第九节、透镜

折射面是两个球面,或者一个是球面,另一个是平面的透明体,叫做透镜。透镜通常是用玻璃磨成的,它是光学仪器中经常使用的基本元件。

一、凸透镜和凹透镜

透镜可分为两类。一类是中间厚、边缘薄的,叫做凸透镜,凸透镜对光线起会聚作用,又叫做会聚透镜,另一类是中间薄、边缘厚的,叫做凹透镜。凹透镜对光线起发散作用,又叫做发散透镜

凸镜为什么能使光线会聚,凹透镜为什么能使光线发散呢?其原理可用棱镜对光线的偏折作用来说明,如图 5–34 所示,透镜可以看作是由许多棱镜组成的。凸透镜上部的棱镜底面朝下,光线通过时都向下偏折;下部的棱镜底面朝上,光线通过时都向上偏折,因此,凸透镜使光线会聚。与此相反,凹透镜上部的棱镜底面朝上,光线通过时都向上偏折;下部的棱镜底面朝下,光线通过时都向下偏折。因此,凹透镜使光线发散。

图 5–34

二、透镜的主轴、光心和焦点

透镜的两个球面都有自己的球心,如图 5–35 中的 C1、C2 所示,我们把通过两球心 C1、C2 的直线,叫做透镜的主光轴,简称主轴。通常把厚度比球面的半径小得多的透镜,叫做薄透镜。我们在后面讨论的都是薄透镜。

图 5–35 透镜的主轴

主轴跟透镜的两面各有一个交点,对于薄透镜来说,这两个交点可以看作是重合在一起的,这一点叫做透镜的光心,用 O 表示。透镜的中央部分相当于两面平行的薄玻璃板,通过光心的光线相当于通过这个薄玻璃板,因此,不管从任何方向通过光心的光线,传播方向都不改变,这是光心的重要性质。

平行于主轴的光线,通过凸透镜后会聚于主轴上的一点(图 5–36 甲 Fʹ),这个点叫做凸透镜的焦点。平行于主轴的光线通过凹透镜后变得发散(图 5–36 乙),这些发散光线看起来好象是从它们的反向延长线的交点 F′ 发出来的,点 F′ 也在主轴上,叫做凹透镜的焦点。凸透镜的焦点是实焦点,凹透镜的焦点是虚焦点。

图 5–36

从透镜的焦点到光心的距离,叫做透镜的焦距,用 f 表示。透镜的两侧各有一个焦点,只要透镜两侧的媒质相同,两个焦点对光心是对称的,两个焦距相等,后面讨论的都是这种情况。

练习七

(1)有一个不知焦距的凸透镜,用什么办法可以粗略地测出它的焦距?

(2)利用点光源和凸透镜如何能得到平行光线?

(3)在图 5–37 中,画出光线通过透镜后的传播方向。

图 5–37

发布时间:2025/5/15 上午7:24:42  阅读次数:370

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