凸透鏡是一種常見的透鏡,中間厚、邊緣薄,至少有一個表面製成球面,亦可兩面都製成球面。
外型:
- 中間厚邊緣薄,因此能夠會聚光線
- 成像會因位置不同,而有不同的像
- 分為雙凸、平凸及凹凸透鏡三種
- 主軸:通過凸透鏡兩個球面球心C1、C2的直線叫凸透鏡的主光軸,簡稱主軸。
- 光心:凸透鏡的中心O點是透鏡的光心。
- 焦點:平行於主軸的光線經過凸透鏡後會聚於主光軸上一點F,這一點是凸透鏡的焦點。
- 焦距:焦點F到凸透鏡光心O的距離叫焦距,用f表示。
- 物距:物體到凸透鏡光心的距離稱物距,用u表示。
- 像距:物體經凸透鏡所成的像到凸透鏡光心的距離稱像距,用v表示。
凹透鏡(Negative lens)是透鏡的一種,對光有發散光線的功用,因此常被作成近視眼鏡。
- 中間薄邊緣厚,因此能夠發散光線
- 成像因此較小,視野較廣
- 分為雙凹、平凹及凸凹透鏡三種
能夠利用凹透鏡製成近視眼鏡。 陽光通過凹透鏡後不能匯聚在一點上,光線會被發散開來。
透鏡的種類:
1.凸透鏡:中央部分較厚,邊緣部分較薄的透鏡,稱為「凸透鏡」。有(a)雙凸透鏡、(b)平凸透鏡、(c)凹凸透鏡三種。
2.凹透鏡:中央部分較薄,邊緣部分較厚的透鏡,稱為「凹透鏡」。有(d)雙凹透鏡、(e)平凹透鏡、(f)凸凹透鏡三種。
透鏡的焦點及焦距
1.凸透鏡的焦點:凸透鏡可使正向入射的平行光線,會聚於一點,此點稱為凸透鏡的焦點
2.凹透鏡的焦點:凹透鏡可使正向入射的平行光線發散開來,但是若將發散的光線向反方向延伸,仍會相交於一點,此點稱為凹透鏡的焦點
(a) 平行光線經凸透鏡折射後,會聚於焦點。
(b) 平行光線經凹透鏡折射後,光線發散,但其延長線則相交於一點,此點稱為凹透鏡的焦點。
【註】1.凸透鏡的焦點是由實際折射光線聚集而成,故稱為實焦點。凹透鏡的焦點並非實際折射光線聚集而成,故稱為虛焦點。
2.光路的可逆性:由於每一條入射光線經光學儀器折射(或反射)後,僅有一條折射線(或反射線)與其對應,若將光線沿折射線(或反射線)反方向射入光學儀器,則其必循原入射線的反方向行進。
3.凸透鏡可使入射的平行光線,會聚於一點,所以凸透鏡又稱為會聚透鏡。但凹透鏡則可使入射的平行光線發散,故凹透鏡又稱為發散透鏡。
3.焦距:從焦點(或虛焦點)到透鏡中心的直線距離,稱為透鏡的焦距
【註】1.透鏡的兩面彎曲程度愈大,焦距愈小。愈平坦,焦距愈大。
2.透鏡的兩邊各有一個焦點,且兩邊的焦距必相等。
4.焦點及焦距的測量:拿凸透鏡至陽光下,讓陽光通過凸透鏡後照射在一張白紙上,並上下移動凸透鏡的位置,你會發現,入射的太陽光經過凸透鏡折射後,光線會聚集於一點,此點即為凸透鏡的焦點;若改用凹透鏡,經過凹透鏡折射後的太陽光,並不會聚,將散開的折射光線反方向延長,也會相交於一點,此點即為凹透鏡的焦點,最後量一量焦點與鏡中心的距離即為焦距。
一、透鏡的成像
透鏡所成物體的像是利用光的折射原理,其所造成像的性質(包括虛像或實像,正立或倒立,放大或縮小)及位置隨物體至透鏡的距離而變
二、透鏡成像的觀察
1.實像的觀察方法:物體如果在凸透鏡的焦點外,物體表面上每一點所發出的所有光線都能在鏡後相交。這種由光線會聚所形成的實像,其觀察方法為利用白紙屏將像承接(紙屏必須移動至像呈最清晰的位置),然後紙屏上的像反射到眼睛而觀察之。
【注意】由凸透鏡所形成的實像,如果不用紙屏承受,而在鏡後直接以眼睛觀察,仍然可看到其倒立實像。唯此時所看到的像“好似”在鏡前,其實那是一種錯覺,其成像位置仍是在原來紙屏的位置。
2.虛像的觀察方法:物體如果在凸透鏡的焦點內,或在凹透鏡前任意位置,則物體表面上每一點所發出的光線並不能在鏡後相交。這種發散的光線由眼睛看來,似乎從鏡前某一點發出,故眼睛可以由鏡內看到物體的虛像,
【註】1.凸透鏡生成的虛像較物體大,凹透鏡的虛像較物體小;虛像必正立,實像為倒立
2.虛像不能在白紙屏上顯示出來,但如果我們從透鏡的鏡後,順著射出光線的反方向看時,便可看到虛像的存在。
鏡成像與物之相對關係
1.凸透鏡:由上述靜態作圖可得動態圖形如下:
(1) 物由遠而靠近焦點時,像由他方的焦點漸漸遠離凸透鏡且愈來愈大。(恆為倒立實像)
(2) 物由焦點靠近透鏡時,像由與物同側一方漸漸接近凸透鏡且愈來愈小,但比物體大。(恆為正立虛像)
2.凹透鏡:同理可得動態圖形如下:
1) 物體不管在鏡前何處,像永遠生在鏡前之焦距內。
(2) 物由遠處靠近鏡時,像由鏡前虛焦點開始而漸漸接近凹透鏡且愈來愈大,但永遠比物體小。(恆為正立虛像)
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