第一節 透鏡的類型及對光線的屈折
各種類型之透鏡


相機鏡頭內、眼鏡和放大鏡上的鏡片((a)),學術上稱為透鏡 (lens)。透鏡有多少種呢?放大鏡是其中一種常用的透鏡;另一種常見的透鏡就是近視眼鏡的鏡片:

【放大鏡】
將放大鏡放在報紙上方,再透過放大鏡望落報紙,就會發現紙上的文字放大了((b))。放大鏡的鏡片具有表面彎曲的鏡面,它所屬的透鏡類別稱為:

凸透鏡 (convex lens):透鏡的中間部份較厚、邊緣部份較薄

【近視眼鏡】
當我們透過近視眼鏡片觀察物件,就會看見物件縮小了((c))。近視眼鏡的鏡片亦具有表面彎曲的鏡面,它所屬的透鏡類別稱為:

凹透鏡 (concave lens):透鏡的中間部份較薄、邊緣部份較厚

從上方這兩個例子,你大概知道常用的透鏡主要可分為凸透鏡和凹透鏡兩大類。然而,用於放大鏡的鏡片和近視眼鏡的鏡片,也分別只是其中一種凸透鏡和其中一種凹透鏡而已。事實上,凸透鏡或凹透鏡中又可再細分為很多類型:


(a) 生活中的透鏡;(b) 以放大鏡觀看的景物呈放大;(c) 以近視眼鏡觀看的景物呈縮小;(d) 典型的凸透鏡和凹透鏡
如果將放大鏡上的鏡片拆下來,沿中間切開,看看它的横切面,便會發現放大鏡鏡片是一塊表面彎曲,中間部份較厚、邊緣部份較薄的玻璃片。這一種透鏡稱為凸透鏡
如果把近視眼鏡上的鏡片拆下來,把鏡片切開一半,看看它的横切面,便會發現近視鏡片是一塊中間部份較薄、邊緣部份較厚的玻璃片。這一種透鏡稱為凹透鏡
透鏡對光線的屈折


當光線通過透鏡時,光線的方向如何改變呢?我們可以用光線箱、以及在所示的凸透鏡和凹透鏡來探究這個問題。

便分別示範了平行光線在凸透鏡和凹透鏡上的折射:

  • 當一組平行光線通過凸透鏡後,光線會
    • 會聚於一點
    • 發散、光線仿似從鏡後某一點射出來
    。由此可知,凸透鏡有
    • 會聚
    • 發散
    光線的能力。
  • 當一組平行光線通過凹透鏡後,光線會
    • 會聚於一點
    • 發散、光線仿似從鏡後某一點射出來
    。由此可知,凹透鏡有
    • 會聚
    • 發散
    光線的能力。


基於光線通過凸透鏡和凹透鏡後所造成的屈折,所以:

凸透鏡又稱為會聚透鏡 (converging lens);
凹透鏡又稱為發散透鏡 (diverging lens)。

那麼,為何透鏡可以令光線會聚和發散呢?我們可以用稜鏡來解釋這個現象:


圖中這類透鏡稱為柱面透鏡。左方是凸透鏡,屬於雙凸透鏡(又稱雙凸柱面透鏡);右方為凹透鏡,屬於雙凹透鏡(又稱雙凹柱面透鏡)。它們常被用來輔助學生學習透鏡成像的作圖法則
凸透鏡使光線會聚
凹透鏡使光線發散
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