8. 一些神奇的眼睛

(1)放大镜

放大镜我们见过，也都用过，知道放大镜就是一个焦距较短的凸透镜。从它成像的情况来看，是一个正立放大的像，显然这是当物距小于焦距时，凸透镜能成正立放大的虚像。如果我们想要看到更大的物体的像，则要使放大镜离物体远一些，当然了，还得在焦距之内，这时我们将看到物体所成的像更大，像离我们也更远了，这也应用了凸透镜成虚像的动态规律，也就是当凸透镜成虚像时，物距变大，像也变大，像距也变大了。

(2)显微镜

显微镜是由目镜和物镜组成的，它们都是凸透镜，它可以把人们用肉眼看不到的物体进行放大。通常情况下可以放大10到1000倍，常用的是放大100倍到600倍的。

电子显微镜是在本世纪三十年代出现的。它是类比于光学显微镜发展起来的。光学显微镜是用可见光照射被研究的物体，利用光学透镜使光线偏折而成像的；电子显微镜则是让电子束穿过被研究的物体，利用电磁透镜，使电子束偏转而成像的。

电子显微镜的放大率比光学显微镜的放大率高一千倍左右。电子显微镜能观察物质的精细结构，可以拍摄出物质的原子结构图，在现代科学技术中有重要的应用。

(3)望远镜

望远镜能使很远的物体成像在眼前，将很远的物体拉近。

目前世界上最著名的天文望远镜应该是“哈勃”太空望远镜，它是美国国家航空航天局“大天文台”系列空间天文观察卫星的第三颗。这架望远镜是以美国天文学家埃德温．P．哈勃命名的，以纪念他在20世纪前半期于星系天文学和宇宙结构组成方面所做出的杰出贡献。

射电望远镜：太阳、恒星和宇宙空间的物质能发出无线电波，这种无线电波叫做射电辐射。观测射电辐射的强度，是天文学中研究天体和宇宙的一种重要方法。射电望远镜就是用来观测宇宙中射电辐射的仪器。

射电望远镜有各式各样的结构，一般它都有一个很大的金属抛物面状天线，从宇宙空间射来的平行于抛物面轴的无线电波，被反射后集中到位于抛物面焦点处的小天线上，小天线接收到的无线电波能量通过传输线输送给接收机，接收机对电波能量进行测量，确定射电波的强度。

利用射电望远镜进行观测有许多优点。无线电波能穿过云雾和尘埃，因此用射电望远镜能不分晴雨昼夜连续进行观测；对于那些难以用光学望远镜观测的天体和宇宙空间，利用射电望远镜也可以进行研究。

(4)照相机和投影仪

照相机是利用凸透镜到物体的距离大于2倍焦距时，成倒立、缩小的像这一原理制作的。照相机的镜头相当于一个凸透镜，胶卷相当于光屏。选定被拍摄的景物后，调节镜头到胶片的距离，胶片上有对光敏感的物质，曝光后发生化学反应。经过显影处理就成为底片，再用底片洗印就可以得到相片。

为了使远近不同的景物在胶片上产生清晰的像，需要旋转镜头上的调焦环，调节镜头到胶片的距离，拍摄近的景物时，镜头往前伸，离胶片远一些；拍摄远的景物，镜头往后缩，离胶片近一些，调焦环上刻有数字，表示出拍摄的景物到镜头的距离。

照相时，胶片曝光适当，才能洗出好的相片。曝光过度，洗出相片发白；曝光不足，洗出的相片很暗，都不能令人满意。为了控制曝光量，一是用光圈控制入镜头的光的多少，一是用快门控制曝光的时间。光圈可以开大或缩小，光圈环上刻有光圈数。曝光时间可以从快门上的数字知道。拍照时，要根据景物的明亮程度，选择适当的光圈和快门。

常见的投影仪都是“书写投影仪”，它属于垂直投影装置，使用和调整都很简单、方便，能在不遮光的室内使用，可在讲课时边写边讲，代替黑板，也能演示幻灯片。图像一般很清晰，分辨率高、边缘清楚。投影仪的箱体中有碘钨灯光源，灯泡后边有凹面反光镜，灯泡前有聚光凸透镜(如图)。箱体最上部是用两块有机玻璃的罗纹镜制成的聚光透镜，并放有平板玻璃，以便保护投影仪。箱内还有马达和风扇，用来散热降温。箱外的方形竖杆上有上下移动的镜组，有一透镜和一平面反光镜，用来上下调整和转动反光镜角度，使书写或画片在银幕上的影像达到规定位置和清晰度。

[典型例题]

[例1]在图中的(甲)、(乙)两图中画出经过透镜的折射线。

[分析]根据透镜的定义，平行于凸透镜主轴的光线经过透镜折射后会聚在焦点上，由光路的可逆性得出：过凸透镜焦点的光线经透镜折射后平行射出，图①甲的折射光线见图②丙。平行于凹透镜主轴的光线经过透镜折射后发散，反向延长过虚焦点，由光路的可逆性知，图①乙的光线经凹透镜后，折射光线平行射出，见②图丁所示。

[解答]

