解讀平面鏡\\凸透鏡\\凹透鏡對光作用的若干個案

眾所周知平面鏡對光的作用遵循光的反向定律，凸透鏡、凹透鏡對光的作用遵循光的折射定律（初中階段只作定性探究，謂折射規律），本文主要解決當有三束入射光線分別是平行光線、發散光線、會聚光線各自射向平面鏡、凸透鏡、凹透鏡時，它們的反向光線或折射光線的特點，以及三種器材對光線作用的情況，從而從根本上化解蘇科版八年級物理第三、四兩章光現象中若干懸而未決的疑慮。

一、平面鏡

1．對平行光線的反射

平行光線射向平面鏡，反射光線仍是平行的并且只射向某一方向。如圖1A、B所示，這種反射叫鏡面反射。

2．對發散光線的反射

點光源發出的光線是發散光線，發光的小電珠可近似看作點光源，平時被照亮的物體發生漫射時可以當成無數點光源的組合。發散光線經平面鏡反射后，仍是發散光線。如圖2所示，正因為是發散光線所以通過平面鏡看到的反射光線的范圍較廣。物體經平面鏡成像的基理源于此。

3．對會聚光線的反射

所謂會聚光線系指光線在行進方向相互越來越靠近。譬如平行光線經凸透鏡折射后從透鏡射出的光線，物體經凸透鏡成實像時，從凸透鏡上出射的光線都是會聚光線。會聚光線經平面鏡反射后的反射光線仍是會聚光線。如圖3所示，射向平行鏡的光線不同于物體漫反射的發散光線，所以會聚光線經平面鏡反射后所成的像可以用光屏接收，即顯現實像，這跟物體經平面鏡成像的基理不同，概括來說，前者是虛物成實像，后者是實物成虛像。我們教學中常用的投影儀中平面鏡的成像就是虛物成實像的典型案例。

總之，由于入射光線的類型不同，平面鏡反射光線同步有平行光線、發散光線、會

聚光線三種，但不論哪種情況，反射光線跟入射光線比較，光線之間“靠近”或“逃離”的程度相同，亦即相鄰兩條光線（或正面延長線）之間的夾角保持不變，表明平面鏡對光線既無會聚作用，也無發散作用，這跟曲面鏡不同，可見決定反射鏡對光線的作用，不是遵循的反射定律，而是反射面的性質，至于說成像的情況，反射光線是發散光線時，成虛像，反射光線是會聚光線時成實像，像的大小沒有變化。如果反射光線是平行光線的話，平面鏡不成像（不論是虛像還是實像）。

二、凸透鏡

凸透鏡對光有會聚作用，但不等于說經凸透鏡折射后的光線一定是會聚光線。

1．對平行光線的折射

2．對發散光線的折射

如將點光源放在凸透鏡焦點外（u>F）、焦點上（u=F）、焦點內（u是兩碼事，事實上初中物理教材上討論的凸透鏡成像規律就是針對凸透鏡對發散光線折射而言的。由圖5，出射光線是會聚光線成的實像（A圖），是發散光線成的虛像（C圖），平行光線不能成像（不論是實像還是虛像，B圖），這一結論普通適合各種光學器材。

矯正遠視眼要配戴凸透鏡，實際上被觀察的物體光經凸透鏡成虛像，其光路就是圖5C，由于出射光線的發散程度降低（相當增加物距），使圖5C中出射光線經晶狀體折射后成像于視網膜上。

3．透鏡對會聚光線的折射

會聚光線經凸透鏡折射后，折射光線仍是會聚光線，如圖6所示。出射光線的會聚程度較入射光線為大，成像過程為虛物成實像。近視眼患者戴上凸透鏡的眼鏡看不清遠處景物，可以從圖6見端倪。

三、凹透鏡

凹透鏡對光有發散作用，但也不等于說經凹透鏡折射的光線一定是發散光線。

1．對平行光線的折射

2．對發散光線的折射

點光源發出的發散光線經凹透鏡的折射后是發散程度更大的發散光線（相鄰兩束光線夾角增大），不論點光源的物距長短如何，都是這個結果。如圖8所示。所以物體經凹透鏡或正立的縮小的虛像（在圖8中僅能看到像距小于物距，像是虛像，正立的縮小的特征不能表示出）。矯正近視要配戴凹透鏡，實際上是被觀察的物體，光經凹透鏡成的虛像，使其離晶狀體的距離比實際的物體為近，該虛像經晶狀體成實像于視網膜上。

3．對會聚光線的折射

根據會聚光線會聚程度的不同，又可分為三種情況。（1）會聚光線的延長線相交于凹透鏡焦點時，折射光線為平行光線。（2）會聚光線的延長線相交于虛焦點以內

的一點時，折射光線為會聚光線。（3）會聚光線的延長線相交于虛焦點以外的一點時，折射光線為發散光線。這三種情況分別如圖9中A、B、C所示。然而可以肯定的是，由于凹透鏡的發散作用，出射光線的會聚程度都較入射光線的會聚程度變小，即較前遠離了主光軸。

本案例的第三種情況早在1609年就應用于伽利略自制的望遠鏡（蘇科版8年級上冊物理第四章第四節作了介紹），遠處物體射來的光線便經物鏡（凸透鏡）成像后的會聚光線經目鏡（凹透鏡）折射后成發散光線，最后成正立的虛像，像較物變近了，看上去大了、清晰了。

需要強調的是光路可逆原理適用于光發生反射或折射的全過程，本文中各附圖都可將出射光線的箭頭調節調向變成入射光線，將原入射光線的箭頭調向就成新的

入射光線。尤其要注意圖2跟圖3，圖4A跟圖5B，圖5C跟圖6，圖7跟圖9A，圖8跟圖9B，它們的“基圖”是同宗的。

總之，我們要辯證地分析平面鏡對光線無聚散作用，凸透鏡對光的會聚作用，凹透鏡對光的發散作用，要將出射光線跟入射光線作對比才能正確得出結論，不能只看表面不看實質，將會聚作用與會聚光線，發散作用與發散光線混為一談。同時實像一定由會聚光線形成，可以用光屏接收再用眼睛觀察，虛像由發散光線形成，可以用眼睛觀察，平行光線不能成像。除了實物成像外，還有虛物成像，所謂虛

物實像是經光學器材（如凸透鏡）所成的實像，這樣，凹透鏡與凸透鏡組合也能成實像。

作者單位：江蘇省蘇州市吳中區木瀆實驗中學