关于会聚(凸)透镜光线图的文章
如果物体位于凸透镜的一侧,凸透镜可以形成该物体的像。如果已知物体在凸透镜一侧的位置,如何画出物体的像?假设物体位于凸透镜的左侧,如下图所示。
橙色线 = 凸透镜
蓝线 = 主轴
箭头(绿色)= 物体
F1 = 焦距 1,F2 =焦距2
物体的像可以通过绘制穿过物体的所有光束来获得,但这不太实用,因为这样会用很多线条来表示光束。为了简化起见,通常只选择几束光束来表示穿过物体的所有光束。由于这一过程涉及光的折射,因此在绘制像时必须遵守光的折射定律。
三束光或三条光线
射线 1:
射向凸透镜的光线1或光束1平行于透镜的主轴,并接触物体的上端。
然后经凸透镜折射,折射光束必须通过焦点 2。入射光线和折射光线必须满足光的折射定律。
射线 2:
入射到凸透镜上的光线 2 或光束 2 经过焦点 1 并接触物体的上端,
然后经凸透镜折射,折射光束必须平行于主轴。入射光线和折射光线必须符合光的折射定律。
射线 3:
到达凸透镜的光线 3 或光束 2 被引导穿过凸透镜与主轴的交点并接触物体的上端;然后光束向前传播。
图像的形成(两条光线)
仅用两条光线即可绘制出图像,如下图所示。如果使用两条光线,则可以形成三种不同的图像。
射线 1 和 2

射线 1 和 3

射线 2 和 3

仅使用两束光线成像的图形也需要根据物距凸透镜的距离进行调整。如果物距如图所示,则仅使用两束光线成像有三种方法。如果物距与上图不同,例如,物体位于焦点和曲率中心之间,
那么就不需要三种绘制图像的方法了,也许只需要两种方法就可以了。
如果用凸透镜作图,你可以选择一种方法。
图像的形成(三条光线)
可以用三条射线来绘制该物体的形状,如下图所示。

如果物体到凸透镜的距离不像上图所示,例如物体位于凸透镜和焦点之间,或者物体位于焦点和凸透镜曲率中心之间,那么就不需要像上图那样用三种方式绘制成像图。成像图只能用两种方式绘制。
- 问题绘制会聚透镜的光路图时,主要使用哪三条光线? 回答三条主要光线分别是:(1)平行光线,它平行于主轴入射,经折射后通过远焦点;(2)中心光线,它直接穿过透镜中心而不发生偏转;(3)焦点光线,它经过近焦点入射,离开透镜时平行于主轴。
- 问题:在会聚透镜的光路图中,穿过透镜光心的光线是如何运动的? 回答穿过透镜光心的光线沿同一方向继续传播,不会发生弯曲。这是因为透镜在光心处的两个表面是平行的,因此不存在净偏转。
- 问题在会聚透镜的光路图中,最初平行于主轴传播的光线折射到哪里? 回答:最初平行于主轴传播的光线经过透镜折射后,会穿过透镜另一侧的焦点。
- 问题:在会聚透镜的光路图中,穿过近焦点的光线是如何运动的? 回答光线经过近焦点后,经折射将离开透镜并平行于主轴传播。
- 问题在会聚透镜的光路图中,当物体位于焦点之外时,折射光线在哪里相交? 回答当物体位于焦点之外时,折射光线在透镜的另一侧相交,形成一个倒立的实像。
- 问题在会聚透镜的光路图中,折射光线的交点代表什么? 回答折射光线的交点代表透镜所成图像的位置。根据物体的位置,这可以是实像,也可以是虚像。
- 问题当物体从无穷远处向透镜移动时,光路图中图像的位置如何变化? 回答当物体从无穷远处向镜头移动时,像会从镜头另一侧的焦点向无穷远处移动。如果物体越过焦点并进入焦点内,则像会变成虚像、正立且放大,并且看起来与物体位于同一侧。
- 问题在会聚透镜的光路图中,当物体位于焦点内时,折射光线从哪里发散? 回答当物体位于焦点内时,折射光线似乎从透镜与物体同一侧的一点发散,这指示了虚像、正立像和放大像的位置。
- 问题:在会聚透镜的光路图中,折射光线不相交是什么意思? 回答如果折射光线不相交,则所成的像是虚像。这种情况发生在物体位于透镜焦距内时。此时,光线看起来像是从透镜后方物体一侧的某一点发散开来的。
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问:透镜的材料如何影响会聚透镜的光路图?答:透镜的材料会影响其折射率。较高的折射率会导致光线进入透镜时发生更大的弯曲,从而改变焦点的位置,进而影响最终的光路图。但是,绘制光路图的基本规则保持不变。