光學(xué)透鏡?凸透鏡成像規(guī)律就是:物體放在焦點(diǎn)之外,在凸透鏡另一側(cè)成倒立的實(shí)像,
實(shí)像有縮小、等大、放大三種。物距越小,像距越大,實(shí)像越大。物體放在焦點(diǎn)之內(nèi),
在凸透鏡同一側(cè)成正立放大的虛像。物距越大,像距越大,虛像越大。凹透鏡對(duì)光線起發(fā)散作用, 它的成像規(guī)律則要復(fù)雜得多。
一、實(shí)像與虛像
在光學(xué)中,由實(shí)際光線匯聚成的像,稱為實(shí)像,能用光屏承接;反之,則稱為虛像,只能由眼睛感覺。有經(jīng)驗(yàn)的物理老師,
在講述實(shí)像和虛像的區(qū)別時(shí),往往會(huì)提到這樣一種區(qū)分方法:“實(shí)像都是倒立的,而虛像都是正立的?!彼^“正立”和“倒立”,
當(dāng)然是相對(duì)于原物體而言。
平面鏡、凸面鏡和凹透鏡所成的三種虛像,都是正立的;而凹面鏡和凸透鏡所成的實(shí)像,以及小孔成像中所成的實(shí)像,
無一例外都是倒立的。當(dāng)然,凹面鏡和凸透鏡也可以成虛像,而它們所成的兩種虛像,同樣是正立的狀態(tài)。
那么人類的眼睛所成的像,是實(shí)像還是虛像呢?我們知道,人眼的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡,那么外界物體在視網(wǎng)膜上所成的像,
一定是實(shí)像。根據(jù)上面的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,視網(wǎng)膜上的物像似乎應(yīng)該是倒立的??墒俏覀兤匠?匆姷娜魏挝矬w,明明是正立的???
這個(gè)與“經(jīng)驗(yàn)規(guī)律”發(fā)生沖突的問題,實(shí)際上涉及到大腦皮層的調(diào)整作用以及生活經(jīng)驗(yàn)的影響。
當(dāng)物體與凸透鏡的距離大于透鏡的焦距時(shí),物體成倒立的像,當(dāng)物體從較遠(yuǎn)處向透鏡靠近時(shí),像逐漸變大,像到透鏡的距離也逐漸變大;
當(dāng)物體與透鏡的距離小于焦距時(shí),物體成放大的像,這個(gè)像不是實(shí)際折射光線的會(huì)聚點(diǎn),而是它們的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn),用光屏接收不到,
是虛像??膳c平面鏡所成的虛像對(duì)比(不能用光屏接收到,只能用眼睛看到)。
當(dāng)物體與的距離大于焦距時(shí),物體成倒立的像,這個(gè)像是蠟燭射向凸透鏡的光經(jīng)過凸透鏡會(huì)聚而成的,是實(shí)際光線的會(huì)聚點(diǎn),
能用光屏承接,是實(shí)像。當(dāng)物體與透鏡的距離小于焦距時(shí),物體成正立的虛像。
二、凸透鏡
凸透鏡成像規(guī)律
(1)二倍焦距以外,倒立縮小實(shí)像;
一倍焦距到二倍焦距,倒立放大實(shí)像;
一倍焦距以內(nèi),正立放大虛像;
成實(shí)像物和像在凸透鏡異側(cè),成虛像在凸透鏡同側(cè)。
(2)一倍焦距分虛實(shí)
兩倍焦距分大小
物近像遠(yuǎn)像變大
物遠(yuǎn)像近像變小
物體到透鏡的距離u | 像的大小 | 像的正倒 | 像的虛實(shí) | 像的位置 | 像到透鏡的距離v | 應(yīng)用實(shí)例 |
u>2f | 縮小 | 倒立 | 實(shí)像 | 與物異側(cè) | 2f>v>f | 照相機(jī) |
u=2f | 等大 | 倒立 | 實(shí)像 | 與物異側(cè) | v=2f | 測(cè)焦距 |
2f>u>f | 放大 | 倒立 | 實(shí)像 | 與物異側(cè) | v>2f | 幻燈機(jī) |
u=f | —— | —— | —— | —— | —— | |
u<f | 放大 | 正立 | 虛像 | 與物同側(cè) | —— | 放大鏡 |
為了研究各種猜想,人們經(jīng)常用光具座進(jìn)行試驗(yàn)。
