镜子与透镜的成像原理

透镜分凸透镜和凹透镜。凸透镜成像规律就是：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。凹透镜对光线起发散作用, 它的成像规律则要复杂得多。

凸透镜成像规律

1. 二倍焦距以外，倒立缩小实像；

一倍焦距到二倍焦距，倒立放大实像；

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

物近像远像变大

物远像近像变小

物体到透镜的距离u 像的大小 像的正倒 像的虚实 像的位置 像到透镜的距离v 应用实例

u>2f 缩小 倒立 实像 与物异侧 2f>v>f 照相机

u=2f 等大 倒立 实像 与物异侧 v=2f

2f>u>f 放大 倒立 实像 与物异侧 v>2f 幻灯机

u=f —— —— —— —— —— ——

u

为了研究各种猜想，人们经常用光具座进行试验。

蜡烛，凸透镜，光屏应尽量保持在同一条直线上。

（3）凸透镜成像还满足1/v+1/u=1/f

利用透镜的特殊光线作透镜成像光路：

（1）、物体处于2倍焦距以外

（2）、物体处于2倍焦距和1倍焦距之间

（3）、物体处于焦点以内

（4）、凹透镜成像光路 实验研究凸透镜的成像规律是：当物距在一倍焦距以内时，得到正立、放大的虚像；在一倍焦距到二倍焦距之间时得到倒立、放大的实像；在二倍焦距以外时，得到倒立、缩小的实像。

透镜成像满足透镜成像公式：

1/u(物距)+1/v（像距）=1/f（透镜焦距）

原理应用

镜头就是一个凸透镜，要照的景物就是物体，胶片就是屏幕

照射在物体上的光经过漫反射通过凸透镜将物体的像成在最后的胶片上

胶片上涂有一层对光敏感的物质，它在曝光后发生化学变化，物体的像就被记录在胶卷上

第２８卷第７期　２００７年７月　哈尔滨工程大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖ０１．２８№．７　Ｊｕ１．２００７　银膜超级透镜成像原理研究　谢德权，关春颖，苑立波　（哈尔滨工程大学理学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）　摘要：从Ｐｅｎｄｒｙ的超级透镜成像理论出发，阐述了ｓ光和Ｐ光入射情形的物像关系，推导了金属银膜作为超级透　镜的条件，分析了消逝波和行波成分的成像特性，导出了近场条件下金属银膜超级透镜消逝波透射公式．利用Ｎｉｃｈｏ—　ｌａｓ等报告的实验数据对其进行验证，得到透过率与横向波矢和银膜厚度的关系，并讨论了对于不同尺寸物体成像时　的金属银膜厚度最佳值．研究结果表明，银膜超级透镜可以使成像质量大大改善．　关键词：银膜超级透镜；成像原理；负介电常数；消逝波　中图分类号：Ｏ４４１　文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７０４３（２００７）０７－０８３５－０６　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　。Ｌｇｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｅｓ　ｏｆ　ｓｉｌｖｅｒ　ｐｅｒｌｅＲｅｓｅａｒｃｎ　０ｎ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　Ｏｌ　ａ　Ｓｌｌ　ｅｒ　ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ　ＸＩＥ　Ｄｅ—ｑｕａｎ，ＧＵＡＮ　Ｃｈｕｎ—ｙｉｎｇ，ＹＵＡＮ　Ｌｉ—ｂｏ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｏｂｊｅｃｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍａｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｉｎｃｉｄｅｎｔ　ｓ—ｌｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｉｎｃｉｄｅｎｔ　ｐ－ｌｉｇｈｔ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　Ｐｅｎｄｒｙ　ｇ　ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｕｎｄｅｒ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｓｉｌｖｅｒ　ｆｉｌｍ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｓ　ａ　ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｆｏｒ　ｂｏｔｈ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ　ｗａｖｅｓ　ａｎｄ　ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ　ｗａｖｅｓ　ａｒｅ　ａｎａ—　ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｏｆ　ａ　ｓｉｌｖｅｒ　ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ　ｉｓ　ｄｅｄｕｃｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ　ｗａｖｅｓ　ｉｎ　ａ　ｎｅａｒ—ｆｉｅｌｄ．　Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｆｏｒ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ　ｗａｖｅｓ　ｆｒｏｍ　ａ　ｓｉｌｖｅｒ　ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ　ｉｓ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｌａｔｅｒａｌ　ｗａｖｅ　ｖｅｃｔｏｒｓ　ａｇａｉｎｓｔ　ｓｉｌｖｅｒ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　ｒｅｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　Ｎｉｃｈｏｌａｓ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉ—　ｍａｌ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｓｉｌｖｅｒ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｂｊｅｃｔ　ｓｉｚｅｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ａ　ｓｉｌｖｅｒ　ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｇｒｅａｔｌｙ．Ｔｈｉｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｈｅｌｐｆｕｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｏｔｈｅｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｖｅｒ　ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ；ｉｍａｇｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ；ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ　ｗａｖｅｓ　前苏联物理学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ在１９６８年提出了负　折射率材料的概念¨　，与常规材料相比，负折射率　材料的折射率取负值，拥有很多奇异的物理性质，如　反常Ｃｅｒｅｎｋｏｖ辐射和超级透镜成像　ｊ．常规光学透　镜由于衍射极限的存在只能对物体发出的行波成份　成像，而消逝波成份因为衰减不能成像，影响了成像　质量．为了恢复消逝波成份，提高成像质量，Ｊ　Ｂ　Ｐｅｎ—　ｄｒｙ仔细分析了负折射率介质构成超级透镜的原　理　Ｊ，发现消逝波在通过超级透镜后，衰减的振幅　收稿日期：２００６—０４—２４．　基金项目：教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划基金资　助项目（１５８１１０３３０００１）．　作者简介：谢德权（１９８２一），男，硕士研究生；　关春颖（１９７９一），女，副教授，博士研究生；Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｙｇｕａｎ　＠】６３．ｃｏｍ．　得到了补偿，能够到达像平面成像．并且提出分立的　平板超级透镜能够减小负折射率介质的损耗参数对　成像质量的影响　Ｊ，进一步阐述了柱状　和球体　状　超级透镜的成像原理．关于超级透镜对消逝波　振幅的补偿效应机理，文献［７—９］进行了阐述．Ｃ　Ｇ　Ｐａｒａｚｚｏｌｉ等人在微波频段实现了负折射率材料构成　的平凹透镜的成像实验研究¨　．在光波频段，Ｎｉｃｈ—　ｏｌａｓ　Ｆａｎｇ等人分析了银膜超级透镜对消逝波成份的　恢复作用　，并从实验上证实了这种透镜的成像特　性¨　．基于Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ对超级透镜成像原理的分　析　Ｊ，对Ｓ光和Ｐ光入射情形下的物像关系进行了　阐述，对消逝波在含负折射率介质的３层平板介质　结构中的传播特性进行了分析，并且在此基础上解　释了银膜超级透镜对消逝波成份的恢复作用机理．

