透镜成像原理(凹透镜成像原理)

“透镜及其应用”知识点详解

一、透镜

1.什么是透镜：透镜是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件，透镜是根据光的折射规律制成的。

制作透镜的材料常见的有：玻璃、水晶、树脂等。透镜的应用如图(1)所示。

a.照相机镜头 b.望远镜

c.投影仪 d.眼镜

图（1）透镜的应用

2.透镜与面镜区别：面镜利用光的反射现象成像，透镜利用光的折射现象成像；透镜成像遵循光的折射定律，面镜成像遵循光的反射定律。

3.透镜分类：（1）凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜。

如：远视镜镜片，照相机的镜头、投影仪的镜头、放大镜等（如图（2）a所示）。

（2）凹透镜：中间薄、边缘厚的透镜。

如：近视镜等（如图（2）b所示）。

a.凸透镜 b.凹透镜

图(2)常见透镜

二、光路的基本概念

图（3）是透镜光路示意图。

a.凸透镜光路基本概念

b.凹透镜光路基本概念

图（3）透镜光路概念

1.主光轴（主轴）：过透镜两个球面球心的直线，用“CC/”表示,如图（3）所示。

2.光心：通常情况下，光心位于透镜的几何中心，用“O”表示，如图（3）所示。

光心是主光轴上的一个特殊点，其性质是通过光心的光线传播方向不改变。

图（4）凸透镜光路概念

3.焦点：平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜后会聚于主光轴上一点，这点叫焦点，用“F”表示，如图（4）所示。

平行于凹透镜主光轴的光线经凹透镜发散后，其反向延长线会交于一点，这是凹透镜的焦点（虚焦点），如图（5）所示。

图（5）凹透镜光路概念

4.焦距：焦点到光心的距离（通常由于透镜较厚，焦点到透镜的距离约等于焦距）焦距用“f”表示，图中就是“OF”之间的距离。

凸透镜和凹透镜都各有两个焦点，凸透镜的焦点是实焦点，凹透镜的焦点是虚焦点。

5.物距：物体到光心的距离叫物距，用“u”表示。

6.像距：像到光心的距离叫像距，用“v”表示。

三、三条特殊光线

1.过光心的光线经透镜后传播方向不改变，如图（6）所示。

图（6）过光心的光线

2.平行于主光轴的光线，经凸透镜后经过焦点；经凹透镜后向外发散，但其反向延长线过焦点（所以凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光有发散作用）如图（7）。

图（7）平行于主轴的光线

平行于主轴的光线，经凹透镜折射后，其反向延长线经过焦点（折射光线另一侧的焦点-虚焦点）。

3.经过凸透镜焦点的光线经凸透镜后平行于主光轴；射向异侧焦点的光线经凹透镜后平行于主光轴，如下图（8）。

图（8）过焦点的光线

对凹透镜来说，延长线过焦点的光线（透镜另一侧的焦点），而不是由焦点发出的光线。

4.透镜的作用

(1)凸透镜:有聚光作用，所以凸透镜也叫会聚透镜，如图（4）。

(2)凹透镜:有发散作用，所以凹透镜也叫发散透镜，如图（5）。

a.凸透镜三条特殊光线

b.凹透镜三条特殊光线

图（9）三条特殊光线

作光路图时，三条特殊光线是常用作图用的光线，要求学生必须掌握三条特殊光线的画法，并做到灵活运用，如图（9）所示。

四、透镜的鉴别

1．“摸”：用手摸透镜，中间厚、边缘薄的是凸透镜；中间薄、边缘厚的是凹透镜。

2．“照”：让透镜正对太阳光，移动透镜，在接收屏（地面、纸面等）上能的到较小、较亮光斑的为凸透镜，否则为凹透镜。

3．“看”：用透镜看字，能让字放大的是凸透镜，只能是缩小的是凹透镜。

五、透镜成像规律

1.凸透镜成像规律：如图（10）是常见凸透镜成像类型，规律见表（1）。

a. u﹥2f b. f﹤u﹤2f

c.0﹤u﹤f d.u=2f

图（10）凸透镜成像

凸透镜成像规律需要牢记,同学们可以自己总结其规律。可以背下下面口诀：“物大焦，倒立实，物越大，像越小；物小焦，正立虚；物为焦，不成像”。这里的“物”指物距，“像”指像距，“焦”指焦距。

