[科普中国]-正透镜

简介

正透镜，也就是凸透镜。是根据光的折射原理制成的。凸透镜是中央较厚，边缘较薄的透镜。凸透镜分为双凸、平凸和凹凸（或正弯月形）等形式，凸透镜有会聚光线的作用故又称会聚透镜，较厚的凸透镜则有望远、会聚等作用，这与透镜的厚度有关。远视眼镜是凸透镜。

正透镜原理凸透镜拥有放大作用。凸透镜二倍焦距分大小，一倍焦距分实虚正倒。

将平行光线（如阳光）平行于主光轴（凸透镜两个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴）射入凸透镜，光在透镜的两面经过两次折射后，集中在轴上的一点，此点叫做凸透镜的焦点（记号为F，英文为：focal point），凸透镜在镜的两侧各有一实焦点，如为薄透镜时，此两焦点至透镜中心的距离大致相等。凸透镜之焦距是指焦点到透镜中心的距离，通常以f表示。凸透镜球面半径越小，焦距（记号为：f，英文为：focal length）越短。凸透镜可用于放大镜、老花眼及远视的人戴的眼镜、摄影机、电影放映机、幻灯机、显微镜、望远镜的透镜（lens）等。

主轴：通过凸透镜两个球面球心C1.C2的直线叫凸透镜的主光轴。光心：凸透镜的中心O点是透镜的光心。 焦点：平行于主轴的光线经过凸透镜后会聚于主光轴上一点F，这一点是凸透镜的焦点。 焦距：焦点F到凸透镜光心O的距离叫焦距，用f表示。物距：物体到凸透镜光心的距离称物距，用u表示。像距：物体经凸透镜所成的像到凸透镜光心的距离称像距，用v表示。

其实凸透镜和凹透镜都没有一定的焦点，只有平行于主光轴的且到主光轴距离相等的光线才会完全在主光轴上相交。我们之所以看到许多经过凸透镜的平行于主光轴但到主光轴距离不相等的光线有一个“焦点”是因为该凸透镜镜面的曲率半径较大，光线偏折程度的差异不明显。为了方便使用，我们把离主光轴的距离和凸透镜顶部的距离相等的两条光线的交点作为凸透镜的焦点。

成像公式1/u(物距)+1/v（像距）=1/f（透镜焦距）

（关于符号的正负：物距u恒取正值。像距v的正负由像的实虚来确定，实像时v为正，虚像时v为负。凸透镜的f为正值，凹透镜的f为负值。）

公式变形后可以得到f=uv/(u+v) 或u=vf/(v-f)或v=uf/(u-f)

光经过凸透镜只在中间（这里的y轴处）发生一次折射。（虽然字母多了点，最后有用的只有几个） 图注： x（红）轴－凸透镜主光轴 y（蓝）轴－凸透镜 O－光心 F－焦点 f－焦距 u－物距 v－像距 a－物体长度 紫线－通过光心的光线 橙线－平行光线 绿线－平行光经过焦点 把绿线、紫线的直线解析式求出来：绿线，y=－(a/f)x+a；紫线，y=－(a/u)x 下一步就是求出两交点坐标（其实只用求横坐标v就可以了） y=－(a/f)x+a=－(a/u)x x/f－1=x/u ux－uf=fx 其中，x即为v uv-uf=fvuv=vf+uf除以v+u f=uv/(u+f)

正透镜成像物体放在焦点之外，在凸透镜另一侧成倒立的实像，实像有缩小、等大、放大三种。物距越小，像距越大，实像越大。物体放在焦点之内，在凸透镜同一侧成正立放大的虚像。物距越大，像距越大，虚像越大。在焦点上时不会成像。 在2倍焦距上时会成等大倒立的实像。

在光学中，由实际光线汇聚成的像，称为实像，能用光屏承接；反之，则称为虚像，只能由眼睛感觉。有经验的物理老师，在讲述实像和虚像的区别时，往往会提到这样一种区分方法：“实像都是倒立的，而虚像都是正立的。”所谓“正立”和“倒立”，当然是相对于原物体而言。

平面镜、凸面镜和凹透镜所成的三种虚像，都是正立的；而凹面镜和凸透镜所成的实像，以及小孔成像中所成的实像，无一例外都是倒立的。当然，凹面镜和凸透镜也可以成虚像，而它们所成的两种虚像，同样是正立的状态。

