺赜眠@種合成方法，就不實(shí)用了；不僅過(guò)程繁雜，容易出錯(cuò)，而且計(jì)算公式將很復(fù)雜，十分不方便。那么這節(jié)課我們將介紹一種基于光線投射高度和角度追跡計(jì)算來(lái)求組合系統(tǒng)的方法，這種方法稱作正切計(jì)算法。二、講授新課〔一〕正切計(jì)算法公式的推導(dǎo)前面我們學(xué)過(guò)，平行于光軸的光線，經(jīng)系統(tǒng)后必經(jīng)過(guò)像方焦點(diǎn)；對(duì)于多個(gè)光組組合而成的系統(tǒng)而言，這點(diǎn)仍然滿足；也就是說(shuō)，用一條投射高度為h1的平行于光軸的入射光線照射第一個(gè)光組，經(jīng)過(guò)k個(gè)光組組成的系統(tǒng)后，其出射光線與光軸的交點(diǎn)就是該系統(tǒng)的像方焦點(diǎn)，如圖2-27所示。延長(zhǎng)入射光線與出射光線，使其相交于一點(diǎn)。過(guò)該點(diǎn)作與光軸垂直的平面，這個(gè)平面就是系統(tǒng)的像方主平面。像方主平面與光軸的交點(diǎn)就是系統(tǒng)的像方主點(diǎn)。從像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)的距離就是該系統(tǒng)的像方焦距。圖2-27組合系統(tǒng)的焦距從圖中可以得出，，為入射光線在第一個(gè)光組主面上的投射高度，是指光線經(jīng)過(guò)k個(gè)光組后的出射光線與光軸的夾角，就是這個(gè)組合系統(tǒng)的像方焦距。從公式來(lái)看，要求，就需要知道和的比值。具體過(guò)程就是給定一個(gè)，找出與其對(duì)應(yīng)的，從而得到。對(duì)于任意一個(gè)單獨(dú)的光組來(lái)講，都滿足高斯公式。等式兩邊同時(shí)乘上光線在該光組主面上的投射高度，以第i個(gè)光組為例，就有如下公式：推導(dǎo)得出：利用過(guò)渡公式和得到光線在相鄰兩個(gè)光組上的投射高度之間的關(guān)系為：利用這些公式就可以求出。具體我們以3個(gè)光組的組合系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。任取，令，那么有：即求得多光組組合系統(tǒng)的焦距。三、典型例子例1遠(yuǎn)攝型光組一光組由兩個(gè)薄光組組合而成，如圖2-28所示。第一個(gè)薄光組的焦距，第二個(gè)薄光組的焦距，兩光組的間隔。求組合光組的焦距，組合光組的像方焦點(diǎn)的位置及像方主面位置，并比擬筒長(zhǎng)與的大小。利用正切計(jì)算法，設(shè)，有：所以：圖2-28遠(yuǎn)攝型光組顯然，此組合光組的焦距大于筒長(zhǎng)。在長(zhǎng)焦距鏡頭中往往采用這種組合方式，其特點(diǎn)就在于筒長(zhǎng)比焦距短，使得整體比擬輕巧。此類組合光組通常稱為遠(yuǎn)攝型光組。例2反遠(yuǎn)距型光組一光組由兩個(gè)薄光組組合而成，如圖2-29所示。第一個(gè)薄光組的焦距，第二個(gè)薄光組的焦距，兩光組的間隔。求組合光組的焦距，并比擬筒長(zhǎng)與的大小。圖2-29反遠(yuǎn)距性型光組那么接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們自己思考，并動(dòng)筆完成這道例題?！彩昼娨院螅私鈱W(xué)生完成情況〕利用正切計(jì)算法，設(shè)，有：所以：此組合光組的焦距比工作距要短，通常稱為反遠(yuǎn)距型，意為其結(jié)構(gòu)與遠(yuǎn)攝型光組相反。這非常有利于在系統(tǒng)后面安放其他光學(xué)元件。上述光組組合的兩個(gè)例子談到了遠(yuǎn)攝型和反遠(yuǎn)距型光組各自的特點(diǎn)，下面將等焦距的這兩種組合形式畫在同一張圖上，更能一目了然地看到他們的區(qū)別所在，如圖2-30所示。圖2-30焦距相等的遠(yuǎn)攝型與反遠(yuǎn)距型比擬五、總結(jié)提高回憶以往所學(xué)知識(shí)及其局限性，引入新方法來(lái)解決多光組組合系統(tǒng)的成像問(wèn)題。通過(guò)課堂講授、實(shí)例分析、學(xué)生練習(xí)及討論等方式，使同學(xué)們深刻理解并掌握正切計(jì)算法，并能夠正確運(yùn)用這種方法解決多光組組合系統(tǒng)的成像問(wèn)題。激發(fā)學(xué)生熱情，并串聯(lián)課程的上下節(jié)進(jìn)入新課程的講授，對(duì)本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行展開使用具體實(shí)例進(jìn)行較為詳細(xì)的解析，可使同學(xué)們更好地理解和掌握正切計(jì)算法。通過(guò)綜合實(shí)例的講解，升華本節(jié)課所學(xué)習(xí)內(nèi)容。例1采用講授法，由老師主講，引導(dǎo)學(xué)生掌握解題方法。例2采用練習(xí)法，與學(xué)生互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性；老師巡視幾圈，及時(shí)解決學(xué)生的困惑，更加有效地幫助學(xué)生掌握本節(jié)課的內(nèi)容。以討論的方式與學(xué)生共同回憶本節(jié)課的內(nèi)容。作業(yè)設(shè)計(jì)第二章