[说明]从丙图可以看到经过凸透镜后的两条折射光线是平行的，它们并没有交于一点，那么怎样理解凸透镜对光线起会聚作用呢？还是要用折射光线的方向跟入射光线相比较，它们相互“靠拢”了，这就是凸透镜对光线起的会聚作用，丁图中折射光线跟入射光线相比较，它们相互“远离”了，这就是凹透镜对光线起的发散作用。

[例2]如图所示，请你填上合适的透镜。　

[分析]究竟应填何种透镜，关键是对光线会聚和发散的理解。这主要看若没有透镜时，光应沿直线传播如图C ₁，C₂所示。但实际光线虽没有会聚在一起，但仍比原来靠近很多，表明光线是会聚了，所以应填上凸透镜。

[解答]应填凸透镜，如下图所示。

[说明]凸透镜对光束有会聚作用，是指折射光线的方向比入射光线的方向“收拢”了。显然不是指经透镜折射的光线是否相交来判定。经凸透镜折射的光线可能是平行光束，也可能是会聚光束或发散光束。

[例3]蜡烛放在凸透镜前，在另一侧光屏上得到清晰的烛焰像，若将蜡烛向凸透镜移动，要在光屏上得到清晰的像，光屏应当向____方向移动，所得到的像比原来_____些。

[分析]能够在光屏上得到的像是实像。

　凸透镜成像规律告诉我们：成实像时，物距减小，像距增大，像变大。

[解答]题中前后两个空分别填入“远离透镜”和“大”。

[例4]蜡烛放在凸透镜的1.5倍焦距的地方，当它向离镜3倍焦距的地方移动的过程中，它的像 ［ ］。

　A．先放大后缩小 　　 B．先缩小后放大

　C．逐渐变大 　　　　 D．逐渐变小

[分析]根据凸透镜的成像规律。当物体在凸透镜前不同的位置时，它所成的像性质就不同，有两个转变点。一是焦点。物体在焦点以内成虚像，在焦点以外成实像。焦点是成实像还是成虚像的分界点。二是二倍焦距处。物体在二倍焦距以内成放大的像，在二倍焦距以外成缩小的像，二倍焦距是成放大还是缩小像的分界点。因此，要选出答案A。

　又根据物体成实像时，物距减小，像距将变大，像也变大的道理，要选出答案D。

[解答]本题有两个正确的答案，它们是A和D。

[说明]要注意题目中放大、缩小和变大、变小的区别。放大、缩小是指像跟物相比，变大、变小，是用变化后的像跟变化前的像作比较。

[例5]一个物体到凸透镜的距离是30cm时，在光屏上得到一个放大的实像，若把物体沿凸透镜的主轴移到距凸透镜45cm处，则成像的情况是 [　 ]

　A．放大的实像 　　　 B．缩小的实像

　C．等大的实像 　　　 D．上述三种情况都可能

[分析]凸镜所成像的性质与物距有关，由第一次成倒立、放大的实像可知f＜u＜2f，即f＜30cm＜2f，由此可判断焦距的范围是15cm＜f＜30cm。当物距为45cm时，物距肯定大于焦距，但由于焦距f在15cm和30cm之间变化，所以三种情况就都有可能。

[解答]D。

[说明]当u=2f时，此时在凸透镜另一侧的光屏上成倒立、等大的实像，v=2f。

[例6]在研究凸透镜成像的实验中，当蜡烛位于凸透镜某位置时，在透镜的另一侧呈现一个倒立、放大的实像，若保持凸透镜的位置不变，把蜡烛与光屏的位置相互交换，则在光屏上将出现一个 [ ]

　A．倒立、放大的实像 　　　　 B．倒立、缩小的实像

　C．倒立、等大的实像 　　　　 D．得不到实像

[分析]当f＜u＜2f时，凸透镜能成倒立、放大的实像，这时v＞2f，凸透镜位置和焦距不变、互换蜡烛和光屏，则物距变成u＞2f，则根据凸透镜成像规律可得到像的性质。

[解答]B。

[例7]某人照完半身像，想再利用同一个照相机照一张全身像，这时他应该离相机远些还是近些？同时调节调焦环，使胶片远离镜头还是靠近镜头？

[分析]从拍半身像改为拍全身像，实际上像缩小了，此时像距应该缩小，同时增大物距。

[解答]人应该远离相机，同时使胶片靠近镜头。

[例8]晓晨同学在校门前给全班同学照集体像，发现两边的两个同学照不上，请帮助他解决这个问题。

[分析]若使两个同学的像再进入底片内，全班同学的像就要缩小了。

　根据凸透镜成像时，物距增大，像距减小，像也减小的规律进行调节。只要晓晨向后退一些增大物距，同时缩短镜头与胶片的距离来减小像距，就可以把全班同学都照进去了。

[解答]请晓晨往后退一些，同时缩短镜头与胶片的距离，就能把全班同学都照上了。

[说明]由例题中可以看出，只有物距(物到透镜的距离)和像距(像到透镜的距离)同时改变，才能利用凸透镜再次得到清晰的像。

[模拟试题]