那么人类的眼睛所成的像，是实像还是虚像呢？我们知道，人眼的结构相当于一个凸透镜，那么外界物体在视网膜上所成的像，一定理。老花眼，即光线经过眼球前部的晶状体，未完全集合，像落在了视网膜的后面。则老花镜作为凸透镜，先集合一次光线，使像恰好落在视网膜上，矫正了老花眼。

当物体与透镜的距离大于焦距时，物体成倒立的像，这个像是蜡烛射向凸透镜的光经过凸透镜会聚而成的，是实际光线的会聚点，能用光屏承接，是实像。当物体与透镜的距离小于焦距时，物体成正立的虚像。

(1)二倍焦距以外，倒立缩小实像；二倍焦距等大小；

一倍焦距到二倍焦距，倒立放大实像；一倍焦距不成像；

一倍焦距以内，正立放大虚像；

成实像物和像在凸透镜异侧，成虚像在凸透镜同侧。

(2)一倍焦距分虚实

两倍焦距分大小

实像特点( 1) 实像都是倒立的( 上下左右与物体相反)

( 2) 可以由光屏承接

( 3) 实际光线会聚而成

( 4) 实像是能量的聚集点

虚像特点( 1) 虚像都是正立的

( 2) 不能由光屏承接( 但可以被观察到)

( 3) 不是实际光线会聚而成的， 而是由反射或折射光线的反向延长线会聚而成的．

( 4) 虚像不是能量聚集点1

测量焦距1 公式法： 利用光具座做凸透镜成实像的实验，测量并记录成像时的物距u和像距v，根据透镜成像公式，计算出透镜焦距f，多次测量后取平均值。

2 共轭法：利用光具座固定好光源和光屏位置，测量出它们的间距L。将待测焦距的凸透镜放在其间，沿主轴移动凸透镜，使光屏上两次呈现出光源倒立的像。记录两次成像时透镜的位置，由此求出两次成像过程中透镜移动的距离d，根据公式可计算出凸透镜焦距f，这个方法叫共轭法。这是实验室中常用的测凸透镜焦距的方法之一。

3 平行光聚焦法：根据凸透镜特性，让平行光（如太阳光）沿主轴方向入射到凸透镜上，在另一侧与透镜平行放置一光屏，调节光屏位置使光屏上的光斑最小且最明亮，此时透镜与光屏的间距为凸透镜焦距。这是一种简便的粗测凸透镜焦距的方法。

4 远物成像法：在实验室还可以用远物成像法代替平行光聚焦法估测凸透镜焦距，方法与平行光法相似；调节光屏的位置，使远处的物体（例如教室的窗或窗外的物体）在光屏上成像，光屏与透镜之间的距离近似为该透镜的焦距23。

与凹透镜区别区别方法1.触摸法（中间薄边缘厚是凹透镜，中间厚边缘薄是凸透镜）

2.聚焦法（射入平行光，会聚的是凸透镜，发散的是凹透镜）

3.放大法（把透镜放到字上，看照后的字是放大是凸透镜，缩小是凹透镜）

4.摇晃法（将透镜放在字上，向一侧移动，字的方向与透镜移动方向相同的是凹透镜，相反的是凸透镜）

结构不同凸透镜是由两面磨成球面的透明镜体组成；

凹透镜是由一面是凹面而另一面不透明的镜体组成

成像性质不同凸透镜是折射成像 成的像可以是 正、倒；虚、实；放、缩。起聚光作用

凹面镜是反射成像 能成倒立的缩小或放大的实像，也可以成正立放大的虚像。起散光作用透镜（包括凸透镜）是使光线透过，使用光线折后成像的仪器，光线遵守折射定律。面镜（包括凸面镜）不是使光线透过，而是反射回去成像的仪器，光线遵守反射定律。

凸透镜可以成倒立放大、等大、缩小的实像或正立放大的虚像。可把平行光会聚于焦点，也可把焦点发出的光线折射成平行光。凹面镜只能成正立放大的虚像，主要用发散光线。

对光的作用不同凸透镜主要对光线起会聚作用

凹透镜主要对光线起发散作用

成像不同凸透镜能成正立放大虚像、倒立放大实像、倒立等大实像、倒立缩小实像；

凹透镜只能成正立缩小虚像

焦点不同凸透镜有实焦点，有2个焦点

凹透镜有虚焦点

用途不同凸透镜用于远视眼镜

凹透镜用于近视眼镜