你試過用凸透鏡觀看遠近不同的景物嗎?
【1. 觀察放大鏡中的像】若在枱面上先把放大鏡放在一件物件前、貼近物件,觀察放大鏡中的景物,會發現():
似乎放大鏡不單只會放大物件。有時會把物件倒轉、甚至把物件縮小。為甚麼會這樣呢?這是凸透鏡的性質嗎?
【2. 用屏幕找凸透鏡的像】除了直接觀察放大鏡中的物件外,我們還可用燈箱和白色的屏幕來研究凸透鏡。在所示的燈箱上有一個字母 \(\text{F}\) 的字樣,打開燈後可當成一個發光體。
我們可如那般設置,先讓燈箱離凸透鏡很遠;另一邊放置屏幕,設置時需前後移動屏幕以捕捉物體清晰的像。用屏幕捕捉像的好處,就是可以讓觀察者在不同的位置也能看到像。為何凸透鏡能把物體的像投射到屏幕上呢?跟實物比較,屏幕上的像是放大了還是縮小了?形狀有何不同呢?若把凸透鏡不斷移近燈箱(ii, iii),再移動屏幕捕捉像,能找到像嗎?像有出現變化嗎?
要了解凸透鏡成像的原理和特性,就先要掌握光線通過凸透鏡時方向變化的 3 個規律,稱為凸透鏡作圖法則。它們的內容是:
法則 1:若入射線平行於主軸,通過凸透鏡後的光線會經過主焦點 \(\text{F}\);
法則 2:若入射線經過主焦點 \(\text{F’}\),通過凸透鏡後的光線平行於主軸;
法則 3:若入射線經過光心 \(\text{C}\),通過凸透鏡後的光線方向不變。
、和分別是凸透鏡作圖法則 1、法則 2 和法則 3 的示範和說明。留意這 3 項法則都符合光的折射定律;而法則 2 其實是法則 1 的反向表述,源自於光的折射的可逆性。
最後,我們在同時列出了這 3 項法則的光線圖,供快速查看和比較。利用這些法則,將可助大家在以後的學習找出凸透鏡成像的位置、大小和性質,以及解決很多涉及凸透鏡的難題。