第 4 章 第 4 节 凸透镜成像

图 4–4–1 中有一水滴挂在枝头。透过水滴，我们看到一朵黄瓜花，它是上下倒置且缩小的。能否透过水滴看到放大的黄瓜花？

什么是透镜？

我们把两侧表面都是球面的一部分或一侧表面是球面的一部分而另一侧表面是平面的透明体叫做透镜（lens）。厚度远小于球面半径的透镜叫做薄透镜。

根据透镜中间与边缘厚度的差异，常把透镜分为凸透镜和凹透镜两类，如图 4–4–2 所示，中间比边缘厚的透镜叫做凸透镜（convex lens），中间比边缘薄的透镜叫做凹透镜（concave lens）。图 4–4–1 中的水滴可以看作一块天然的凸透镜。

凸透镜对光有会聚作用，也被称为会聚透镜。如图 4–4–5 所示，平行于主轴的光经凸透镜折射后，会聚于主轴上的一点，该点叫做凸透镜的焦点（focus），用字母 F 表示，凸透镜的焦点到光心的距离叫做焦距（focal length），用字母 f 表示。

凸透镜的两侧各有一个焦点，凸透镜的焦距能反映凸透镜对光会聚作用的强弱，焦距越短，对光的会聚作用就越强。

如图 4–4–6 所示，位于凸透镜焦点处光源发出的光经凸透镜折射后，平行于主轴射出。有些强光手电筒巧妙地运用了这一特点，将光源置于凸透镜的焦点处，光源发出的光经凸透镜折射后成为平行光束射出，这样就能在夜晚照亮前方较长的一段距离。

大量实验表明：

当 u > 2f 时，物体在凸透镜另一侧 f < v < 2 f 的范围内成一个倒立、缩小的实像。

当 u = 2f 时，物体在凸透镜另一侧 v = 2f 处成一个倒立、等大的实像。

当 f < u < 2f 时，物体在凸透镜另一侧 v > 2f 范围内成一个倒立、放大的实像。

当 u < f 时，在物体同侧成一个正立、放大的虚像。

图 4–4–1 中的水滴就是一个凸透镜。黄瓜花位于水滴的 2 倍焦距之外，可以通过水滴看到的是缩小、倒立的实像。如果水滴与黄瓜花的距离足够近，也有可能看到放大的像。