會聚(凸)透鏡的光路圖

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如果物體位於凸透鏡的一側,凸透鏡可以形成該物體的影像。若已知物體在凸透鏡一側的位置,如何畫出物體的像?假設物體位於凸透鏡的左側,如下圖所示。

會聚透鏡的光路圖 1橘色線 = 凸透鏡

藍線 = 主軸

箭頭(綠色)= 物體

F1 = 焦距 1 和 F2 = 焦距 2

物體的像可以透過繪製穿過物體的所有光束來獲得,但這不太實用,因為這樣會用很多線條來表示光束。為了簡化起見,通常只選擇幾束光束來表示穿過物體的所有光束。由於這個過程涉及光的折射,因此在繪製像時必須遵守光的折射定律。

三束光或三條光線

會聚透鏡的光路圖 2射線 1:

射向凸透鏡的光線1或光束1平行於透鏡的主軸,並接觸物體的上端。

再經由凸透鏡折射,折射光束必須通過焦點 2。入射光線和折射光線必須滿足光的折射定律。

會聚透鏡的光路圖 3射線 2:

入射到凸透鏡上的光線 2 或光束 2 經過焦點 1 並接觸物體的上端,

再經凸透鏡折射,折射光束必須平行於主軸。入射光線和折射光線必須符合光的折射定律。

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會聚透鏡的光路圖 4射線 3:

到達凸透鏡的光線 3 或光束 2 被引導穿過凸透鏡與主軸的交點並接觸物體的上端;然後光束向前傳播。

影像的形成(兩光)

僅用兩道光線即可繪製出影像,如下圖所示。如果使用兩條光線,則可以形成三種不同的影像。

射線 1 和 2

會聚透鏡的光路圖 5

射線 1 和 3

會聚透鏡的光路圖 6

射線 2 和 3

會聚透鏡的光路圖 7

僅使用兩束光線成像的圖形也需要根據物距凸透鏡的距離進行調整。如果物距如圖所示,則僅使用兩束光線成像有三種方法。如果物距與上圖不同,例如,物體位於焦點和曲率中心之間,

那就不需要三種繪製影像的方法了,也許只需要兩種方法就可以了。

如果用凸透鏡作圖,你可以選擇一個方法。

影像的形成(三條光線)

可以用三條射線來繪製該物體的形狀,如下圖所示。

會聚透鏡的光路圖 8

如果物體到凸透鏡的距離不像上圖所示,例如物體位於凸透鏡和焦點之間,或者物體位於焦點和凸透鏡曲率中心之間,那麼就不需要像上圖那樣用三種方式繪製成像圖。成像圖只能用兩種方式繪製。

  1. 問題繪製會聚透鏡的光路圖時,主要使用哪三條光線? 回答三條主要光線分別是:(1)平行光線,它平行於主軸入射,經折射後通過遠焦點;(2)中心光線,它直接穿過透鏡中心而不發生偏轉;(3)焦點光線,它經過近焦點入射,離開透鏡時平行於主軸。
  2. 問題:在會聚透鏡的光路圖中,穿過透鏡光心的光線是如何移動的? 回答穿過透鏡光心的光線沿著同一方向繼續傳播,不會彎曲。這是因為透鏡在光心處的兩個表面是平行的,因此不存在淨偏轉。
  3. 問題在會聚透鏡的光路圖中,最初平行於主軸傳播的光線折射到哪裡? 回答:最初平行於主軸傳播的光線經過透鏡折射後,會穿過透鏡另一側的焦點。
  4. 問題:在會聚透鏡的光路圖中,穿過近焦點的光線是如何移動的? 回答光線經過近焦點後,經折射將離開透鏡並平行於主軸傳播。
  5. 問題在會聚透鏡的光路圖中,當物體位於焦點之外時,折射光線在哪裡相交? 回答當物體位於焦點之外時,折射光線在透鏡的另一側相交,形成一個倒立的實像。
  6. 問題在會聚透鏡的光路圖中,折射光線的交點代表什麼? 回答折射光線的交點代表透鏡所成影像的位置。根據物體的位置,這可以是實像,也可以是虛像。
  7. 問題當物體從無窮遠處移動到透鏡時,光路圖中影像的位置如何改變? 回答當物體從無窮遠處移動到鏡頭時,像會從鏡頭另一邊的焦點往無窮遠處移動。如果物體越過焦點並進入焦點內,則像會變成虛像、正立且放大,並且看起來與物體位於同一側。
  8. 問題在會聚透鏡的光路圖中,當物體位於焦點內時,折射光線會從哪裡發散? 回答當物體位於焦點內時,折射光線似乎從透鏡與物體同一側的一點發散,這指示了虛像、正立像和放大像的位置。
  9. 問題:在會聚透鏡的光路圖中,折射光線不相交是什麼意思? 回答如果折射光線不相交,則所成的像是虛像。這種情況發生在物體位於透鏡焦距內時。此時,光線看起來像是從透鏡後方物體一側的某一點發散開來的。
  10. 問題透鏡的材質如何影響會聚透鏡的光路圖? 回答透鏡的材質會影響其折射率。折射率越高,光線進入透鏡時彎曲程度越大,焦點位置也會跟著改變,影響光路圖。但是,繪製光路圖的基本規則保持不變。

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