第三節 凹透鏡成像特性
找出凹透鏡成像的特性

凹透鏡為物體造成的像有甚麼特性?如何進行實驗去探究凹透鏡造成的像呢?下方兩分頁中,物體分別位於接近透鏡的位置和無窮遠。我們在每種情況中進行實驗,以攝錄機拍攝來直接觀察凹透鏡成像。請打開實驗影片觀察像;並細閱光線圖、了解凹透鏡成像的特性:

遙遠的景物發出的光線射到凹透鏡時會是平行的。這時候,根據凹透鏡作圖法則,像會在主焦點 \(\text{F’}\) 處。跟物體在其他位置的情況一樣,這個像是一個縮小、正立的虛像。

現在我們用攝錄機觀察無窮遠的物體在凹透鏡中的像。先讓凹透鏡向着遙遠的景物,把參考指示牌放在凹透鏡後主焦點位置旁。然後走到凹透鏡正面觀察,向凹透鏡中的像對焦,就會發現像跟參考物一樣清晰。與景物比較,像細小很多,而且無上下倒轉。換言之,這個像是一個在主焦點、正立及縮小的虛像。

距離凹透鏡不遠的物體,無論距離透鏡多少,凹透鏡造成的像都與物體在透鏡的同一邊,在主焦點 \(\text{F’}\) 和光心 \(\text{C}\) 之間。像較物體小、是縮小的。還有,像沒有上下倒轉,是正立的。由於通過透鏡後的光線,沒有確實經過 \(\text{I}\) 點,因此,這個像是虛像,不能夠投射到屏幕上。

現在我們用攝錄機拍攝凹透鏡成像。先把作為物體的指示牌放在凹透鏡後,再把參考的指示牌放在主焦點和凹透鏡之間、估計像的位置旁。然後,轉到凹透鏡的正面觀察,向凹透鏡中的像對焦,就會發現像跟參考物一樣清晰,像仿似出現在參考物旁。換言之,像出現在凹透鏡和主焦點之間。另一方面,像較物體小,沒有上下倒轉。總結來講,這個像是一個縮小和正立的虛像。


小結

根據剛才的觀察,凹透鏡成像的特性可由下表總結(按首列按鈕切換圖片):

物體位置 像的位置 像的大小 正立或倒立 實像或虛像
\(\text{F’}\) 縮小 正立 虛像
在 \(\text{F’}\) 和 \(\text{C}\) 之間

留意表中顯示,無論物件與透鏡間的距離是多少,凹透鏡所造成的影像都與物件在透鏡的同一側的 \(\text{F’}\) 與 \(\text{C}\) 之間,都是縮小、正立及虛像。


物件與透鏡間的距離是無限大(物體在無窮遠處)

物件與透鏡間的距離大於 \(2f\)

物件與透鏡間的距離等於 \(2f\)

物件與透鏡間的距離在 \(f\) 至 \(2f\) 之間

物件與透鏡間的距離等於 \(f\)

物件與透鏡間的距離小於 \(f\)
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