第一節 像的觀察與作圖法則
觀察凹透鏡成像


你曾嘗試透過凹透鏡觀察遠近不同的景物嗎?就像上一課學習凸透鏡那般,我們會先直接觀察凹透鏡中的像,再嘗試用屏幕捕捉凹透鏡的像:

【1.  直接觀察透鏡中的像】
先把一塊凹透鏡固定在桌面上,然後放一件物件在凹透鏡後、貼近凹透鏡,再在透鏡正面望向鏡中的物件,會發現():

  • 起初,鏡中的物件顯得稍為縮小了一點;
  • 隨着物件慢慢移後、離開凹透鏡,鏡中的物件逐漸縮小。

【2.  用屏幕找凹透鏡的像】
至於用屏幕是否能捕捉到凹透鏡成像呢?要解答這個問題,最好就是做實驗了。有關的儀器設置如所示,先把發光的燈箱放在凹透鏡的一邊,然後在另一邊放一塊白色屏幕。前後移動屏幕,看看燈箱上字樣的像是否能投射在屏幕上。結果顯示:

      用屏幕
  • 可以
  • 無法
捕捉到凹透鏡成像。

無論屏幕移到那裏,都見不到燈箱字樣的像!具體示範可參考


雖然我們可以直接觀察到凹透鏡中的像,然而,凹透鏡在那兒成像呢?


先把一塊凹透鏡固定在桌面上,然後放一件物件在凹透鏡後、貼近凹透鏡,再在透鏡正面望向鏡中的物件。首先,凹透鏡中的物件稍為縮小了。如果慢慢把物件移離凹透鏡,凹透鏡中的物件便逐漸縮小。
在桌面上設置白色屏幕、凹透鏡和燈箱,凹透鏡在屏幕與燈箱之間。嘗試前後移動屏幕,看看能否讓凹透鏡的像在屏幕上形成
先把發光的燈箱放在凹透鏡的一邊,然後在另一邊放一塊白色屏幕。前後移動屏幕,看看燈箱上字樣的像是否能投射在屏幕上。無論屏幕移到那裏,都見不到燈箱字樣的像。為何會這樣的呢?凹透鏡的像在那兒形成呢?
凹透鏡作圖法則


要了解凹透鏡成像原理和特性,就先要探究光線通過凹透鏡時方向變化的規律,稱為凹透鏡作圖法則。它們的內容是:

法則 1:若入射線平行於主軸,向後延長通過透鏡後的光線會經過主焦點 \(\text{F’}\);

法則 2:若入射線向前延長的直線經過主焦點 \(\text{F}\),通過透鏡後的光線會平行於主軸;

法則 3:若入射線經過光心 \(\text{C}\),通過透鏡後的光線方向不變。

分別是凹透鏡作圖法則 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凹透鏡成像的位置、大小和性質,以及解決很多涉及凹透鏡的難題。


按 ">" 可切換至圖 i - v,觀看以光線箱和柱面凹透鏡示範這作圖法則 1:當平行於主軸的光線通過凹透鏡後,光線似是由主焦點射出來。如果移動光線箱,但保持入射線和主軸互相平行,便會發現無論入射線在任何位置,通過透鏡後的光線也似是由主焦點射出來。
按 ">" 可切換至圖 i - v,觀看以光線箱和柱面凹透鏡示範這作圖法則 2:射向凹透鏡另一邊主焦點的光線通過透鏡後,光線會平行於主軸。如果改變入射線方向,但保持入射線射向凹透鏡另一邊的主焦點,便會發現入射線無論方向如何,通過透鏡後的光線也會平行於主軸。
按 ">" 可切換至圖 i - v,觀看以光線箱和柱面凹透鏡示範這作圖法則 3:經過光心的光線通過凹透鏡後,光線的方向沒有改變。如果改變入射線方向,但保持入射線通過光心,便會發現入射線無論方向如何,通過透鏡後的光線方向跟入射線一樣。
凹透鏡作圖法則 1、2 和 3 的光線圖
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