未来是极好的。

耐心是成功的必要条件。 物理凸透镜成像原理及归率

目标认知：

学习目标：

1.理解凸透镜的成像规律。

2.能在探究活动中，初步获得提出问题的能力。

3.通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法。

4.学习从物理现象中归纳科学规律的方法。

学习重点：

1、理解凸透镜的成像规律；

2、会应用凸透镜的成像规律解决实际问题。

学习难点：

凸透镜成像规律的探究和总结过程。

知识要点梳理：

探究凸透镜成像规律：

实验：从左向右依次放置蜡烛、凸透镜、光屏。

1、调整它们的位置，使三者在同一直线（光具座不用）；

2、调整它们，使烛焰的中心、凸透镜的中心、光屏的中心在同一高度。

凸透镜成像规律：

物距

（u） 像的性质 像 距

(v) 应用

倒正 实虚 放大或缩小

u＞2f 倒立 实像 缩小 f＜v＜2f 照相机

u=2f 倒立 实像 等大 v=2f 特点：实像大小转折点

f＜u＜2f 倒立 实像 放大 v＞2f 幻灯机

u=f 不 成 像 特点：像的虚实转折点

u＜f 正立放大虚像 v＞u 放大镜

规律方法指导:

一、要解决凸透镜成像问题，同学们要弄清以下几个问题：

1.跟主光轴平行的光线，经过凸透镜折射后通过焦点；

2.通过焦点的光线，经凸透镜折射后跟主光轴平行；

3.通过光心的光线，经过凸透镜折射后方向不变。

现在，我们利用这三条光线完成凸透镜成像规律作图，作法：

①画一直线表示主光轴；

②把透镜放在主光轴中央，从透镜的位置开始在左右两边的轴上用粉笔标出等于焦距和2倍焦距的位置； 未来是极好的。

耐心是成功的必要条件。 ③物体分别放三个位置（u＜f、f＜u＜2f、u＞2f）；

④画出平行于主光轴的光线被凸透镜折射后经过焦点的光线.；

二、基本概念：

1、主光轴：过透镜两个球面球心的直线，用CC/表示；

2、光心：同常位于透镜的几何中心；用“O”表示。

3、焦点：平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜后会聚于主光轴上一点，这点叫焦点；用“F”表示。

4、焦距：焦点到光心的距离（通常由于透镜较厚，焦点到透镜的距离约等于焦距）焦距用“f”表示。如下图：

注意：凸透镜和凹透镜都各有两个焦点，凸透镜的焦点是实焦点，凹透镜的焦点是虚焦点；

练习：把一个凸透镜放在太阳与白纸之间，调整透镜与纸间的距离，使白纸上得到一个最小、最亮的光点，这时测得透镜与纸间的距离为6cm。由此可知，该凸透镜的焦距是_______cm。

三、三条特殊光线（要求会画）：

1、过光心的光线经透镜后传播方向不改变，如下图：

2、平行于主光轴的光线，经凸透镜后经过焦点；经凹透镜后向外发散，但其反向延长线必过焦点（所以凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光有发散作用）如下图：

3、经过凸透镜焦点的光线经凸透镜后平行于主光轴；射向异侧焦点的光线经凹透镜后平行于主光轴；如下图：

练习：以下光学仪器或元件中，对光起发散作用的是（ ）

A．潜望镜 B．平面镜 C．凸透镜 D．凹透镜

四、粗略测量凸透镜焦距的方法：使凸透镜正对太阳光（太阳光是平行光，使太阳光平行于凸透镜的主光轴），下面放一张白纸，调节凸透镜到白纸的距离，直到白纸上光斑最小、最亮为止，然后用刻度尺量出凸透镜到白纸上光斑中心的距离就是凸透镜的焦距。

五、辨别凸透镜和凹透镜的方法：

1、用手摸透镜，中间厚、边缘薄的是凸透镜；中间薄、边缘厚的是凹透镜；

2、让透镜正对太阳光，移动透镜，在纸上能的到较小、较亮光斑的为凸透镜，否则为凹透镜；

3、用透镜看字，能让字放大的是凸透镜，字缩小的是凹透镜；

练习：表面至少有一面是 的透明玻璃元件叫透镜,中间 边缘 的透镜叫凸透镜,中间 边缘 的透镜叫凹透镜, 远小于的透镜 叫薄透镜。