蠟燭的燭芯,凸透鏡,光屏應(yīng)盡量保持在同一高度上。
(3)凸透鏡成像還滿足1/v+1/u=1/f
利用透鏡的特殊光線作透鏡成像光路:
①、物體處于2倍焦距以外
②、物體處于2倍焦距和1倍焦距之間
③、物體處于焦點(diǎn)以內(nèi)
④、凹透鏡成像光路
實(shí)驗(yàn)研究凸透鏡的成像規(guī)律是:當(dāng)物距在一倍焦距以內(nèi)時(shí),得到正立、放大的虛像;
在一倍焦距到二倍焦距之間時(shí)得到倒立、放大的實(shí)像;在二倍焦距以外時(shí),得到倒立、縮小的實(shí)像。
透鏡成像滿足透鏡成像公式:
對(duì)于實(shí)像來說:1/u+1/v=1/f
對(duì)于虛像來說:1/u-1/v=1/f原理應(yīng)用鏡頭就是一個(gè)凸透鏡,要照的景物就是物體,膠片就是屏幕
照射在物體上的光經(jīng)過漫反射通過凸透鏡將物體的像成在最后的膠片上,膠片上涂有一層對(duì)光敏感的物質(zhì),
它在曝光后發(fā)生化學(xué)變化,物體的像就被記錄在膠卷上。至于物距、像距的關(guān)系與凸透鏡的成像規(guī)律完全一樣,
當(dāng)物體靠近時(shí),像越來越遠(yuǎn),越來越大,最后再同側(cè)成虛像。物距增大,像距減小,像變??;物距減小,像距增大,像變大。
三、凹透鏡
凹透鏡成像規(guī)律
對(duì)于薄凹透鏡:當(dāng)物體為實(shí)物時(shí),成正立、縮小的虛像,像和物在透鏡的同側(cè);
當(dāng)物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距(指絕對(duì)值)以內(nèi)時(shí),成正立、放大的實(shí)像,像與物在透鏡的同側(cè);
當(dāng)物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距(指絕對(duì)值)時(shí),成像于無窮遠(yuǎn);
當(dāng)物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距以外兩倍焦距以內(nèi)(均指絕對(duì)值)時(shí),成倒立、放大的虛像,像與物在透鏡的異側(cè);
當(dāng)物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為兩倍焦距(指絕對(duì)值)時(shí),成與物體同樣大小的虛像,像與物在透鏡的異側(cè);
當(dāng)物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為兩倍焦距以外(指絕對(duì)值)時(shí),成倒立、縮小的虛像,像與物在透鏡的異側(cè)。
如果是厚的彎月形凹透鏡,情況會(huì)更復(fù)雜。當(dāng)厚度足夠大時(shí)相當(dāng)于伽利略望遠(yuǎn)鏡,厚度更大時(shí)還會(huì)相當(dāng)于正透鏡。
原理應(yīng)用:
近視眼鏡是凹透鏡;凹透鏡對(duì)光線起發(fā)散作用,成一個(gè)正立、縮小的虛像,像物同側(cè),v<u物近像近像變大,物遠(yuǎn)像遠(yuǎn)像變小
四、凹透鏡與凸透鏡的區(qū)別
⑴結(jié)構(gòu) 凸透鏡是由兩面磨成球面的透明鏡體組成
凹透鏡是由兩面都是磨成凹球面透明鏡體組成
⑵對(duì)光線的作用 凸透鏡主要對(duì)光線起會(huì)聚作用
凹透鏡主要對(duì)光線起發(fā)散作用
⑶成像性質(zhì) 凸透鏡是折射成像,成的像可以是 正、倒;虛、實(shí);放、縮,起聚光作用
凹透鏡是折射成像只能成縮小的正立像,起散光作用
凸面鏡是反射成像;凹面鏡是反射成像
透鏡(包括凸透鏡)是使光線透過,使用光線折后成像的儀器,光線遵守折射定律;
面鏡(包括凸面鏡)不是使光線透過,而是反射回去成像的儀器,光線遵守反射定律。
凸透鏡可以成倒立放大、等大、縮小的實(shí)像或正立放大的虛像??砂哑叫泄鈺?huì)聚于焦點(diǎn),
也可把焦點(diǎn)發(fā)出的光線折射成平行光。凹面鏡只能成正立縮小的虛像,主要用擴(kuò)大視野。