7. 远视眼及其矫正

有的人看近处的物体相当吃力，他们要把物体放在离眼睛较远的位置才能看清楚，这种现象在老年人中常见，称其为老花眼。当然在青少年中也有这种情况，称其为远视眼.当其看近处的物体时，近处物体发出或反射的光类似于发散光线，加之晶状体的焦距较长，其对光线的会聚能力较差，所以可以将像成在视网膜上，所以人可以看到清晰的物体的像。而如果看较远的物体，则只能将清晰的像成在视网膜之后，当然此时在视网膜上成的像就是不清晰的像。由此看来，远视眼主要是因为晶状体的焦距太长，会聚能力太差所致，所以我们要通过凸透镜来矫正。也就是通过对光的两次折射，使清晰的像能成在视网膜上。

6. 近视眼及其矫正

有的人看远处物体相当吃力，他们要把物体放在离眼睛较近的位置才能看清楚，这种现象在青少年中常见，称其为近视眼.当其看近处的物体时，近处的物体发出或反射的光类似于发散光线，其能将像成在视网膜上，主要是因为晶状体这个凸透镜对光的折射能力太强了，也就是说其焦距太短了。所以当其看远处的物体时，由于远处的物体发出或反射的光到达人眼时，几乎已经成为平行光线了，由于晶状体的焦距太短，再加眼睛肌肉对晶状体焦距的调节功能不起作用，所以像便成在视网膜的前面，因而视网膜上不能出现清晰的像，人就看不到清晰的物体了。所以为了矫正近视眼，我们要给他配凹透镜，使光线在进入眼睛之前先发散一些，再经过晶状体较强的会聚之后方可将像成在视网膜上。

5. 眼睛的构造和视物原理

人眼的主要构造是瞳孔，角膜晶状体，玻璃体视网膜。晶状体相当于凸透镜，视网膜相当于光屏。外界的物体位于凸透镜的二倍焦距以外，在视网膜上就会得到一个倒立缩小的实像.通过视神经再将这种信号传给大脑，人就看到了物体。

正常人的眼睛自我调节本领非常强，可以使远近物体的像都能成在视网膜上，所以人能看清远近不同的物体。

4. 凸透镜成像规律：

将物体(一般来说用的是烛焰)、凸透镜(焦距f已知)、光屏依次放在光具座上，使它们的中心大致在同一条直线上。并将凸透镜固定在某一位置，如40厘米处。然后在标尺上标出两个焦点的位置和两个二倍焦距处。将烛焰放在某一位置后，算出它到凸透镜的距离(物体到凸透镜光心的距离叫做物距，用字母u来表示)，然后去移动光屏，直到在光屏得到一个清晰的像，此时光屏到凸透镜的距离叫做像距，用字母v来表示。让烛焰从远处一点点靠近凸透镜，即不断的减小u，看一下像的性质及其像距。总结出凸透镜成像的规律。

(1)当u=2f时，凸透镜成倒立等大的实像，此时v=2f

(2)当凸透镜成实像时，物像间的最小距离是4f

(3)当u>2f时， 凸透镜成倒立缩小的实像，此时f<v<2f.

(4)当f<u<2f时， 凸透镜成倒立放大的实像，此时v>2f

(5)当u<f时， 凸透镜成正立放大的虚像。

(6)当u=f时， 凸透镜不能成像。

(7)一倍焦距是凸透镜成像时，实像和虚像的分界点，一倍焦距以外是实像，一倍焦距以内是虚像。

(8)二倍焦距是凸透镜成像时放大与缩小的分界点，二倍焦距以外是缩小的像，二倍焦距以内是放大的像。

(9)当凸透镜成实像时，物距变大，像就变小，像距也变小。

(10)当凸透镜成虚像时，物距变大，像就变大，像距也变大。

(11)凸透镜成实像时，u=v，必定是等大的实像；u>v时，必定是缩小实像；u<v时，必定是放大的实像。

3. 凹透镜对光的作用：

平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，变得发散，发散光线的反向沿长线会聚于主光轴上的一点，这个点叫做凹透镜的焦点。同样道理，射向凹透镜对面焦点的光线，经凹透镜折射后，变成了平行于主光轴的光线。

2. 凸透镜对光的作用：

平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，会聚于主光轴上一点，这个点叫做焦点，用F来表示。焦点到光心的距离叫做焦距，用f来表示。凸透镜有两个实焦点，左右各有一个。焦距没有实虚之分，一个透镜只有一个固定的焦距。由折射光路的可逆性可知，由焦点上发出的光线，经凸透镜折射后变成了平行于主光轴的光线。平行光源就是根据这个道理制成的。

凸透镜成像的规律的识记与实际应用。

[学习提示]

1. 透镜

人们根据光由一种介质进入另一种介质要发生折射，制成了透镜。根据透镜的外形，分为凸透镜和凹透镜。

凸透镜：中央厚边缘薄的透镜

凹透镜：中央薄边缘厚的透镜

透镜的主光轴：通过透镜的两个球面球心的直线。

透镜的光心：透镜的中心。

凸透镜成像的规律与实际应用。

5. 了解放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器的用途。