光是一種電磁波，具有波動和微粒兩重性。幾何光學是撇開光的波動性，僅以光的直線傳播性質為基礎，研究光在透明介質中的傳播問題。
第一節基本概念
一、光的基本性質
（一）發光體和發光點
所有本身能發光的物體，稱為發光體或光源。如太陽、電燈。不考慮發光體的大小時，可將其視為發光點或點光源，以下討論中提到的光源，即常指點光源。
（二）光波和光速
光作為一種電磁波，有一定的波長，故又光波。
人眼可見的光波稱為可見光，其波長範圍為380~760nm，
在電磁波譜中的位置見圖2-1-1。在可見光區域之外的
兩端為紫外光區（小於380 nm一端）和紅外光區（大於
760 nm一端），人眼不能見。單一波長的光具有特定的
顏色，稱為單色光。幾種單色光混合後產生的光稱為復
色光。陽光即是一種複色光
不同波長的光波在真空中均以完全相同的速度傳播，每秒
為30萬千公尺。光波在不同密度介質中的傳播速度不同，
均比在真空中要小。如空氣中的光速較小，但近似於真
空中的光速圖2-1-1 可見光在電磁波譜中的位置聯（三）光線和光束
幾何光學在研究光的傳播時，並不把光當作電磁波來研究波動的能量傳播問題，而只看作是簡單的光線傳播，即把「光線」看成是無直徑、無體積、有一定方向的幾何線條，用來表示光能傳播的方向。
有一定關係的一些光線集合起來，稱為光束。由一發光點發出的光束，稱為散光束。發光點或會聚點在無窮遠時，光束中的所有光線互相平行，稱為平行光束。
這些都屬於同心光束。而當光束中的光線既不相交於一點又不互相平行時，稱為像散光束。
二、光的基本定律和原理
（一）直線傳播定律
1、定律：均勻介質中，光是沿著直線傳播的。
2、注意：本定律只在一定條件下成立，如：在不均勻的介質中光線將發生彎曲；光線遇到直徑接近光波波長的小孔時將發生衍射現象而偏離直線。
（二）獨立傳播定律
定律：來自不同方向的光線相遇時互不影響，仍朝各自的方向前進。
注意：本定律只適用於不同光源發出的光。如光線自同一光源發出後分為兩束光，傳播後相交，可發生干涉現象。
（三）反射定律和折射定律
名詞解釋：
（1）入射光線：指從光源投向分界面上光線投射點之間的一段光線。
（2）反射光線：指一束光線到達兩種介質的分介面時，從分介面反射回到原來介質的一部分光線。
（3）折射光線：指一束光線到達兩種介質的分介面時，通過分介面射入第二種介質的一部分光線。
（4）法線：在光線投射點與分介面垂直的直線。
（5）入射角：指入射光線與法線之間的夾角。
（6）反射角：指反射光線與法線之間的夾角。
（7）折射角：指折射光線與法線之間的夾角。（見圖2-1-2）
圖2-1-2 反射定律與折射定律
2.反射定律：入射光線與反射光線分居法線兩側，且與法線在同一平面內，入射角等於反射角。即i=i』
3.折射定律：入射線、折射線與法線在同一平面內，入射角正弦與折射角正弦之比，等於第二種介質的折射率（n』）與第一種介質的折射率（n）之比。
即，sini/sini』=n』/n
（四）光路可逆原理
沿著一定線路傳播的一條光線，可以沿原路從相反方向返回通過發光點。
三、符號規則
（一）符號
兩個相交的球面分別以c1和c2為中心，以r1 和r2為半徑，
通過c1和c2的連線稱為光軸，兩球面與光軸在a1和a2點相交，
稱a1為前頂點，a2為後頂點。a1至a2的距離即該透鏡的中心
厚度t。見圖2-1-3
（二）光學符號規則
圖2-1-3 符號
本書採用卡笛生系統(cartesian),假定所有光線從左到右進行。
1．所有光線自透鏡向左度量的距離為負，向右度量的距離為正。
2．所有光線自光軸向下度量的距離為負，向上度量的距離為正。
3．所有角度自光線轉向光軸度量，順時針為負，逆時針為正。見圖2-1-4。
圖2-1-4 光學符號規則
第二節透鏡及成像
一、透鏡
（一）概述
1．凸透鏡和凹透鏡
由兩個折射面構成的透明介質稱為透鏡。兩個折射面可以都是球面，或者一面是球面，另一面是平面。**比邊緣厚的透鏡稱為凸透鏡，也稱正透鏡、會聚透鏡。
**比邊薄的透鏡稱為凹透鏡、發散透鏡。見圖2-2-1
圖2-2-1凸透鏡和凹透鏡
2．會聚作用和發散作用
在光路中，凸透鏡能使平行光線會聚於透鏡後一點（f」，第二焦點），故又稱會聚透鏡。凹透鏡能使平行光線發散，使光線好像是從透鏡前一點（f』，第二焦點）發出，故又稱發散透鏡。見圖2-2-2和圖2-2-3。
（二）透鏡屈光力單位
1.屈光度
透鏡屈光力大小的單位為屈光度（diopter,簡寫為d）。屈光度是以透鏡焦距（單位為公尺）的倒數來表示的。表示式的屈光度d=1/f，其中f為焦距（單位為公尺）。
例：焦距2公尺的透鏡，其屈光度為1/2=0.5d。
2．屈光度表示法
（1）1/4系統：以1/4d為間距，保留兩位小數 ±0.25d 、±0.50d、±0.75d、±1.00d
（2）1/8系統:以1/8d為間距，保留兩位小數±0.12d、±0.
