生活中的透鏡（一）

曹遠強

卷卷老師：講述科學小實驗的導師，中學物理教師，同學們眼中無所不能的“神人”，因為頭發天生卷曲而得此別名。

小 璇：卷卷老師的女兒，初二學生，喜歡動手實踐來解答心中的“為什么”。

小 博：與小璇同齡的鄰居家的孩子，人小膽大，好奇心非常重。

小 斐：小博的雙胞胎妹妹，既喜歡看熱鬧，又喜歡親手嘗試一探究竟。

卷卷老師拿著一個放大鏡，對小璇、小博和小斐說：“今天我們來做幾個與生活有關的透鏡實驗，大家仔細觀察！”

【實驗器材】 放大鏡（老花鏡也可以）、火柴。

【實驗過程】 1.在陽光強烈的時候，把一根火柴放在干燥的紙上。

2.用凸透鏡聚集陽光，盡量使陽光垂直穿過透鏡，把焦點對準火柴頭（如圖一）。

3.過一段時間，火柴被點燃了。

“放大鏡就是一個凸透鏡，你們摸一摸，中間厚邊緣薄。”卷卷老師講解道，“凸透鏡對光線有匯聚作用，匯聚最亮的這個點叫作焦點，剛才就是把焦點對準了火柴頭，才點燃了火柴。焦點到透鏡的距離叫作焦距。一個凸透鏡，如果焦距越小，說明它對光線的匯聚程度越大。還有一類透鏡叫作凹透鏡，它們是中間薄邊緣厚的透鏡。”

小璇：“我知道，媽媽的近視眼鏡就是凹透鏡。”

“對，近視眼鏡都是凹透鏡，而老人戴的老花眼鏡都是凸透鏡。你們認為凹透鏡對光線有什么作用呢？”

小博：“肯定是把光線散開的。”

卷卷老師：“非常正確，下面來看一個小實驗。”

【實驗器材】 近視眼鏡和老花眼鏡。

【實驗過程】 1.在陽光強烈的時候，拿一副老花眼鏡，使陽光垂直射向鏡片。

2.在地板附近移動它，會找到一個點特別亮，觀察這個點的周圍，發現比正常有陽光的地方要暗（如圖二）。

3.用近視眼鏡做實驗，找不到亮的光點，鏡片似乎不透光，在地上留下了暗影，仔細觀察，在陰影的四周有一圈比正常陽光要亮的光斑（如圖三）。為什么？

【原理解析】 拿一副老花眼鏡觀察時，因為透鏡把透過鏡面的陽光向焦點匯聚。用近視眼鏡做實驗時，因為凹透鏡對光線有發散作用，鏡片所承接的陽光被向四周發散。

卷卷老師變魔術般拿出一個礦泉水瓶子，里面有半瓶水：“看，三位，瓶子里面有水，我把水瓶放在陽光下，大家認真觀察。”

同學們看到瓶子下的石板上出現了很亮的光帶。

卷卷老師問：“為什么下面特別亮？”

小博：“我知道，這瓶子里面的水中間厚邊緣薄，相當于一個凸透鏡，凸透鏡能匯聚光線。”

小璇：“就像剛才放大鏡點燃火柴一樣，夏天陽光強烈，瓶中的水再對光線起到匯聚作用，假如它的下面有易燃的枯草，就會引起火災。”

小斐：“我們看到電視里，有人很費力地從山上撿拾垃圾，里面也有很多礦泉水瓶子，原來不但能美化環境，還能減少火災隱患。”

“是啊，在草木茂盛的地方，不但要禁止煙火，礦泉水瓶子也是不能隨便丟棄的。”卷卷老師回應道。

小斐想了想，提了個問題：“老師，是不是匯聚的透鏡成放大的像，而發散的透鏡成縮小的像？”

卷卷老師：“不能這樣說，凸透鏡對光線有匯聚作用，但它既能成放大的像，也能成縮小的像。你們拿著老花眼鏡看遠處的物體試一試。”

“是縮小的，哎呀，還是倒立的呢？”小斐喊道。小博趕快搶過眼鏡一試：“真的，都倒過來了！”小璇也拿過眼鏡觀察起來。

“凸透鏡能成正立放大的虛像，我們用它當放大鏡用時，就是運用了這一點，那什么條件下成正立放大的虛像呢？你們試一試。”

他們試了一會兒：“遠了不行，比較近時可以。”

“對，前面我說了凸透鏡的焦距，當我們把物體放在焦距以內時，成正立放大的虛像，這就是放大鏡的原理。剛才看遠處，物體在距離透鏡大于二倍焦距時，成倒立縮小的實像，這就是照相機的原理，照相機的鏡頭就是一個凸透鏡。”

卷卷老師：“你們用凸透鏡對著書本上的字，調整距離，能不能找到字放大了而且是倒立的情況？”

幾個人興致勃勃地開始實驗。

小璇忽然高興地嚷道：“我看到了，放大了，可字是倒立的！”

“老師，你是說它成什么像與物體離透鏡的距離有關嗎？”

“老師，什么樣的像是實像，什么樣的像是虛像？”

大家的問題越來越多了。

“是啊，是與物體跟透鏡之間的距離有關，這個距離在物理上簡稱物距。實像就是實際光線匯聚成的像，它可以用一個光屏來承接；而虛像呢，并不是由實際光線匯聚成的，而是由光的反向延長線匯聚成的，不能用光屏承接。”

卷卷老師找好了器材，和大家開始做凸透鏡成像的實驗。

【實驗器材】 放大鏡（已測出焦距的凸透鏡）、蠟燭、火柴、白紙板（光屏）、長刻度尺。

【實驗過程】 1.在一條長桌面上，畫一條直線（如圖四）。

2.點燃蠟燭，在桌面的一端直線上滴幾滴蠟，把燃著的蠟燭固定好。

3.沿著直線，一人手持凸透鏡距蠟燭火焰大于二倍焦距，另一人拿光屏在透鏡另一側（無蠟燭一側）移動，尋找清晰的像。（移動時要注意：與保持蠟燭和透鏡在同一直線上，光屏中心高度與透鏡中心、蠟燭火焰中心高度基本相同）觀察成像的大小、倒正，分析其虛實。第三人用刻度尺分別測量物距和像距，記錄好數據，并記錄成像情況。

4.調整透鏡與蠟燭之間的距離，使物距等于二倍焦距，重復前面的過程。

5.調整透鏡與蠟燭之間的距離，使物距小于二倍焦距，但大于一倍焦距，重復前面的過程。

6.調整透鏡與蠟燭之間的距離，使物距小于一倍焦距，移動光屏看能否在光屏上找到像，然后在光屏一側，透過凸透鏡回望蠟燭，記錄觀察結果。

7.分析數據，得出結論。

通過半天的實驗，卷卷老師結合數據和他們看到的現象，對實驗的結論進行了總結。

【原理解析】 當物距大于二倍焦距時，成倒立縮小的實像，像距（成清晰像時，光屏距離透鏡的距離）處于大于一倍焦距小于二倍焦距的位置，是照相機的成像原理。

當物距等于二倍焦距時，成倒立等大的實像，像距也等于二倍焦距。

當物距大于一倍焦距小于二倍焦距時，成倒立放大的實像，像距大于二倍焦距，是幻燈機和投影儀的成像原理。

當物距小于一倍焦距時，成正立放大的虛像（不能在光屏上），是放大鏡的成像原理。

通過實驗，大家終于弄明白了放大鏡、幻燈機、照相機的成像原理，感覺很有收獲！

（編輯 文 墨）