师:同学们好,我们又见面了。上一节课我们学习了凸透镜的成像规律,那凸透镜为什么能成像?成像的实质又是什么呢?这节课,我们通过作图的方式来验证凸透镜成像规律。
我们在上一章学习了平面镜成像,大家还记得平面镜成像的原理吗?一起来回顾一下:物体发出的光经过平面镜发生反射,光线的反向延长线会汇聚于一点,这个由实际光线的反向延长线汇聚而成的点,我们把它叫做 s 点的像 s’点,这就是平面镜的成像原理。
那凸透镜的成像原理是什么呢?对于一个物体,我们可以把它理解成是由无数个发光的点组成的。所以,我们在物体上找任意点 s 点,s 点会发出无数条光线经过凸透镜。这无数条入射光线经过凸透镜发生折射后,光线会汇聚于哪一点?又如何确定这一点的位置呢?这就需要用到我们之前学习的凸透镜的一些性质——三条特殊光线。s 点发出的平行于主轴的入射光线,折射光线会过焦点;过光心的入射光线,传播方向不发生改变;过焦点的入射光线,折射光线平行于主轴。我们会发现,三条特殊光线的折射光线会汇聚于 s’点。所以对于 s 点来说,s 点发出的任意一条光线,只要经过凸透镜折射,光线都会过 s’点,这就是凸透镜的成像原理。大家明白了吗?
下面,我们利用凸透镜的成像原理,做出点光源 a 点的像的位置。为了方便作图,我们用带箭头的线段来表示凸透镜。怎么找到 a 点像的位置呢?首先,a 点发出的平行于主轴的入射光线,折射光线会过焦点;a 点发出的过光心的入射光线,折射光线传播方向不发生改变。两条折射光线会交于一点,这一点即为 a 点的像 a’点的位置。大家明白了吗?
这就是点光源的成像原理。我们已经学习了点光源的成像原理图,那么对于线光源 AB 来说,又如何找到它像的位置 A’B’呢?我们再来一起找一下。
对于线光源 AB 来说,我们同样可以把它理解成是由无数个点组成的,每一个点都遵循点光源的成像原理。对于 AB 来说,我们只需要找到 A 点和 B 点像的位置,也就确定了 AB 像的位置。所以我们分别找出 A 点和 B 点像的位置。
同理,平行于主轴的入射光线经过凸透镜折射,光线过焦点;过光心的入射光线传播方向不发生改变。两条折射光线的交点,就是 A 点的像 A’点。由于 B 点在主轴上,所以过 A’点做主轴的垂线,与主轴的交点即为 B 点的像 B’点。由此,我们就找出了 AB 像的位置 A’B’。大家听懂了吗?
这就是线光源的成像原理图。我们已经学习了点光源和线光源的成像原理图,下面我们利用成像原理图来验证凸透镜的成像规律。首先,我们利用作图的方式找出当物距大于 2 倍焦距时像的位置。
我们先找出 A 点像的位置。A 点发出的平行于主轴的光线,折射光线过焦点;A 点发出的过光心的入射光线,折射光线传播方向不发生改变。两条折射光线的交点,就是 A 点的像 A’点。过 A’点做主轴的垂线,与主轴的交点就是 B 点的像 B’点。
由图像我们可以看出,当物距大于 2 倍焦距时,像距在一倍焦距和 2 倍焦距之间,成倒立缩小的实像,这与我们上一节课学习的凸透镜的成像规律完全吻合。当物距大于 2 倍焦距时,像距小于物距,成倒立缩小的实像,像与物体在凸透镜的异侧。
下面,请同学们利用凸透镜的成像原理图,分别做出当物距在一倍焦距和 2 倍焦距之间时,以及当物距小于一倍焦距时,凸透镜的成像原理图。给大家 2 分钟时间在草稿纸上认真作图,作图过程中注意规范。
两分钟时间到,做好了吗?我们来看当物距在一倍焦距和 2 倍焦距之间时,如何做出它的凸透镜成像原理图。首先找出 A 点的像 A’点。平行于主轴的光线,折射光线过焦点;过光心的入射光线传播方向不发生改变。两条折射光线的交点即为 A 点的像 A’点。过 A’点做主轴的垂线,与主轴的交点即为 B 点的像 B’点,所以 AB 像的位置就是 A’B’。