图(11)凹透镜成像

注意：（1）实像是由实际光线会聚而成，在光屏上可呈现，可用眼睛直接看，所有光线必过像点；（2）虚像不能在光屏上呈现，但能用眼睛看，由光线的反向延长线会聚而成。

2.凹透镜成像规律：凹透镜始终成缩小、正立的虚像，如图（11）所示。

图（12）凹、凸透镜比较

3.凸透镜与凹透镜比较

图（12）对凹、凸透镜的辨别、特点、典型光路和应用作出了系统性总结。

大家还要记住：虚像，物、像同侧；实像，物、像异侧。

六、透镜应用

1.照相机：镜头是凸透镜,物距）大于二倍焦距，成倒立、缩小的实像。

2.投影仪：镜头是凸透镜，物体在一倍焦距与二倍焦距之间，成倒立、放大的实像；透过平面镜使倒立，放大的像再倒立一下，这样我们在屏幕上看到的就是一个正立的像了。

注意：照相机、投影仪要使像变大，应该让透镜靠近物体，远离胶卷、屏幕。

3.放大镜：放大镜是凸透镜，放大镜到物体的距离（物距）小于一倍焦距，成的是放大、正立的虚像。

注意：要让物体更大，应该让放大镜远离物体。

4.眼睛：眼睛的晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏（胶卷）。

眼睛的成像原理:从物体发出的光线经过晶状体等一个综合的凸透镜在视网膜上行成倒立，缩小的实像，分布在视网膜上的视神经细胞受到光的刺激，把这个信号传输给大脑，人就可以看到这个物体了（眼睛的晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏（胶卷））。

近视眼看不清远处的物体，远处的物体所成像在视网膜前，晶状体曲度过大，需戴凹透镜调节，所以近视镜是凹透镜。远视眼看不清近处的物体，近处的物体所成像在视网膜后面，晶状体曲度过小，需戴凸透镜调节，所以远视镜（花镜）是凸透镜。

5.显微镜：显微镜由目镜和物镜组成，物镜、目镜都是凸透镜，它们使物体两次放大。

普通光学显微镜是根据凸透镜成像原理,经过凸透镜的两次成像。第一次先经过物镜（凸透镜1）成像,这时候的物体应该在物镜(凸透镜1）的一倍焦距和两倍焦距之间,成的像应该是放大倒立的实像。而后以第一次成的物像作为“物体”,经过目镜的第二次成像。由于我们观察的时候是在目镜的另外一侧,第二次成的像应该是一个虚像,这样像和物才在同一侧，因此第一次成的像应该在目镜（凸透镜2）的一倍焦距以内,这样经过第二次成像,第二次成的像是一个放大的正立的虚像。

6.望远镜：望远镜也是由两组凸透镜（目镜和物镜）组成，它的结构特点是物镜的焦距长而目镜的焦距短。望远镜的成像原理是：物镜的作用是得到远处物体的实像，由于物体离物镜非常远，所以物体上各点发射到物镜上的光线几乎是平行光束，这样的光线经过物镜汇聚后，就在物镜焦点外，离焦点很近的地方，形成了一个倒立的、缩小的实像。这个倒立的、缩小的实像又位于目镜的焦点以内，所以目镜起了放大镜的作用，目镜把经过物镜的倒立、缩小的实像放大成了一个正立的、放大的虚像。这就是远处物体通过望远镜所成的虚像。

七、透镜及其应用知识点结构图