光学仪器(如照相机、投影器、显微镜、双眼望远镜、望远镜等)极大地拓宽了我们观察世界的视野。眼镜使数以万计的人可以舒适的阅读或看事物。你有没有想过是哪一种光学元件使这一切成为可能?答案是一个简单的透镜。透镜是一块由两个面组成的并且其中至少一个是曲面的透明材料。
拥有两个向外突出的球面的透镜被称为双凸透镜或凸透镜。这种透镜的边缘较中间薄。拥有两个向内弯曲的球面的透镜被称为双凹透镜或凹透镜。这种透镜的边缘比中间厚。让我们了解一下一些与透镜相关的术语。
透镜的中心被称为其光学中心。通常由字母O表示。对于凹透镜和凸透镜,每个表面形成球形的一部分。通过光学中心并通过球面中心的直线被称为透镜的主轴。主轴与透镜的表面垂直。球面透镜的有效直径被称为透镜的孔径。他决定了能有多少光线穿过透镜。在这里,我们需要限制对薄镜片的讨论,因为薄镜片的孔径较其曲率半径小。
让我们理解光线透过凸透镜时发生折射的基础。可以认为凸透镜中心由许多带有极小玻璃调板的三棱镜排列组成。每个棱镜的底指向透镜的主轴。我们知道光线射入棱镜后折射向棱镜的底后射出。
现在,让我们观察一下当光线与主轴平行射入透镜时会发生什么?我们可以观察到这些光线在射入和射出透镜时发生了折射。首先,它们会向着各自棱镜的底弯曲,然后向着主轴射出。因此,在光线通过透镜折射后,它们会在透镜主轴另一侧的一个点会聚。这个点被称为透镜的焦点或主焦点,通常用F表示。在这里,折射线实际上在焦点相会;因此,凸透镜具有实焦点。因为凸透镜能够会聚射入其中的光线,所以又被称为会聚透镜。
我们能够看到穿过棱镜*顶端和*低端的光线折射*大,并且越靠近主轴的光线折射越小。这是因为顶端和底端(读错)的棱镜折射面间的角度*大。越靠近主轴,该角度越小。这就使光线的折射相应减小。在中心,光线不会发生折射,因为玻璃表面是平行的。穿过光学中心的光线射出时不会偏离原先的路径。
一片表面向外弯曲的并且能够使射入其中的光线会聚的玻璃被称为凸透镜。从光学中心到焦点的距离被称为透镜的焦距,焦距用f表示。依据符号规定,凸透镜的焦距是正值。
表面具有较大弯曲弧度的厚镜片可以使光线产生更大折射,因此,其焦距更短。因此,较厚的凸透镜的会聚能力更强。
让我们观察一下如果与主轴成一定角度的平行光束射入透镜会发生什么。在折光通过凸透镜后,它们会折射到焦点所在平面内的某个点。穿过所有这样的点并与主轴垂直的平面被称为透镜的焦平面。
如果与主轴平行的光线摄入这种透镜会在透镜另一侧形成什么?这种透镜对(多读会)从另一侧射入的光线具有相同的作用。因此,凸透镜拥有两个焦距,通常用F1和F2表示,一个焦点在透镜的一侧,另一个透镜的另一侧,并且两者与光学中心的距离相等。
依照光的可逆性原理,穿过凸透镜焦点的光线在透镜的另一侧射出时,其方向与主轴平行。已经了解凸透镜对不同光线的作用,现在让我们观察一下是怎样形成的影像。因为物体的不同位置,凸透镜会在不同位置形成大小和性质不同的影像。因此,这些透镜被应用于照相机、望远镜等以形成我们看到的影像,有趣的是,我们的眼睛也是一种透镜。透镜是一片拥有两个表面,其中至少一面弯曲的折光介质。
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