觀察實像一定要用光屏嗎？

摘 要： 本文對不經過光屏人眼能否“看”到凸透鏡所成的實像，用實驗進行了證明，結果說明，人眼能夠“看”到。

關鍵詞： 凸透鏡 實像 光屏

眾所周知，實像是實際光線會聚而成的，而且在光屏上可以呈現。對于凸透鏡而言，當發光體位于它的焦點之外時，在透鏡另一側，便可得到一個倒立的實像。

虛像不能呈現在光屏上，而實像卻可以在光屏上呈現，這已是事實。人們之所以能從不同的角度看到光屏上所成的實像，是因為光屏上發生漫反射的緣故。對于半透明的光屏（例如電影銀幕），我們甚至可以在其背面看到實像。

那么，不經過光屏，人們是否也能“看”到凸透鏡所成的實像呢？

如圖1，點光源S經凸透鏡成像于S′處，由透鏡成像理論可知，從S點發出的射向透鏡的所有光，經過透鏡折射后都經過S′點，所以，如果我們在S′處放置一個光屏，在光屏上便得到一個清晰的像點——實像S′。若撤去光屏呢？顯然，這些折射光線并不以S′點“終點站”，它們還要越過S′點繼續沿直線向外射出。因此，在圖中的錐角∠AS′B范圍內觀察時，我們就會發現，這些光線都是從S′點發出的——也就是說，不用光屏，我們也可“看”到點光源的實像。

我們再來研究一下發光體通過凸透鏡所成的實像。

如圖2，當發光體AB在透鏡左側離透鏡較遠時（透鏡左側的光路圖未畫出），在透鏡右側可以得到一個比透鏡口徑小的實像A′B′。由圖可知，在錐角∠CB′D范圍內可以看到實像點B′，在錐角∠EA′F范圍內可以看到實像點A′，所以，要想看到發光點AB的“全身像”A′B′，只能在圖中的錐角∠EOD范圍內來觀察。

我們還可以用實驗來驗證。取一個口徑稍大的短焦距（約10cm）凸透鏡，在晚上看電視時，把透鏡置于人眼和電視之間，對著透鏡，在適當位置，我們就會看到一個倒立的實像。需要說明的是，由于該實像呈現在透鏡與人眼之間某處的空間內，實像處無其他參照物，而且實像看起來是“透明”的，透過實像，會看到實像“隔壁”的凸透鏡，所以我們在觀察時總會誤認為像在透鏡的那一邊，而將眼睛“瞄”在凸透鏡的另一側，結果所觀察到的是一個倒立而又“模糊”的實像。解決的辦法是，先讓實像呈現在半透明的白紙上，人在白紙的背面，調整好眼睛的“焦距”，仔細“盯”住白紙上的實像，保持眼睛的“焦距”不變，然后慢慢撤去白紙，即可在透鏡這一側的空間內看到一個倒立、清晰的實像。

在光屏上觀察實像與不經過光屏而在空間內直接觀察相比，有兩點明顯的不同。

第一，觀察的范圍不同。在光屏上所成的實像，觀察者不論站在什么位置（當然，不能在光屏所在的平面內）都能看到。有時甚至在光屏的背面也能看到。而不經過光屏，由光線直接會聚于空間內所得到的實像，人眼所觀察的范圍要受到一定的限制，往往是僅限制于某一特定的空間。

第二，像的性質不同。在光屏上接受到的實像是平面圖形（因為光屏本身就是一個平面）；而不經過光屏，在空間內所得到的實像卻是可以是立體圖形。

占有一定空間的立體形狀的發光體，經凸透鏡成在空間內的實像，也是立體形狀的。如，長方體建筑物經凸透鏡成在空間內的實像必然是一個長方體。顯然，我們僅用一個平面的光屏，是無法使整個長方體實像都清晰、完整地呈現出來的——近處的景物（像）在光屏上清晰時，遠處的景物便會模糊起來，反之亦然。而直接于空間內觀察時，近處與遠處景物的像都會“清晰”可見。

既然不經光屏，人們亦可看到發光體清晰的實像，那么在看露天電影時，如果撤去電影銀幕，在屏幕位置的另一側，觀眾是否也可照樣“看”電影呢？

我們知道，放電影時所得到的實像是被放大幾十乃至上百倍的。

如圖3所示，AB表示放映機鏡頭，MN為銀幕上得到的實像，P為觀眾眼睛的位置。由圖可知，當電影屏幕撤去后，所成的實像雖然仍在原處，但人眼P所觀察到的范圍卻只是圖像MN中的CD這一部分。由于CD＜AB，AB=MN，因此，與整個圖像MN相比，人眼所看到的只是其中的極小一部分。如果整個圖像是一棵大樹的話，那么人眼所看到的就只是一片樹葉。

綜上所述，我們可以得出下面的結論，當發光體通過凸透鏡成的是一個比較小的實像時，在透鏡另一側的特定位置，不用光屏，我們仍可以看到實像。