25d、±0.37d 、±0.50d ±0.
62d、 ±0.75d 、±0.87d、±1.
00d注意:當±0.12d、±0.
37d 、±0.62d、 ±0.87 d等相加時應將尾數捨去的「0.
005」計算在內，如：+0.12+0.
12應為0.25，而不是0.24。
圖2-2-2凸透鏡的會聚作用圖2-2-3凹透鏡的發散作用
二、透鏡成像
當透鏡的兩個折射面為同軸球面，且將透鏡的厚度看成接近零（薄透鏡）、並透鏡置於空氣中時，可以大大簡化透鏡成像公式。
當某一薄透鏡的折射率為n時，物體通過該透鏡的成像關係式為1/像距-1/物距=1/焦距
稱為高斯透鏡公式。見圖2-2-4及圖2-2-5。`
圖2-2-4凸透鏡成像圖2-2-5凹透鏡成像
式中：「像距」為像點至透鏡的距離，圖中以i』表示。
「物距」為物點至透鏡的距離，圖中以i表示。
「焦距：為焦點至透鏡的距離，圖中以f』表示。
例：如果物距和像距分別為90cm和45 cm，那麼該透鏡的焦距是多少？
解據符號規則，物距90為負，像距45為正。又據高斯透鏡公式，得到：1/45-（-1/90）=1/f，所以f=30cm，為正焦距，表示該透鏡為正透鏡。
第三節三稜鏡
一、稜鏡和稜鏡效果
（一）稜鏡
1．定義：兩個平面相交形成的三角形透明柱稱為透鏡。
2．名詞解釋：
（1）稜：兩個平面相交的線稱為稜，又稱頂；
（2）頂角：兩個平面相交的角稱為頂角；
（3）底：與頂角相對有一面稱為稜鏡的底；
（4）底頂線：垂直於底和稜的線稱為底頂線；
（5）主切面：與底線和兩個平面垂直的切面稱為主切面，通常以其代表乙個稜鏡。
（二）稜鏡的光學特性
稜鏡能改變光束的方向而不改變其聚散度。
（三）稜鏡的效果
通過稜鏡，能使物像看起來向稜鏡頂的方向移動。見圖2-3-1。
圖2-3-1 稜鏡的效果
二、稜鏡的標誌
稜鏡的標記就是記錄稜鏡底所在位置。如果是上下內外，可以標記為底朝上（bu）、底朝下（bd）、底朝內（bi）、底朝外（bo）。當稜鏡底在斜方向時，常用下列兩種方法標記。
（一）老式英國標記法將眼分為四個象限：上內、上外、下內、下外。以標準標記法標出稜鏡底的方向，見圖2-3-2。
（二）新式英國標記法將眼分為上下兩個半圓，也以標準標記法標出稜鏡底的方向，見圖2-3-2。
圖2-3-2 老式英國標記法
圖2-3-3 新式英國標記法
練習題1． 何為法線、入射光怪陸離線、反射光線和折射光線？
2． 簡述光線的反射定律和折射定律。
3． 試述光線的符號規則。
4． 何為透鏡會聚作用和發散作用。
5． 試述薄透鏡的像距和、物距和焦距的關係。
6． 試述稜鏡的光學特性和效果。
應用光學第二章總結
第二章總結 宗旨 由物的位置和大小求像的位置和大小。物的位置 l，u 系統引數 n n r 像的位置 l u 物像關係式，公式 2 1 2 5 近軸物像關係式 2 6 2 10 近軸光路的另一種表示形式 2 11 物像位置關係式 2 12 2 13 轉面公式 2 14 物像大小關係式 2 15 基平...
第二章立體幾何小結
5 證明線面平行的方法 線面平行的定義 線面平行的判定理 數學符號 面面平行的性質定理補充定理 兩平面平行，其中乙個平面內的任意直線平行與另乙個平面。數學符號 6 證線面相交得方法 定義法 反證法 7 證面面平行的方法 面面平行的定義即兩個平面沒有公共點。面面平行的判定定理 數學符號 面面平行的判定...
第二章解析幾何初步 A
時間 120分鐘滿分 150分 一 選擇題 本大題共12小題，每小題5分，共60分 1 下列敘述中不正確的是 a 若直線的斜率存在，則必有傾斜角與之對應 b 每一條直線都有唯一對應的傾斜角 c 與座標軸垂直的直線的傾斜角為0 或90 d 若直線的傾斜角為 則直線的斜率為tan 2 如果直線ax 2y...