透镜及其应用：从基本概念到生活中的应用

透镜及其应用：从基本概念到生活中的应用

透镜是光学中一个重要的概念，广泛应用于照相机、投影仪、放大镜等日常用品中。本文将从透镜的基本定义出发，详细介绍透镜的分类、对光的作用、焦点和焦距等基本概念，以及透镜在生活中的具体应用。此外，本文还将探讨凸透镜成像的规律、眼睛和眼镜的原理，以及显微镜和望远镜的结构与原理，帮助读者全面理解透镜的相关知识。

一、透镜的基本概念

1. 凸透镜和凹透镜

• 凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜。
• 凹透镜：边缘厚、中间薄的透镜。

2. 主光轴和光心

• 通过透镜两个球面球心的直线称为主光轴。
• 主光轴上有一个特殊的点，通过该点的光线传播方向不变，这个点称为光心，用字母“O”表示。

二、透镜对光的作用

1. 凸透镜的作用

• 凸透镜对光有会聚作用，即经凸透镜折射后的光线相对于入射光线更“靠拢”主光轴。

2. 凹透镜的作用

• 凹透镜对光有发散作用，即经凹透镜折射后的光线相对于入射光线更“偏离”主光轴。

三、焦点和焦距

1. 焦点

• 凸透镜能使与主光轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这一点称为凸透镜的焦点。
• 凹透镜能使与主光轴平行的光线通过它后变得发散，且这些发散的光线的反向延长线相交在主光轴上的一点，这一点称为凹透镜的焦点。焦点用字母“F”表示。

2. 焦距

• 焦点到透镜光心的距离称为焦距，用字母“f”表示。

四、透镜中的三条特殊光线

五、生活中的透镜应用

1. 照相机

• 原理：照相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光经过镜头后会聚在胶片上，形成一个倒立、缩小的实像。
• 成像特点：照相机成倒立、缩小的像。拍照时，镜头离物体的距离越近，像离镜头的距离越远，所成的像越大；镜头离物体的距离越远，像离镜头的距离越近，所成的像越小。

2. 投影仪

• 原理：利用凸透镜成倒立、放大的实像。
• 成像特点：
• 投影片到镜头的距离小于镜头到屏幕的距离；
• 投影片离镜头越近时，屏幕上所成的像越大，像到镜头的距离越远；

3. 放大镜

• 原理：将放大镜放在物体上方适当的位置，透过放大镜可以看到一个正立、放大的虚像。
• 成像特点：
• 被观察的物体的像是放大的。放大镜离物体越近，所成的像越小；离物体越远，所成的像越大。当放大镜与物体的距离大于焦距时，虚像消失。
• 物体和通过透镜所成的像在透镜的同侧。

六、实像和虚像的区别

1. 实像

• 实像由实际光线会聚而成，能用光屏承接，能使胶片感光，能用眼睛观察到，物、像分布在凸透镜两侧。实像都是倒立的。

2. 虚像

• 虚像不是实际光线会聚而成，而是由折射光线的反向延长线相交而成的，不能用光屏承接，只能用眼睛观察到，物、像位于凸透镜同侧。虚像都是正立的。

七、凸透镜成像的规律

1. 实验探究

• 将凸透镜放在蜡烛和光屏之间，点燃蜡烛，调整烛焰、凸透镜、光屏的中心大致在同一高度。
• 通过改变物距u，观察像的性质、像距v的变化。

2. 成像规律

八、眼睛和眼镜

1. 眼球的结构及基本功能

• 眼球好比一架照相机。晶状体和角膜的共同作用相当于一个凸透镜，把来自物体的光会聚在视网膜上，形成物体的像。视网膜上的感光细胞受到光的刺激产生信号，视神经把这个信号传输给大脑，我们就看到了物体。

2. 眼睛的视物原理

• 眼睛看远处物体时，睫状体放松，晶状体变薄，焦距变大，远处物体射来的光刚好会聚在视网膜上。
• 眼睛看近处物体时，睫状体收缩，晶状体变厚，焦距变小，近处物体射来的光刚好会聚在视网膜上。
• 正常眼睛观察近处物体最清晰而又不疲劳的距离约为25cm，这个距离叫明视距离。

3. 近视眼及其矫正

• 特点：只能看清近处的物体，看不清远处的物体。
• 原因：晶状体太厚，折光能力太强，或者眼球在前后方向上太长，因此来自远处物体的光会聚在视网膜前，在视网膜上形成一个模糊的光斑。
• 矫正方法：利用凹透镜能使光线发散的特点，在眼睛前面放一个合适的凹透镜，就能使来自物体的光通过凹透镜发散后再进入眼睛，就能够会聚在视网膜上。

4. 远视眼及其矫正

• 特点：只能看清远处的物体，看不清近处的物体。
• 原因：晶状体太薄，折光能力太弱，或者眼球在前后方向上太短，来自近处物体的光还没有会聚成一点就到达视网膜了，在视网膜上形成一个模糊的光斑。
• 矫正方法：利用凸透镜能使光线会聚的特点，在眼睛前面放一个合适的凸透镜，就能使来自近处物体的光通过凸透镜会聚后再进入眼睛，就能够会聚在视网膜上。

5. 眼镜的度数

• 透镜焦距（以m为单位）的倒数叫透镜焦度，用Φ表示，Φ=1/f。
• 眼镜度数是其透镜焦度的100倍，用D表示，D=100Φ=100/f。

九、显微镜和望远镜

1. 显微镜

• 结构：包括目镜、物镜、载物片和反光镜。
• 成像原理：被观察的物体经物镜后，成倒立、放大的实像，这一实像恰好在目镜的一倍焦距以内，再经目镜成放大的虚像。

2. 望远镜

• 构造：由两组透镜组成，靠近眼睛的叫目镜，靠近被观测物体的叫物镜。
• 成像原理：远处物体的光经过物镜，由于所观察的物体极远，物距远大于二倍焦距，所以成倒立、缩小的实像，这个实像在目镜的一倍焦距以内，目镜相当于放大镜，把这个实像放大。

3. 视角

• 视网膜上像的大小决定于物体对眼的光心所张的角，被观察的物体两端到人眼光心所夹的角叫视角。

十、探索宇宙

太阳周围有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星等，地球在离太阳比较近的第三条轨道上。