【第5.02讲】凸透镜成像的10级秘籍

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。

上一讲我们了解了透镜对光线的会聚或发散作用。那透镜能成像吗？当然可以。今天我们就一起来探究凸透镜成像的规律。

凸透镜成像可不像平面镜成像。平面镜只成一种像，成正立等大的虚像。而凸透镜既能成实像，也能成虚像。所以规律也比较复杂一点，具体有哪些规律，课堂上都做过实验了。为了帮助记忆，有一些口诀。理解并记住这些口诀，这一章你可以练成7级功夫。如何才能达到10级呢？想要10级，需要你胸中有图像，腹有诗书气自华。随时能在脑海中浮现出相应的光路图，才算是深刻理解了规律，这样掌握的知识你总也不会忘。

先回顾一下我们前一章聊到的实像与虚像。

实像是实际光线相交而成的，可以用光屏承接；虚像是实际光线的反向延长线相交而成的，不能用光屏承接。结合发散和会聚，什么样的光线能成实像，什么样的光线能成虚像呢？

首先说，平行光肯定是不能成像的，因为平行线永远不会相交。

再来说，会聚的光线，它必然相交于某一点，所以一定成实像。

最后，发散的光线，它的实际光线无法相交，但反向延长线相交于某一点，所以发散的光线能成虚像。

总之就是：平行光不成像，会聚光线成实像，发散光线成虚像。

我们将这个规律，用于凸透镜的成像。

无论是点光源，还是漫反射的物体，所射出的光线都是发散的。而凸透镜有会聚作用。如果满足一定的“条件”，它就能将发散的光线聚拢，变成会聚光线，形成一个实像。所谓“条件”，关键就是物体到凸透镜的距离，即物距u。

如果物体特别特别远，比如像太阳那么远，射到透镜上的光线，近似于平行光。我们知道，将平行光聚拢成一点，对于凸透镜来说，那是小菜一碟，很轻松的事儿，相交的点就是透镜另一侧的焦点。

如果物距逐渐变小，射到透镜上的光线就越来越散开，任务也就越来越难了。但还是可以相交于某一点的，只是那个交点离透镜越来越远，透镜需要花更长的距离才能完成聚线成点的任务，也就是像距越来越大。物距减小的极限就是等于焦距，因为焦点处发出的光线刚好只能被聚拢成平行光，相当于像距无穷大。

如果继续再靠近，连变成平行光都做不到了，折射之后还是发散光线，那就成虚像。

通过凸透镜的会聚能力这个思路，我们初步理解了凸透镜成像的大概规律。通过实验，我们还能了解到更多的细节。

下面，我们由远及近，逐步分解凸透镜成像的规律。

当蜡烛特别远，物距超过2倍焦距，也就是u>2f时，凸透镜很轻松就可以让光线相交于一点，而且这一点的位置落在了凸透镜另一侧1倍焦距和2倍焦距之间，所成的像是倒立、缩小的实像。

画图时，我们只要抓住两条关键的光线就可以了，一条是平行于主光轴的光线，它折射后经过焦点；另一条是经过光心的光线，它不改变方向。这两条线的相交的点，就是像点。随着物距的变化，第一条线的方向是不变的，只有第二条线的方向随之在改变。

图1：烛焰位于2倍焦距以外

当蜡烛从极远处逐渐靠近凸透镜，所成的像也会跟着往远处退。因为物距越小，聚线成点的任务越难，凸透镜需要花更长的距离才能将光线聚成点。像与物，就像在跳双人舞的一对情侣，你进我退。同时，像一边退一边还在慢慢变大。直到烛焰正好位于2倍焦距的位置时，像与物等距、等大。

图2：烛焰位于2倍焦距处

如果蜡烛再继续靠近凸透镜，当烛焰位于1倍焦距和2倍焦距之间，也就是f，像退到了2倍焦距之外，已经变得比物更大了。看来，像与物它们俩，是谁站的远，谁就强势啊。也就是所谓的：物近像远大，物远像近小。

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