第一節 量度凸透鏡焦距(方法 1:平行光聚焦法)
量度凸透鏡焦距:示範


在之前的學習,我們學會以作圖法找出透鏡的像。運用作圖法時,您有留意到透鏡的焦距為已知的參數嗎?以凸透鏡為例,當凸透鏡的焦距為未知,您知道如何找出其焦距嗎?下方便提供了其中一種測量凸透鏡焦距的方法。

首先在實驗場所方面,建議可在一間能見到窗外遠景的房間內進行()。所需的儀器()和量度的步驟如下所述:

【儀器】
一塊屏幕、尺子及凸透鏡。

【步驟】
量度凸透鏡焦距的步驟如下():

  1. 先把屏幕放在窗子附近,向着窗外景物;
  2. 再把凸透鏡放在窗子和屏幕之間,令到屏幕上出現一個模糊的光影;
  3. 前後移動凸透鏡,直至屏幕上出現清晰的像;
  4. 量度屏幕與凸透鏡之間的距離,這距離就是凸透鏡的焦距了。

為何用凸透鏡把遙遠的景物投射到屏幕上,就能找到凸透鏡的焦距呢?接下來我們便會運用光線圖來說明。


選擇實驗場所時,可選從室內望出窗外時,能看見遙遠景物的地方。進行實驗時,需讓凸透鏡後遙遠景物的像出現在屏幕上
(a) 屏幕;(b) 尺子;(c) 凸透鏡
先把屏幕放在窗子附近,向着窗外景物,然後把凸透鏡放在窗子和屏幕之間,令到屏幕上出現一個模糊的光影。前後移動凸透鏡,直至屏幕上出現清晰的像。量度屏幕與凸透鏡之間的距離,這距離就是凸透鏡的焦距了。
量度凸透鏡焦距:原理


記得在學習凸透鏡成像特性時,我們曾討論無窮遠物體的凸透鏡成像。原來當一組平行光線以一定角度射向凸透鏡時,通過透鏡後的光線會會聚在一個垂直於主軸的平面上()。這個平面距離凸透鏡一個焦距,故它稱為焦平面 (focal plane)。

倘若平行光線的方向改變(),會聚的一點
  • 便會
  • 也不會
離開焦平面。

換言之:

以平行光束照在凸透鏡上,不論光束的入射方向,其會聚的一點必定在焦平面上。

來自無窮遠物體的光線,到達透鏡時是平行的。光線通過透鏡後,會會聚於焦平面上。假若把屏幕放在焦平面所在的位置上,物體的像就顯現在屏幕上()。由此可以說明,為何在的量度裡,凸透鏡與屏幕之間的距離等於透鏡的焦距了。


凸透鏡的焦平面
當平行光線的方向改變,會聚的一點只會在焦平面上移動,不會離開焦平面。至於為何會這樣?各位可以自行用凸透鏡作圖法則證明出來!
遙遠物體成像於凸透鏡的焦平面上
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